DE2100627C3

DE2100627C3 -

Info

Publication number: DE2100627C3
Application number: DE2100627A
Authority: DE
Inventors: Jesse R. Pittsburgh Pa. Conner (V.St.A.)
Original assignee: Environmental Sciences Inc Pittsburgh Pa (vsta)
Current assignee: Chemfix Technologies Inc Kenner La Us
Priority date: 1970-01-08
Filing date: 1971-01-08
Publication date: 1975-03-06
Also published as: NL7100195A; BE761392A; GB1337301A; US3837872B1; CA965966A; DE2100627B2; FR2075354A5; JPS4949406B1; DE2100627A1; US3837872A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfestigen von Abfällen jeglicher Art, auch mit Feststoffen versetzten, flüssigen oder halbflüssigen Abfällen aus Industrie, Gewerbe oder Haushaltungen, bei dem die Abfälle nach Zerstörung der an- !eiligen Feststoffkörper mit einer wäßrigen Lösung von Alkalimetallsilikat als Bindemittel versetzt und sodann einer Verfestigung durch das Bindemittel unterworfen werden.

Abfälle wie Müll, Schlacke, Glas- und Metallbehälter und sonstiger städtischer und industrieller Festmüll sind einige Jahre lang zum Füllen von Gruben, Erdschichten und Bergwerken verwendet worden, doch ergeben sich bei dieser Art der Müllbeseitigung sekundäre Probleme der Umweltverschmutzung, und überdies sind solche Gebiete wegen unzureichender Festigkeit des Bodens für Bauzwecke und sonstige Verwendungen nicht mehr geeignet. Manche Arten von Festmüll unterliegen überdies der physikalischen oder chemischen Zersetzung, wobei nicht nur mit Geruchsbeläsligungen, sondern auch mit dem Freiwerden von Giftstoffen und mit einer Grundwasserverschmutzung zu rechnen ist.

Sfclbsi bei den besten sanitiiitn Methoden der Müllbeseitigung durch Ausfüllen von Erdgruben, Schächten od. dgl. entstehen Probleme durch Insektenbefall, Zersetzung und Geruchsbelästigung. Die Zersetzung des Mülls führt auch dazu, daß die Festigkeit ώ:τ Füllung nachläßt. Der Zerfall kann überdies durch Korrosion der im Müll befindlichen Metalle verstärkt werden. Er tritt besonders stark an hohlen Meta'lgegenständen, z. B. an Dosen, Kannen, ίο Tonnen, Kraftfahrzeugkarosserien od. ugl., u. Das Eingraben von Abfallreifen ist nicht beft;. ..igend, weil diese Abfälle nach einiger Zeit durch Aufschwimmen wieder an die Oberfläche kommen. In jedem Falle ist das mit Festmüll aufgefüllte Erdreich nicht fest genug, um Bauten irgendwelcher Art tragen zu können. Zwar kann das Problem der unzureichenden Bodenfestigkeit teilweise dadurch gemindert werden, daß der in die Erde zu bringende Abfall nach seinen Festigkeitseigenschaften gegen Zerao setzung und Korrosion ausgesucht und eingestampft wird, doch sind die sonstigen Nachteile damit nicht beseitigt.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Beseitigung von Abfällen unterschiedlichster Art dadurch zu eras leichtern, daß die Feststoffkörper der Abfälle zunächst in geschlossenen Druckbehältern unter Luftabzug und Ableitung von Wasserdampf durch induktive Erhitzung einer destruktiven Destillation unterworfen werden, deren Ergebnis sbh in einer Zersetzung und Veraschung der Abfälle äußert. Die veraschten Abfälle sollen dann mit einem Bindemittel, z. B. mit Natriumsilikat, versetzt und zu Blöcken verpreßt werden, deren Ablagerung an geeigneten Lagerstätten erfolgt, wo sie keine nachteiligen Aus-Wirkungen menr für den Erdboden und das darin enthaltene Grundwasser haben können. Die erforderliche Vorbehandlung der Abfälle mit dem Zie! ihrer destruktiven Destillation und Veraschung in geschlossenen Behältern unter beträchtlicher Hitzeanwendung ist aber aufwendig, vom Vorhandensein entsprechender Druckbehälter abhängig und schon wegen des erforderlichen, beträchtlichen Energieaufwandes praktisch in größerem Maßstabe kaum durchführbar. Nach der vorliegenden Erfindung soll aufgabengemäß die Zerstörung der Feststoffkörper der Abfälle zur Unschädlichmachung bei der Ablagerung auf vereinfachte Weise ohne vorherige Zersetzungsbehandlung und Veraschung in beheizbaren Druckbehältern erfolgen, wobei der zur Erhitzung, Zersetzung und Veraschung erforderliche Energieaufwand entfällt. Auch das aufwendige Verpressen der Rückstände des Zersetzungs- und Veraschungsprozcsses über einen Bindemittelzusatz zu harten Blökken soll entfallen. Deshalb erfolgt erfindungsgemäß die Zerstörung der Feststoffkörper mechanisch, und es werden die Abfälle mit der wäßrigen Lösung von Alkalimetallsilikat und mit einem Silikathärtemittel in solchem Mengen versetzt, daß durch die Reaktion der beiden Zusätze ein chemisch und physikalisch «u beständiges, festes und in Wasser praktisch unlösliches Erzeugnis entsteht.

