DE4214763A1

DE4214763A1 - Verfahren zur Verwendung von Komposten für die Immobilisation von organischen und anorganischen Schadstoffen

Info

Publication number: DE4214763A1
Application number: DE19924214763
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Grabbe; Steffen Dr Stoelzer-Niebuhr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-10
Filing date: 1992-05-10
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2012-05-11
Also published as: DE4214763C2; WO1993023181A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf den Einsatz von Komposten zur Festlegung von organischen Schadstoffen, z. B. Aromaten, und anorganischen Schadstoffen, z. B. Schwermetallen, in kontami nierten Medien, z. B. Boden, Wasser, Lösungsmitteln, Gasen. Das Verfahren schließt die Methodik zur Prüfung von Komposten zur Klassifizierung ihrer Immobilisationskapazität mit ein.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Bei der Rotte biogener organischer Stoffgemenge unter definierten aeroben Bedingungen entsteht Dauerhumus, der allgemein als Kompost bezeichnet wird. Er setzt sich aus repolymerisierten Bruchstücken des Ligno-Zellulose-Abbaus und mikrobiell gebildeten autoxydablen Phenolen unter Einbeziehung aliphatischer Metabolite, z. B. Protein, zusammen. Es ist bekannt, daß die unspezifischen Enzymsysteme des Ligninabbaus (Ligninasen, Phenolasen) auch Schadaromaten anzugreifen vermögen. Dieser Schadstoffumsatz kann zur Totalmineralisation oder zum Einbau von Bruchstücken in den Humuspool führen. Des weiteren besitzt der Dauerhumus eine hohe Kationenaustauscherkapazität. Aufgrund der bevorzugten Adsorption von Kationen mit zunehmender Ladung und Ionengröße werden Ammonium- und Schwermetallionen selektiv festgelegt. Zusätzlich werden Schwermetalle als Hydroxide, Carbonate, Sulfide, Sulfate oder Phosphate festgelegt, wenn die entsprechenden Milieubedingungen herrschen. Die geschilderten Eigenschaften des Kompostes sind bekannt, wurden bisher jedoch nicht gezielt verfahrenstechnisch ausgenutzt.

Offenbarung der Erfindung

Zur raschen Ermittlung der Aufnahmekapazität gegenüber Schadstoffen, vorzugsweise Schwermetallionen, wurde folgendes Verfahren entwickelt:

Eine definierte Kompostmenge wird in eine gelochte 50 ml-Plastikflasche eingefüllt. Die Kompostprobe wird 24 h bei 25°C in einem 500 ml-Erlenmeyer-Kolben, der Wasser mit einem definierten Schadstoffgehalt enthält, geschüttelt. Diese Prozedur wird fünfmal wiederholt. Aus der Differenz zwischen dem Schadstoffgehalt der wäßrigen Lösung oder Suspension zu Beginn und nach Abschluß des Versuches ergibt sich die vom Kompost aufgenommene Menge an Schadstoffen. Danach wird die beladene Kompostprobe in der beschriebenen Weise fünfmal in destilliertem Wasser geschüttelt und die Menge der in Lösung gegangenen Schadstoffe bestimmt. Aus der Differenz zur sorbierten Schadstoffmenge im Kompost ergibt sich schließlich der tatsächlich immobilisierte Schadstoffgehalt (Verfahren nach Anspruches 1 bis 3).

Vorstehendes Verfahren kann dahingehend erweitert werden, daß der Kompost schon während der Herstellung (Anspruch 4) oder nach der Ausreifung wie das zu reinigende Medium auch durch Variation des pH-Wertes und des Salzgehaltes, sowie durch Zusatz von Komplexbildnern und Abfangreagentien für seinen späteren Verwendungszweck entwickelt werden kann. Dadurch wird eine Verbesserung bzw. optimale Ausnutzung der Sorptionskapazität des Kompostes erreicht. Diese gezielte Beeinflussung der Reaktionspartner bzw. Systemkomponenten gestattet stöchiometrische Berechnungen (Anspruch 5).

