DE19851256C2 - Verfahren zum Verfestigen von insbesondere schadstoffhaltigen, staubförmigen bis grobkörnigen, nicht hydraulischen Anfallstoffen - Google Patents
Verfahren zum Verfestigen von insbesondere schadstoffhaltigen, staubförmigen bis grobkörnigen, nicht hydraulischen AnfallstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen von insbesondere schadstoffhaltigen,
staubförmigen bis grobkörnigen, nicht hydraulischen Anfallstoffen, Erdstoffen, Lockergestein
oder recycelten Baumaterialien unter Verwendung von Tonmineralien und Bindemitteln.
Es ist bekannt, daß in Böden eindringende Schadstoffe, insbesondere dann, wenn diese san
dig und flüssigkeitsdurchlässig sind, das Grundwasser verunreinigen und somit zu einer Ge
fährdung der Trinkwasserversorgung führen können. Gegebene technische und wirtschaftli
che Nachteile bisher bekannter Sanierungsmaßnahmen, wie z. B. das Abtragen von Boden
schichten, das Absenken des Grundwassers durch Einbringen von Barrieren in den Boden
und/oder Abpumpen der Schadstofflösungen sowie die hier gegebenen Risiken haben zu
Methoden geführt, bei denen vom Grundgedanken der Immobilisierung der Schadstoffe aus
gegangen wird.
Zu den bekannten Immobilisierungs-Methoden gehört die Mikroeinkapselung, wobei hier eine
Injektion von Verfestigungs- und Abdichtungsmitteln in den Schadstoffbereich erfolgt, um die
Schadstoffe vor Ort zu binden. Das Umschließen eines Schadstoffbereichs mit einer bentonit-
oder tonhaltigen vertikalen Abdichtung in Form einer Dichtwand wird als Makroeinkapselung
bezeichnet.
Aus der PCT WO 83/01204 ist ein Verfahren zur Lagerung von organisch belasteten Minera
lien bekannt, welche zur Adsorption in einem organophilen Bentonit eingebunden werden.
Nachteilig ist, daß dort der gesamte Müllkörper mit organischem Bentonit versetzt oder
Sickerwasser durch einen Filterkörper aus organophilem Bentonit gepumpt werden muß. Zur
Deponieabdeckung muß demnach eine Lage aus reinem organophilen Bentonit ausgebildet
werden.
Aus der DE 43 22 331 A1 ist ein Verfahren zum Immobilisieren von in Mauerwerken enthal
tenen Schadstoffen anorganischer oder organischer Natur mittels eines Einbindungsmittels,
bestehend aus einem Tonmineralgemisch, Zement und/oder Flugasche vorbekannt. Gemäß
der dortigen Aufgabenstellung sollen die mit Schadstoffen belasteten Materialien zu einem
Abfallkörper ausgebildet werden, wobei dieser Körper selbst als Barriere wirksam wird und
daher auf Deponien endgelagert werden kann.
Das nach DE 43 22 331 A1 verwendete Einbindungsmittel besteht aus einem Tonmineralge
misch, Zement und/oder Flugasche, wobei das zu behandelnde, einen Gehalt von bis zu 60 Gew.-%
an Tonmineralien aufweisende Material mit einem Anteil an Einbindungsmittel von 1 bis
60 Gew.-%, bezogen auf das Material und einen für die hydraulische Bindung erforderlichen
Wasseranteil gemischt und in die Form eines dichten Bindemittel-Gesteingefüges gebracht
wird. Hierfür muß das zu behandelnde Material vorab zerkleinert werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß enthaltene Schadstoffe verschiedener Natur nicht ausrei
chend gebunden werden können, wodurch die Gefahr besteht, daß bei der Endlagerung un
ter Wasserzufuhr entsprechende Schadstoffkomponenten herausgelöst werden und in das
Grundwasser eindringen. Es wird zwar mit der bekannten Lösung durch die Bentonit-Anteile
und das hierdurch gegebene Quellvermögen das Bindemittel-Gesteingefüge als Barriere ge
genüber Drittschadstoffen wirksam, die Gefahr des Austretens von Schadstoffen aus dem
Gesteingefüge selbst kann jedoch, wie dargelegt, nicht ausgeschlossen werden.
