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Verfahren zum Unschädlichmachen von Abfall-
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und/oder Schadstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Unschädlichmachen von Abfall- und/oder Schadstoffen, insbesondere von Klär-
und Industrieschlamm.
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Beim Unschädlichmachen und Beseitigen von Abfällen in flüssiger wie
auch in fester Form bestehen nach wie vor Probleme im Hinblick auf die ökologische
Rückführung dieser Stoffe in die Umwelt. Dies gilt für sogenannte Sonderabfälle
wie auch insbesondere für'Klärschlämme und Industrieschlämme. Diese Abfälle und
Schlämme sind in der Regel angereichert mit Schadstoffen verschiedener Art und auch
unterschiedlicher Schadenswirkung, so daß deren Unschädlichmachen von besonderer
Bedeutung für die ökologische Rückführung ist.
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Bisher zu diesem Zweck eingeführte Verfahren erweisen sich als unzureichend:
Im Bereich der Klärwerke wird der Klärschlamm auf sehr komplizierte eise über Entwässerungen,
Eindickungen thermischer oder nichtthermischer Art, Verbrennungen oder durch einfache
Deponie beseitigt. Diese Verfahren sind außerordentlich kostenintensiv und im Ergebnis
ökologisch zweifelhaft. Ganz besonders schwierig ist die Situation im Bereich der
mit Schadstoffen hochbelasteten Industrieschlämme und des Sondermülls. Hier ist
es üblich, diese Stoffe in Form von aufwendigen Verpackungn und in besonders hergerichteten
Sonderdeponien zu lagern, ohne daß daran gedacht werden könnte, daß nach dieser
Lagerung
eine Beseitigung zu einem geeigneten Zeitpunkt unter ökologisch vertretbaren Gesichtspunkten
möglich ist.
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Für alle diese bekannten Verfahrensweisen kann somit gesagt werden,
daß die Beseitigung solcher Abfälle verhältnismäßig kostenaufwendig ist und im ökologischen
Ergebnis unbefriedigend verbleibt. Eine Folge der bekannten Verfahrensweisen ist
ferner, daß unter Aufwendung hoher Kosten die Schadstoffmenge gesammelt und zentral
gelagert wird, ohne jedoch von. diesem konzentrativen Lagerzustand zu einer ökologisch
befriedigenden Lösung zu kommen. Es werden somit trotz Aufwendung hoher Kosten keine
ökologisch hinreichenden Ergebnisse erzielt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
mit dem Abfall- und/oder Schadstoffe und insbesondere Klär- und Industrieschlämme
mit derartigen Schadstoffen mit möglichst geringem Kostenaufwand, insbesondere aber
mit einem ökologisch befriedigenden Ergebnis unschädlich gemacht werden können und
nach Anwendung des Verfahrens ohne nachteilige Wirkung im Hinblick auf ökologische
Gesichtspunkte gelagert oder auch weiter verwendet werden können. Insbesondere sollen
mit diesem Verfahren Endprodukte erzielt werden, die ohne ökologisch nachteilige
Wirkung weiter verarbeitet werden können.
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Dies wird nach der Erfindung vor allem dadurch erreicht, daß die zu
behandelnden Stoffe, also die Abfall- und/oder Schadstoffe, mit einem oder mehreren
in feinkörnigem Zustand befindlichen hydraulisch bindenden Werkstoffen bei einem
wenigstens für die hydralische Bindung ausreichenden Wasseranteil gemischt werden,
diese Mischung durch Eintrag einer eine ständige Teilchenbeschleunigung von wenigstens
1g bewirkenden kinetischen Energie homogenis-iert und einer Kolloidation und Vergelung
unterworfen wird und daß man danach dieses Gemisch sich durch weitere Hydratation
verfestigen läßt. Als hydraulisch bindende Werkstoffe, also
solche
Werkstoffe, die eine hydraulische Bindung aufgrund des vorliegenden Wassergehalts
eingehen, kommen Zemente, Gipse, Kalk und ähnliche Materialien infrage. Diese Werkstoffe
werden je nach den zu behandelnden Stoffen gewählt.
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Durch die erfindungsgemäß eingesetzte Teilchenbeschleunigung aufgrund
des Eintrags kinetischer Energie erfahren alle Teilchen des Gemisches stets eine
Beschleunigung, die sie zu dauernder Änderung ihres geometrischen Ortes veranlaßt.
Wird das Gemisch aus den zu behandelnden Stoffen und den hydraulisch bindenden Werkstoffen
oder dem hydraulisch bindenden Werkstoff einer solchen Teilchenbeschleunigung unterworfen,
so ist eine vollständige Auflösung und Homogenisierung der im Gemisch befindlichen
unterschiedlichen Stoffe möglich. Es wird dadurch erreicht, daß in jedem Teilchen
der Mischung substanzgleiche Verhältnisse herrschen. Durch den Eintrag kinetischer
Energie mit der Folge der geschilderten Teilchenbeschleunigung wird vom Gemisch
fortlaufend Lùftsauerstoff intensiv aufgenommen. Dieser Luftsauerstoff gelangt auch
durch fortwährende geometrische Veränderung der Oberflächen an jede Stelle der Teilchen,
so daß sowohl hydraulische als auch biochemische Reaktionen ablaufen und einander
dabei gegenseitig unterstützen. Durch die geschilderte Teilchenbeschleunigung tritt
nach von den Stoffen und deren Konsistenz abhängiger Zeit eine Kolloidation und
eine Vergelung ein. Das Gemisch ist teilweise kolloidiert und teilweise vergelt.