Komposte können wegen ihrer hohen Bindungs- und Sorptions kapazität in verschiedenen Bereichen des Umweltschutzes eingesetzt werden. Dafür muß eine technische Ausformung des Einsatzes vorgenommen werden (Anspruch 6). Nur unter dieser Voraussetzung können schadstoffbelastete Medien, z. B. aus Deponien, Bodenwaschanlagen oder aus Industriebetrieben gereinigt werden (Anspruch 7-10). Das kann dadurch geschehen, daß das Wasser Kompostschichten durchläuft und die Schadstoffe während der Durchsickerung sorbiert werden.

Eine besondere Einsatzvariante ist analog zum Verfahren des Anspruches 1-3 die Befüllung von Containern verschiedenen geometrischen Zuschnitts, z. B. Rohren, Big Bags, Körben, Schläuchen, die in das zu reinigende, kontaminierte Medium gehängt werden. Die gelösten oder suspendierten Schadstoffe werden sorbiert und im Kompost aufkonzentriert. Auf diese Weise ist es möglich, große und kleine Wassermengen von Schadstoffen in geringer und hoher Konzentration rasch und kostengünstig zu reinigen.

Ein grobes Umweltproblem ist die Auswaschung mobiler Schadstoffe aus Deponien, Altlasten, Halden und kontami nierten Böden in Sammlersysteme, Vorfluter, Oberflächen- und Grundwasser. Es ist gängige Praxis, die Probleme entweder auf bautechnischem Wege (Einkapselung, Abdichtung) oder durch sehr aufwendige Verfahren der Bodenwaschung zu lösen. Die Verwendung von Komposten im Rahmen eines geeigneten Einbaus kann ein kostengünstiges Verfahren sein, nicht nur die akute Belastung zu beseitigen, sondern auch eine Sorptionsreserve im Sinne der Prophylaxe zu schaffen (Anspruch 11).

Um einen Schadstoffaustrag über das Sickerwasser zu vermeiden, wird das kontaminierte Material ausgekoffert und nach Einmischen des Filterkompostes wieder eingebaut (Anspruch 12). Eine zusätzliche Sicherheit kann dadurch erreicht werden, daß eventuell auftretendes belastetes Perkolat eine Kompostfilterschicht durchsickert und gereinigt wird. Es kann auch eine Sohlen-, Zwischen- und Abdeckschicht angelegt werden, die bezüglich der Filterwirkung (Schichtstärke, Auslegung der Filtereigenschaften) problem angepaßt ist (Anspruch 13). Immer ist die Funktion des Kompostes eine systemintegrierte Ausfilterung und Bindung von Schadstoffen anstelle der bautechnischen Isolierung von Gefahrenpotentialen.

Bei der Konzipierung von Sorptionsmatrices auf Kompostbasis muß das Wasserregime im System beachtet werden. Ist die Kompostschicht weniger durchlässig als das durchströmte Material, kann es zu Staus an den Schichtengrenzen kommen. Dann ist die Filterpassage nicht mehr gewährleistet. Daher muß bei der Wahl des Kompostmaterials auf den Wasserdurchlässigkeitsbeiwert geachtet werden. In besonderen Fällen muß die Wasserdurchlässigkeit des Filtermaterials Kompost durch geeignete Zumischungen, z. B. Sand, erhöht werden (Anspruch 14). Die Filterwirkung kann dann durch Schichtstärken ausgeglichen werden.

Zur bautechnischen Einrichtung von Deponien können ablagerungsintegrierte vorsorgende Sicherungsmaßnahmen da durch ergriffen werden, daß Kompostschichten eingezogen werden oder Kompost mit Schadstoffträgern (Sonderabfall), z. B. imprägniertem und beschichtetem Holzabfall, Aschen, vermischt und eingebaut wird (Anspruch 15).