Aus der DE 41 05 707 A1 ist ein Verfahren zum Aufbereiten von kontaminierten Gewässerse
dimenten zu einem umweltverträglich auf einer Haldendeponie deponierbaren Material vor
bekannt. Die zu konditionierenden kontaminierten Gewässersegmente werden in einem ers
ten Schritt entwässert und anschließend homogen zerkleinert. Die so zerkleinerten Gewäs
sersedimente werden dann mit einem kaolinitischen Tonmehl zu einer Sediment-Kaolinit-Mi
schung homogen vermischt. Ganz speziell soll das dort eingesetzte Tonmehl nicht quellfähig
sein, um ein innerkristallines Quellen auszuschließen. Zum Erhalt einer hohen Dauerfestigkeit
wird dann der Sediment-Kaolinit-Mischung Kalkhydrat zugemischt oder es erfolgt eine Zu
gabe von Zement.
Bei den Verfahren zur Bindung anorganischer Substanzen und anderer Stoffe in Rückständen
aus Müllverbrennungsanlagen nach DE 195 20 393 A1, werden feste Schadstoffe intensiv mit
den Oberflächen zugemischter Tonmineralien unter kontrollierter Wasserzugabe in Kontakt
gebracht, um ein bodenähnliches Stabilat zu erhalten, dessen Eluat-Werte gesetzlich
vorgegebene Grenzwerte zur Deponierung und/oder Wiederverwendung nicht überschreiten.
Irgendwelche Hinweise auf eine Verwendung von aktivierten Bentonit oder die einzuhaltenen
Zugabemengen von Bentonit oder quellfähigem Tonmehl je Menge kontaminierter Flüssigkeit
sind diesem Stand der Technik nicht zu entnehmen.
Bei dem Verfahren nach der US-PS 4,547,290 handelt es sich um ein Aufbereiten von flüssi
gen sauren oder alkalischen Abfällen, jedoch ist dort eine dreistufige Behandlung erforder
lich. So muß nach dem Vormischschritt ein Neutralisieren unter Beachtung der pH-Grenz
wertproblematik vorgenommen werden, wonach dann in einem dritten Schritt die Zugabe
von z. B. hydraulischem Bindemittel zum endgültigen Verfestigen erfolgt. Irgendwelche Hin
weise auf die spezielle Verwendung von Bentonit oder einem besonders quellfähigen Ton
mehl sind nicht zu entnehmen.
Bei dem Aufbereitungsverfahren von Ton oder tonigen Massen nach DE 38 12 705 A1 geht
es darum, das aufbereitete Material für einen späteren Einsatz bei Deponieabdichtungen
oder Deponieauskleidungen zu verwenden. Um einen aktivierten Ton zu schaffen, muß nach
diesem Stand der Technik zunächst für ein Austreiben des Kapillarwassers gesorgt werden,
wobei gleichzeitig lösliche Verunreinigungen zu entfernen sind.
Die DE 39 39 513 A1 stellt auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Bohrschlamm ab. Die dor
tigen Verhältniswerte insbesondere der Zugabe von Zement je Tonne Bohrschlamm lassen
erkennen, dass im Vordergrund die Abbindung steht, um einen betonähnlichen Stoff zu er
halten.
Bei dem Verfahren zur Entsorgung von nicht aufarbeitbaren Altölen und Ölersatzstoffen nach
DE 36 01 357 A1 wird der zu entsorgende Stoff mit einem aus einem feindispersen Partikel
system bestehenden Zuschlag versetzt und es ist ein Anmachwasser vorhanden, das mit
einem hochpolymeren organischen Kleber versehen wird. Eine separate Suspension mit sehr
geringen Zugabemengen von quellfähigem Tonmehl liegt dort nicht vor.