Das Verfahren nach der Erfindung ist zur Behandlung von Festmüll besonders geeignet. Dazu gehören vornehmlich Müll mit großen Feststoffkörpern wie Verpackungsmaterialien jeglicher Art, Behälter aus Metall, Glas oder Kunststoffen. Auch schlammartige Abfälle chemischer Betriebe und Bergwerke, Gebäudetirümmer und viele andere Abfallstoffe kön-

nen in dieser Weise auf eine für dk Umwelt unschädliche Ablagerung vorbereitet werden.

Zur Ausführung der Erfindung werden die Abfälle, wenn es sich um Festmüll handelt, zerstückelt, zerstoßen oder auf sonstige Weise zerkleinert und dann mit Natriumsilikat gemischt, wobei es gleichgültig ist, ob der Abfall nur aus einer bestimmten Art von Abfallstoffen oder aus einem Gemisch unterschiedlicher Abfälle besteht. Natriumsilikat ist in fester oder flüssiger Form und in zahlreichen Natriumsiliziumoxydverbindungen verfügbar. Andere Alkalimetallsilikate können gleichfalls benutzt werden, doch ist Natriumsilikat besonders billig und leicht erhältlich.

Wenn der zerkleinerte Abfall nicht schon von Natur aus ein Silikathärtemittel enthält oder nicht in ausreichender Menge damit versehen ist. um die gewünschte Verfestigung zu erhalten, so kann ein solches Härtemittel als Zuschlag mit den Abfallstoffen gemischt werden. Dabei hängen die Mischungsverhältnisse zwischen Abfall, Natriumsilikat Silikathärtemittel in weitem Bereich von der Zusammensetzung des Abfalls, dem vorhandenen Härtemittel und den physikalischen Eigenschaften des verfestigten Produktes ab. Die Reaktion zwischen dem Silikat und dem Härtemittel erzeugt eine Verfestigung. Je nach der Zusammensetzung des Gemisches und nach dem Gebrauch, dem das verfestigte Erzeugnis unterliegen soll, kann dieses Erzeugnis eine Härte aufweisen, die zwischen brüchigem oder hartem ton- oder lehmartigen Material und hartem Felsgestein liegen kann.

Als Härtemittel kommen unterschiedliche Stoffe in Betracht. Im allgemeinen wird durch Säuren oder säurehaltige Zuschläge eine rasche Gelatinierung oder Härtung des Silikats erhalten. Indessen können auch viele andere Härtemittel verwendet werden, z. B. Kalziumchlorid und mehrwertige schwere Metallsalze.