Innerhalb des so behandelten Gemisches sind die zu behandelnden Stoffe, also die
Abfall- und/oder Schadstoffe, feinst verteilt, zugleich aber von den hydraulisch
bindenden Werkstoffen oder vom hydraulisch bindenden Werkstoff allseitig umkapselt,
abgeschlossen und damit eingebunden. Das so entstandene hochkolloidative, vergelte,
hydraulische, biochemische Gemisch läßt man nach dem Eintrag der kinetische Energie
durch weitere Hydratation erstarren. Diese Verfestigung erfolgt unter Beschleunigung
der
hydratativen Phänomene, und es entsteht innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeit
ein hartes Gefüge, die Mischung ~versteinert". Vor der Verfestigung kann durch Gießen,
Verspritzen oder ähnliche Maßnahmen aus diesem Material Formkörper geformt und dann
zur Verfestigung gebracht werden, z.B. Steine, Platten oder sonstige geeignete Mineralprodukte.
Es können solche verfestigte Formkörper dann auch zu Granulaten oder ähnlichem zerkleinert
werden. Durch die geschilderte Umkapselung und feste Einbindung der Abfall- und/oder
Schadstoffe sind diese vollständig unschädlich gemacht und können auch bei der späteren
Verwendung des nach dem Verfahren erzeugten Endprodukts als ökdogisch vollständig
unbedenklich angesehen werden. Somit wird durch die Erfindung nicht nur eine Unschädlichmachung
der Abfall- und/oder Schadstoffe erreicht sondern auch eine Verwendung dieser Schadstoffe
innerhalb der Umwelt und industriellen oder gewerblichen Technik, insbesondere der
Bautechnik. Die aus dem Endprodukt gewonnenen Granulate oder andere Körper können
z.B. zum Ausgleich von Gelände oberflächen oder für den Dammbau oder zu ähnlichen
Zwecken Verwendung finden. Es hat sich gezeigt, daß das durch Einsatz des erfindungsgem~aBen
Verfahrens wasserunlöslich eingeschlossene schädliche Material, also die Abfall-
und/oder Schadstoffe, selbst die feinsten schädlichen Schwermetallteilchen, sich
unter atmosphärischen und Bodenbedingungen nicht mehr aus diesem geschaffenen Verband
herauslösen lassen. Das Verfahren nach der Erfindung und insbesondere die Kolloidation
und Vergelung lassen sich, wie im folgenden noch beschrieben wird, auf einfache
und kostensparenste Weise durchführen.
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Insgesamt wird durch die Erfindung somit erreicht, daß Abfall- und/oder
Schadstoffe auf einfache und vor allem ökologisch befriedigende Weise unschädlich
machen lassen und einem späteren.Verwendungszweck zuführen lassen.
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Der bei der erfindungsgemäßen Behandlung der Mischung aus Abfall-
und/oder Schadstoffen und hydraulisch bindenden Werkstoffen verwendete Wasseranteil
ist wenigstens derart zu wählen, daß er für die hydraulische Bindung der zugehörigen
Werkstoffe ausreicht. Je nach dem Wasserinhalt der zu behandelnden Abfall- und/oder
Schadstoffe ist der erfindungsgemäß zu behandelnden Mischung eine geeignete Menge
Wasser zuzuschlagen. Bei Klärschlämmen oder Industrieschlämmen mit sehr hohem Wasseranteil
entfällt ein derartiger Zuschlag, bei weniger wasserhaltigen Abfällen ist jedoch
in steigendem Maß eine Wasserzugabe erforderlich. Für die praktische Anwendung hat
es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn in der Mischung das Gewichts-Verhältnis von
Wasser zu den Feststoffen in Abhängigkeit von den zu behandelnden Stoffen und den
hydraulisch. bindenden Werkstoffen zwischen 1:10 bis 2:1 gewählt wird.
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Für ein günstiges Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es
sich ferner alsszweckmäßig erwiesen, wenn das Gewichts-Verhältnis der hydraulisch
bindenden Werkstoffe zu den zu behandelnden Stoffen wenigstens 1:10 beträgt.