Die DE 42 24 537 A1 lehrt zwar den Einsatz quellfähiger Tone oder anderer quellfähiger
Schichtsilikatverbindungen als Viskositätsbildner, jedoch werden keine Hinweise gegeben, die
in einen Bereich orientieren, der auf geringe Tonmehlzugabemengen zielt.
Letztendlich ist das Behandlungsverfahren für gefährliche Abfallstoffe nach DE 690 20 886 T2
auf ein Tonprodukt, nämlich einen sogenannten verbrauchten Ton gerichtet. Es geht also
dort um das Stabilisieren von Alttonen, welche selbst kontaminiert sind, in Beton, wobei die
Abfallstoffe einer aufwendigen Vorbehandlung zu unterziehen sind.
Es ist unter Berücksichtigung des geschilderten Standes der Technik Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren zum Verfestigen von schadstoffhaltigen, staubförmigen bis grobkörnigen An
fallstoffen anzugeben, das es gestattet, bei einem vertretbaren Aufwand von einzusetzenden
Tonmineralien gegebenenfalls vorhandene Schadstoffkomponenten bereits in einer frühen
Phase ausreichend und sicher zu binden, wodurch es möglich wird, ein Vor-Ort-Verfüllmate
rial zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren gemäß Definition nach
der Lehre des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen umfassen.
Das Verfahren kann auch für nichtkontaminierte Lockergesteine oder recycelte Materialien
wie keramische und/oder mineralisch gebundene Baustoffe oder recycelte Straßenbaumate
rialien angewendet werden.
Erfindungsgemäß wird verfahrensseitig zunächst eine wässrige Suspension enthaltend im
wesentlichen 50 bis 100 g Tonmehl auf 1 l Wasser in einem intensiven Mischprozeß gebildet,
wodurch sich ein Energieeintrag einstellt, welcher das Quellverhalten unterstützt und die
Schichtzwischenräume der Tonminerale der Suspension vergrößert.
Durch das Vermischen der staubförmigen bis grobkörnigen Anfallstoffe mit der oben ge
nannten Suspension können dann Schadstoffe bzw. Schadstoffkomponenten in die Schicht
zwischenräume der Tonminerale aufgenommen bzw. eingelagert werden, wodurch der ge
wünschte Adsorptions- und Bindungseffekt eintritt.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird anorganisches hydraulisches Bindemittel zum Verfestigen der
Mischung zugegeben. Die
Zugabe des anorganischen Bindemittels bewirkt demnach sowohl die Verfestigung der An
fallstoff-Tonmehl-Bindemittel-Wasser-Mischung als auch dadurch bedingt das Einbinden der
Schadstoffe in die gegebene Matrix.
In Abhängigkeit von den Eigenschaften bzw. der Zusammensetzung des oder der Anfallstoffe
wird diesen eine Menge von 10 bis 40 Masse-% Tonmehlsuspension und eine Menge von 1 bis 10
Masse-% anorganisches hydraulisches Bindemittel jeweils bezogen auf den Anfallstoff zugegeben. Bevorzugt
wird als Tonmehl aktivierter Bentonit eingesetzt. Bentonit ist ein Ton, der neben wenig Quarz
überwiegend das Tonmineral Montmorillonit enthält und der aus der Verwitterung vulkani
scher Aschen oder junger, heller, größtenteils glasig erstarrter Erdgußgesteine entstanden
ist.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß innerhalb der angegebenen Bereichsgrenzen durch die Zu
gabe von Tonmehl bzw. von hydraulischem Bindemittel die Endfestigkeiten je nach dem sich
anschließenden Verwendungszweck oder der Art der Endlagerung eingestellt werden kön
nen, ohne daß sich die vorteilhaften Eigenschaften bezüglich des Einbindens der Schadstoffe
nachteilig verändern.