Das Natriumsilikat wird gewöhnlich in dtm im Handel erhältlichen flüssigen Zustand verwendet, kann aber bei Bedarf in festem Zustand bezogen und in Wasser gelöst oder mit einer wäßrigen Lösung des Silikathärtemittels versetzt werden, in jedem Falle soll das Gemisch aus Abfall, Silikat und Härtemittel eine solche Konsistenz haben, daß es über das aufzufüllende oder in seinen Eigenschaften zu verbessernde Erdreich gegossen oder gepumpt oder in Formen zur Herstellung von Festkörpern bestimmter Art gebracht werden kann. In ähnlicher Weise kann das vorbereitete Gemisch auch auf das sonst unverwendbare Erdreich von stillgelegten Bergwerken od. dgl. aufgebracht oder zum Ausfüllen von stillgelegten Bergwerken verwendet werden. Auch hohle Abfallkörper wie Karosserien, Kraftfahrzeugreifen und andere sperrige Gegenstände können damit gefüllt oder mit einer diesbezüglichen Füllmasse umgeben werden.

Die praktische Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung bei der Beseitigung von Haushaltmüll wird in dem folgenden Beispiel beschrieben, bei dem es sich um MUH handelt, der tierische und pflanzliche Abfälle, ferner Abfälle aus Papier, Kunststoff. Glas, Metall und sonstigen Haushaltmaterialien enthält, wie sie normalerweise in Wohn- und Arbeitsräumen anfallen. In diesem Fall wurde der Müll mit Natriumsilikat behandelt, das eine Zusammensetzung von Si₂O: Na₂O von 3,2 : 1 und einen Feststoffgehalt von etwa 38 °/o aufweist.

Beispiel (Haushaltmüll)

Haushaltmüll wurde mit einem ausreichenden Anteil einer 30prozentigen Kalziumchloridlösung zu einem steifen Schlamm verrührt. Sodann wurde eine mit dem Volumen des Kalziumchlorids übereinstimmende Menge von Natriumsilikatlösung rasch zugesetzt und mit dem Gemisch verrührt. Dabei trat eine fast augenblickliche Verfestigung bis zu einem Punkte ein, bei dem das Gemisch nicht mehr flüssig war und dem Eindringen irgend eines Gegenstandes etwa in gleicher Weise standhielt wie fester Erdboden oder Lehm bzw. Ton. Dabei wurde beobachtet, daß ein Teil der Flüssigkeit infolge der schnellen Ver festigung in Taschen des Abfallgemisches einge schlossen blieb. Das Gemisch wurde einen Monat lang in einer geschlossenen Glasflasche aufbewahrt. Während dieser Zeit trat keine Gasentwicklung auf, was dadurch bestätigt wurde, daß kein Druckpolster

^ao im Innern der Flasche angestaut wurde. Während das Gemisch beim öffnen des Gefäßes einen unangenehmen Geruch hatte, so war nicht die intensive Fäulnis festzustellen, die normalerweise bei der Aufbewahrung eines solchen Gemisches erwartet werden kann.

Der Glasbehälter wurde dann auch zerbrochen und sein Inhalt zwei Monate lang in der Luft getrocknet. Dabei trat eine geringe Schrumpfung ein, wobei die Masse etwas krümelig wurde, etwa nach Art von trockener Erde oder trockenem Lehm. Sie hatte aber dennoch einen beträchtlichen inneren Zusammenhalt, eine geringe Zusammendrückbarkeit und erwies sich sowohl in nassem! wie auch in trockenem Zustand als Füllmasse, deren Belastbarkeit und Stabilität den Eigenschaften des normalen Erdbodens entsprach.

Obschon die Erfindung vorstehend in ihrer Anwendung zur Behandlung von Festmüll beschrieben wurde, eignet sie sich in gleicher Weise auch zur Behandlung von flüssigen oder halbflüssigen Abfällen, z. B. zur Behandlung von verbrauchten Stahl-

beizlaugen und von erzhaltigem Beigwerkschlamm. Diese Abfälle benötigen keine zusätzlichen Härtemittel, da sie einen Gehalt an Salzsäure oder Schwefelsäure aufweisen, und sie können mit Natriumsilikat verwendet werden, um verfestigte Erzeugnisse her-

♦s zustellen, die mit Ton, Lehm oder anderen Mineralstoffen mischbar sind und dann harte Materialien ergeben, die zum Abstützen von Gebäuden geeignet sind. Solche Beizen und Aufschwemmungen können auch zur Herstellung von Silikathärtemitteln für viele andere Abfälle aus Verpackungsmaterialien, Kunststoffen od. dgl. benutzt werden.