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Für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens'und insbesondere für
eine gute Einbindung der Abfall- und/oder Schadstoffe in den hydraulisch bindenden
Werkstoffen bei der Kolloidation und der Vergelung sowie für deren Durchführung
hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die hydraulischen Werkstoffe eine Teilchengröße
von weniger als 1pm aufweisen. Zweckmäßig werden also die hydraulischen Werkstoffe
vor und/oder während ihrer Mischung und/oder während ihrer Behandlung mit den zu
behandelnden Stoffen auf eine Teilchengröße von weniger als ifl£m zerkleinert. Es
hat sich gezeigt, daß bei einer derartigen Teilchengröße die Kolloidation und Vergelung
außerordentlich beschleunigt werden kann und daher das erfindungsgemäße Verfahren
besonders wirtschaftlich ausge-
führt werden kann.
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Zweckmäßig wird ferner die Mischung dem kinetischen Energieeintrag,
also der Teilchenbeschleunigung, für eine Dauer von 4 bis 15 Minuten unterworfen.
Das hierdurch erzielte kolloidlerte und vergelte Produkt verfestigt sich zu einem
harten Gefüge innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeit von 6 bis 28 Stunden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zweckmäßig der kinetische
Energieeintrag in einer offenen oder geschlossenen Hochbeschleunigungsanlage durchgeführt.
Hierzu können geeignete hochtourige Rührwerke insbesondere Propellerwerke eingesetzt
werden oder auch eine Ultraschallbehandlung wie auch sogenannte spiralige Implosionsanlagen.
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Ferner ist es möglich, den kinetischen Energieeintrag zur Teilchenbeschleunigung
durch Strahlpumpanlagen durchzuführen. Wesentlich ist, daß eine Mindestteilchenbeschleunigung
von 1 g stattfindet und innerhalb der Beschleunigungsgeometrie der Teilchen eine
fortlaufende Veränderung von deren geometrischem Standort stattfindet.
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Das Verfahren wird zum Beispiel in folgender Weise durchgeführt: Ein
Klär- oder Industrieschlamm wird mit einem oder mehreren hydraulisch bindenden Werkstoffen
in feinkörnigem Zustand, zweckmäßig mit einer Teilchengröße unterhalb nm gemischt.
Dabei wird für einen ausreichenden Wasseranteil gesorgt, der wenigstens die hydraulische
Bindung der entsprechenden Werkstoffe gewährleistet. In diese Mischung wird auf
einer Hochbeschleunigungsanlage eine kinetische Energie derart eingebracht, daß
eine Teichenbeschleunigung von wenigstens 1g bewirkt wird. Die Teilchen erfahren
dadurch eine ständige Änderung des geometrischen Orts. Dadurch wird eine vollständige
Auflösung und Homogenisierung der im Gemisch befindlichen Stoffe erzielt mit der
Folge einer Kolloidation und Vergelung. Zugleich wird durch die Art der Beschleunigung
fortlaufend
Luftsauerstoff intensiv aufgenommen, insbesondere bei
Verwendung einer offenen Hochbeschleunigungsanlage oder einer Strahlpumpanlage.
Die dabei eintretenden hydraulischen und biochemischen Reaktionen laufen einander
gegenseitig unterstützend ab. Nach einer von den Stoffen abhängigen Zeit, die in
der Praxis zwischen 4 und 15 Minuten liegt, und zwar je nach Beschleunigung und
je nach Konsistenz, tritt dann unterschiedlich, in manchen Fällen schlagartig, eine
kolloidative und gelartige beginnende Versteinerung ein, wobei der Anteil des hydraulischen
Anspringens nicht unerheblich ist. Ist dieser Zustand eingetreten, so ist der Schritt
des kinetischen Energieeintrags beendet, und es wird das so behandelte Gemisch schnellstmöglich
aus der Anlage entnommen. Das so entstandene Produkt ist ein hochkolloidatives,
vergeltes, hydraulisches, biochemisches Gemisch, das innerhalb kurzer Zeit zur Erstarrung
und nach ebenfalls einer bestimmten, verhältnismäßig kurzen Zeit zu einer hydrotativen
Erstarrung kommt. Danach entsteht ein hartes Gefüge, das durch organische Sonderzuschläge
während der erfindungsgemäßen Behandlung, wie z.B. Latex=-emulsion, noch gegen Schwindungsgefahr
geschützt sein kann.
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Zur Bildung von Formkörpern unterschiedlicher Art kann das noch nicht
erstarrte, plastisch verformbare Zwischenprodukt in entsprechende Formen gegossen
oder gespritzt werden, um darin zu erstarren. Das harte Gefüge kann zu Granulaten
oder anderen geeigneten Teilchen gebrochen werden.
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Bei dem Eintrag kinetischer Energie bzw. der Teilchenbeschleunigung
wird auf rein physikalisch-mechanischem Weg eine totale Homogenisierung der Mischung
erzielt, die die Kolloidation und Vergelung unter vollständigem Einschluß der zu
behandelnden Stoffe bewirkt. Innerhalb und außerhalb des Zeitraums der Einbringung
kinetischer Energie finden biochemische Reaktionen neben den hydraulischen Vor-
gängen
statt.
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Das Ergebnis des Verfahrens ist prinzipiell ein Hydrosol-Kolloid mit
ummantelten, eingeschlossenen Partikeln der Abfall- und/oder Schadstoffe.