Als anorganisches hydraulisches Bindemittel wird bevorzugt auf Zement oder Flugasche bzw.
aus einem Gemisch dieser zurückgegriffen.
Bezogen auf das kontaminierte Ausgangsma
terial, d. h. den Anfallstoff, wird eine Menge von 1 bis 10 Masse-% anorganisches hydraulisches Bindemittel dem
Gemisch aus Anfallstoff/Tonmehlsuspension zugegeben, wobei sich die Tonminerale mit den
angelagerten Schadstoffen in die Bindemittelmatrix einbinden und anschließend ein Aushär
ten des Gemisches aus Tonmehl, Anfallstoff, anorganischem Bindemittel und Wasser erfolgt.
Um das Aus- bzw. Erhärtungsverhaften steuern zu können, besteht die Möglichkeit, dem
Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel-Gemisch Abbindebeschleuniger oder -verzögerer zuzugeben.
Entsprechende Abbindebeschleuniger oder Erstarrungsverzögerer sind aus der Bezontechno
logie bekannt.
Eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Verfestigen von unkonta
miniertem Lockergestein natürlichen Ursprungs, wie Schluff, Sand, Kies oder dergleichen
Materialien, aber auch von recyceltem Material, sogenanntem RC-Sand im Korngrößenbe
reich von 0 bis 100 mm.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Beim Ausführungsbeispiel wurde von einem kontaminierten RC-Material vorliegend im Korn
gemisch 0-8 mm ausgegangen.
Das recycelte Material kann auf eine bestimmte Korngröße verbrachtes Bauschuttmaterial,
aber auch Material aus dem Straßenbausektor, z. B. Fahrbahnaltbeläge, welche Teer und
andere Schadstoffe enthalten, umfassen.
Die durch intensiven Mischprozeß z. B. mit einem Kolloidial-Mischer gebildete Bentonitsuspen
sion entstand durch Zugabe von 60 g Aktivbentonit auf 1 l Wasser.
Eine entsprechende Menge des RC-Materials wurde mit 16 Masse-% der Tonmehlsuspension ei
nem weiteren Mischprozeß unterzogen.
Danach erfolgt eine Zugabe von Bindemittel, z. B.
gemäß Ausführungsbeispiel 2 Masse-% Portlandzement CEM I 52,5 R.
Die Bentonitsuspension führte zu einem Absorbieren der Schadstoffe und einem Einbinden
dieser, wobei die Portlandzement-Zugabe eine weitere Fixierung der Schadstoffe in der Mat
rix sowie die gewünschte Verfestigung der Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel-Wasser-Mischung
gewährleistet.
Claims (4)
1. Verfahren zum Verfestigen von insbesondere schadstoffhaltigen, staubförmigen bis
grobkörnigen, nicht hydraulischen Anfallstoffen, Erdstoffen, Lockergestein oder recycelten
Baumaterialien mit folgenden Schritten:
- - Bilden einer wässrigen Suspension bestehend aus 50 bis 100 g Tonmehl je 1 Liter Wasser durch einen Intensiv-Mischprozess,
- - Vermischen der oben genannten Stoffe mit der vorbereiteten wässrigen Suspension,
- - Aushärten und Verfestigen der erhaltenen Mischung durch anorganisches hydraulisches Bindemittel, wobei den oben genannten Stoffen 10 bis 40 Masse-% Tonmehlsuspension und 1 bis 10 Masse-% anorganisches Bindemittel jeweils bezogen auf den jeweiligen oben genannten Anfallstoff zugegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei als Tonmehl aktivierter Bentonit eingesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei als anorganisches hydraulisches Bindemittel Zement und/oder Flugasche eingesetzt
wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei dem Gemisch aus Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel Abbindebeschleuniger oder -
verzögerer zur Steuerung des Aushärtevorganges zugegeben werden.
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