Beispiel 1

Mehrere Gemische aus säurehaltigem Bergwerkschlamm und Natriumsilikat wurden hergestellt. Der Bergwerkschlamm enthält in der Regel Hydroxyde oder hydrierte Eisen- und Manganoxyde, Kalziumsulfat und andere Mineralstoffe in kleineren Mengen.

Der Schlamm war ein konzentrierter säurehaltiger Schlamm mit einem Feststoffgehalt von etwa 12 Gewichtsprozent und einem Säurewert von pH 7. Die hergestellten Gemische entsprachen hinsichtlich ihres Anteils an säurehaltigem Schlamm und Natrium silikat Verhältnissen von 10. 1, 4: 1, 3: 1, 2: 1, 1 : 1. 1:2, 1:3, 1:4 und 1:10. Die ersten fünf genannten Gemische verfestigten sich zu homogenen Gelen innerhalb von 30 Sekunden. Diese Gele waren in

ihren mechanischen Eigenschaften sehr weich, lest, sehr fest, hart und verhältnismäßig hart. Das fünfte Gemisch, das im Verhältnis 1 : 1 angesetzt war, hinterließ einen kleinen Anteil an klarer Überschußflüssigkeit auf der Oberfläche des Gtis. Die anderen Gemische hatten keine flüssigen Ausscheidungen. Die vier letzten Gemische, die einen höheren Anteil an Natriumsi'iikatlösung enthielten, ergaben eine langsame Gelreaktion mit einem nichthomogenen Wiederschlag und einer darauf beftiidlichen Ausscheidung von Ubuschußflüssigkeii. Zweitmuster der ersten fünf Gemische wurden drei Monate lang getrocknet. Dies ergab für alle Gemische einen sehr harten Rückstand, der gegenüber dem feuchten Zustand einer Schrumpfung von 10 bis 25 %> unterlag. Die Rückstände aus dem Mischungsverhältnis 1 : 1 oder 2: 1 waren steinhart, während die anderen zwar hart, aber etwas brüchig waren.

Beispiel 2 _ao

Eine schwefelsäurehaltige Beizflüssigkeit wurde dadurch hergestellt, daß Schrott aus nichtrostendem Stahl mit 12prozentiger Schwefelsäure bei 180' F behandelt wurde, bis keine Reaktion mehr auftrat. Nach dem Abkühlen wurden Teilmengen der Flüs- »5 sigkeit mit Natriumsilikatlösung in den Verhältnissen 3:1,2:1, 1:1, 1:2 und 1 : 3 behandelt. Die ersten drei Proben reagierten fast augenblicklich und ergaben einen harten Niederschlag, während die letzten beiden Proben eine Einwirkungsdauer von m^hr als einer Stunde bis zum Abschluß der Reaktion benötigten. Danach enthielt die im Mischungsverhältnis 3: 1 hergestellte Probe etwa 80¹Vo Flüssigkeit, die stark gefärbt war und einen Überschuß an Beizflüssigkeit enthielt. Die im Mischungsverhältnis 2:1 3S hergestellte Probe enthielt etwa 50 "/0 von stark gefärbter Flüssigkeit, und die im Mischungsverhältnis I : I hergestellte Probe wies einen Gehalt an leicht gefärbter Flüssigkeit von etwa 20 °/n auf, wobei die Flüssigkeit nur einen geringen Anteil an Beizflüssigkeil enthielt. Die im Mischungsverhältnis 1 : I hergestellte Probe enthielt eine klare, aufschwimmende Flüssigkeit in einer Menge von etwa K)¹Vn des Gesamtvolumens mit darin suspendierten Stoffen. Die im Mischungsverhältnis 1 :3 hergestellte Probe hatte das gleiche Behandlungsergebnis wie die im Mischungsverhältnis 1 : 1 hergestellte Probe, wies jedoch einen Überschuß an Natriumsilikat auf. Bei den beiden letztgenannten Proben war die aufschwimmende Flüssigkeit alkalisch und enthielt sehr wenig Metallionen in der Lösung. Eine Zweitprobe im Mischungsverhältnis 1 .2 wurde an der Luft getrocknet und ergab einen harten brüchigen Rückstand aus ausgefällten Metallverbindungen und Silikaten.