Die mikrobielle Aktivität im Kompost kann neben Veränderungen des pH-Wertes und des Redoxpotentials den Abbau der organischen Substanz und auch der Huminstoffe zur Folge haben. Dadurch kann es zur Remobilisation von Schadstoffen kommen. Um solche Prozesse zu unterbinden, wird Reifkompost verwendet, der sich unter anaeroben Verhältnissen bekanntlich inert verhält. Außerdem kann diese Eigenschaft durch die Wahl der Stoffgemenge zu Beginn der Kompostierung günstig beeinflußt oder nachträglich durch Zusatzstoffe, z. B. Lignosulfonsäure als Hemmstoff für die Mikroflora, oder durch Addition von sauerstoffverbrauchenden Reagentien unterstützt werden (Anspruch 16 und 17). Häufig kommen die Einlagerungsbedingungen der Ausbildung anaerober Zustände, z. B. in Deponien, entgegen. Solche Zustände können aber auch durch Kompostverdichtungen herbeigeführt und aufrechterhalten werden (Anspruch 18).

Eine Erhöhung der Sorptionskapazität des Kompostmaterials durch spezielle Zumischungen, z. B. kohlensaurem Kalk, Mergel, Eisenverbindungen, Phosphaten und Ton, ist möglich. Durch derartige Manipulationen wird die Effizienz der Immobilisation erhöht und Remobilisationen vermindert (Anspruch 19).

Die Einmischung von Additiven kann nach dem Verfahren von Bölsing molekulardispers vollzogen werden (Anspruch 20).

Das System der Immobilisation von Schadstoffen läßt sich für Aufkonzentrationen verwenden, die der Rückgewinnung von Chemikalien und Schadstoffen dienen (Anspruch 21).

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Bindungskapazität von Komposten für Schadstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß definierte Kompostmengen mit schadstoffhaltigen Medien unter definierten Bedingungen zusammengebracht, behandelt und analysiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die definierten Kompostmengen geeignete Gefäße, z. B. Loch behälter, Patronen, verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die geeigneten Behälter Diffusionsvorgänge über die Gestaltung ihrer Wände zulassen.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompost spezielle Qualitäten durch die Gestaltung seiner Entstehung) z. B. Manipulation der rottefähigen Ausgangs materialien, besitzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Additive, z. B. Abfangreagentien, die Bindungskapazität der definierten Kompostmenge optimiert und stöchiometrisch auf die gewünschte Sorption von Schadstoffmengen eingestellt werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung in die Praxis der Kompost in geeigneten Behältern unterschiedlichen geometrischen Zuschnitts, z. B. Patronen, Körben, Säcken, Schläuchen, untergebracht ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das schadstoffbefrachtete Medium den Kompostfilter durch strömt.

8. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der gekapselte Kompostfilter in das schadstoffhaltige Medium gehängt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der gekapselte Kompostfilter im schadstoffhaltigen Medium bewegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das schadstoffhaltige Medium allein oder zusätzlich zum Kompostfilter bewegt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompostfiltersystem zur Reinigung von Sickerwässern, z. B. aus Deponien und Halden, verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkompost in feste Stoffsysteme, z. B. Böden, Deponiematerial, eingemischt und eingebaut wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1-5 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkompost als Sohlen-, Zwischen- oder Abdeckschicht, z. B. in Deponien, eingebaut wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filterkompost porositätsfördernde anorganische oder organische Stoffe, z. B. Sand, Kunststoffkugeln, zugesetzt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompost mit schadstoffhaltigem Material, z. B. Holzabfall, Aschen, Lackresten, vermischt und eingebaut wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkompost mit antibiotisch wirkenden Stoffen, auch Reststoffen, z. B. Lignosulfonsäuren, beladen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkompost kurz- oder langfristig wirkende sauerstoffzehrende Zuschlagsstoffe enthält.

18. Verfahren nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompost verdichtet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompost mit anorganischen und organischen Additiven, z. B. kohlensaurem Kalk, Eisenverbindungen, Bitumen, versetzt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß die Additive molekulardispers eingebracht werden.

21. Verfahren nach Anspruch 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Schadstoffen aufkonzentrierten Komposte einem Schadstoffrückgewinnungsprozeß, z. B. Verhüttung bei Schwermetallen, zugeführt werden.