Beispiel 3

Ein simulierter Abfall der chemischen Industrie, der 0,5'"« Schwefelsäure und 125 Teile je Million Zinkionen als Zinksulfat enthielt, wurde mit einer Natriumsilikatlösung neutralisiert. Dabei trat bei unterschiedlichen Proben während einer Zeh von einigen Stunden bis au 24 Stunden eine Verfestigung ein, die sich in der Bildung einer weichen gelartigen Masse mit sehr kleinem Wasserüberschuß äußerte. Diese Masse bestand im wesentlichen aus Kieselerdegel, das anteilige Spuren von Zink enthielt.

Die vorstehenden Beispiele dienen zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung und zeigen, wie unterschiedliche Arten von Abfällen, die nicht nur als Feststoffe, sondern auch als Flüssigkeiten anfallen, behandelt werden können, um stabiles Füllmaterial zum Ausfüllen von Gruben, Bergwerkschächten und -stollen zu erhalten, das auch für andere Zwecke verwendbar ist, z. B. beim Straßenbau und als Zuschlagmaterial für Zementfüllungen oder Beschichtungen. Die Stoffe können mit allen anderen Feststoffen gemischt und verarbeitet werden, die gegenüber Nstriumsilikat und einem Gelierungs- oder Härtungsmittel dafür wie Kalziumchlorid nicht reagieren.

Bei dem Verfahren geht — obschon die Behandlungsstoffe wasserhaltig sind — die Verfestigung mit einer Bindung des in den Zellen des Gels enthaltenen Wassers vor sich, so daß es nicht in den Erdboden eindringt, womit auch die Verunreinigung des Grundwassers vermieden wird. In ähnlicher Weise erfolgt auch die chemische Fixierung von bakteriell zersetzbarem Abfall, das die Entwicklung von unerwünschten Zersetzungsprodukten verhindert, die Geruchsbelästigungen zur Folge haben oder gesundheitsschädlich sind.

Die Beseitigung von manchen Abfällen, die Mikroorganismen enthalten, durch das Verfahren nach der Erfindung kann sich gesundheitlich nachteilig auswirken, wenn das verfestigte Material mit Wasser in Berührung kommt, doch läßt sich diese nachteilige Auswirkung leicht vermeiden, wenn das Gemisch mit einem antibakterieüen Zuschlag versehen wird.

Claims

Patentanspi licht:

1. Verfahren zum Verfestigen von Abfällen jeglicher Art, auch mit Feststoffen versetzten, flüssigen oder halbflüssigen Abfällen aus lndustrie, Gewerbe oder Haushaltungen, bei dem die Abfälle nach Zerstörung der anteiligen Feststoffkörper mit einer wäßrigen Lösung von Alkalimetallsilikat als Bindemittel unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstörung der Feststoffkörper mechanisch erfolgt und die Abfälle mit der wäßrigen Lösung von Alkalimetallsilikat und mit einem Silikathärtemittel in solchen Mengen versetzt werden, daß durch die Reaktion beider Zusätze ein chemisch und physikalisch beständiges, festes und in Wasser praktisch unlösliches Erzeugnis entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetallsilikat uus Natriumsilikat besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Abfällen als Silikathärteinittel eine mehrwertige Metallverbindung zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Abfällen als Härtemittel Kalziumchlorid zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den Wirkstoffen versetzte Abfallgemisch vor seiner Verfestigung mit einer seine Pumpfähigkeit sichernden Flüssigkeitsmenge versetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfälle vor dem Versetzen mit einer Alkalimetallsilikatlösung nach anleiligen Feststoffen sortiert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfälle vor dem Verfestigen in flüssigem Zustand auf Bodeniiächen geleitet werden, auf denen die Verfestigung bei der Ablagerung eintritt.