DE4226019C2 - Verfahren zur Dekontaminierung und Verwertung von feinkörnigen Reststoffen - Google Patents

Description

Durch einen sorglosen Umggang mit Chemikalien und Abfällen sind bereits große Flächen der Erdoberfläche und im Untergrund mit Giften und anderen Schadstoffen verunreinigt, wodurch insbesondere das Grundwasser gefährdet ist.

Maßnahmen zum Bodenschutz und zur Bodenreinigung befinden sich jedoch vielfach erst am Anfang ihrer Entwicklung.

Ein weitverbreitetes Verfahren zur Sicherung von kontaminierten Flächen ist die Deponierung von ausgekofferten Massen sowie die Oberflächenabdeckung von kontaminierten Flächen. (Arz, Weber: Altlastensanierung durch Umschließung mit einem doppelwandigen Dichtungssystem und deren Kontrollmöglichkeiten, VDI-Berichte Nr. 628, 1987). In die gleiche Richtung zielt das "Heide-Werner"-Verfahren, nach dem Schadstoffe durch Einbindung mit Aschebrei fixiert werden (DE-PS 29 25 882).

Diese Verfahren sind in Ausnahmefällen anwendbar, führen jedoch zu keiner Beseitigung der Kontaminationen und besitzen nur eine geringe Akzeptanz in der Öffentlichkeit.

Im wesentlichen werden gegenwärtig bei der Bodenreinigung biologische Verfahren, thermische Verfahren und chemisch-physikalische Verfahren angewandt.

Biologische Reinigungsmethoden haben sich bisher in großtechnischem Maßstab für die Reinigung von mineralverseuchten Böden bewährt. Möglichkeiten der biologischen Behandlung bestehen in der in-situ- und in der on-site-Behandlung. Beschrieben sind derartige Verfahren beispielsweise im GWF - Wasser/Abwasser 1984, S. 125, Heft 8, Battermann, G. Werner, P. - Beseitigung einer Untergrundkontamination mit Kohlenwasserstoffen durch mikrobiellen Abbau. Bei kontaminiertem Erdreich mit verschiedenartigen chemischen Verunreinigungen lassen sich biologische Sanierungstechniken wegen der komplexen Stoffverbindungen nicht einsetzen. Für eine Vielzahl von Stoffgruppen stehen noch keine Bakterienstämme, die eine Schadstoffvernichtung herbeiführen können, zur Verfügung. Bei den mikrobiellen in-situ- Sanierungstechniken stellt sich neben dem Zeitbedarf die Frage nach Kontrollmöglichkeiten der erreichten Reinigungswirkung. Bei den on-site-Sanierungstechniken ist neben dem hohen Zeitbedarf die erforderliche große Behandlungsfläche von Nachteil.

Zu den physikalisch-chemischen Bodenreinigungsverfahren gehören Extraktionsverfahren, Stripping und die chemische Entgiftung. Diese Verfahren sind nur bei bestimmten produktspezifischen Verunreinigungen wirksam einsetzbar. Von Nachteil ist weiterhin, daß bei diesen Verfahren schadstoffbelastete Abwässer, Schlämme oder Gase entstehen, die gesondert abgelagert oder aufbereitet werden müssen.

Für die thermische Bodenreinigung existieren eine Vielzahl von Verfahrenslösungen und Anwendungsfällen (Gassow, V.: Thermische Bodenreinigung - ein Tätigkeitsfeld für die Bauindustrie, Baumaschinen und Bautechnik, Heft 4/87).

Die bekannten thermischen Verfahren, die vorrangig in einer Drehtrommel realisiert werden, weisen den Nachteil auf, daß bei hohen Organikbestandteilen der Restkohlenstoffgehalt in der Erde unverhältnismäßig hoch ist und nur wenige Schwermetalle in die gasförmige Phase überführt werden können, der Rest verbleibt als Kontamination im Boden.

Ein neuerer Vorschlag ist die in-situ-Verglasung, bei der kontaminierte Böden mittels in den Erdboden eingebrachter Elektroden und Stromfluß bei Temperaturen von ca. 2000°C durchgeschmolzen werden (BMFT-Kongreß - Altlastensanierung 1988 Band 1, S. 871). Von Nachteil ist der hohe Stromverbrauch, die komplizierte Stromzuführung zu einem kontaminierten Standort, die Ausgasung von schädlichen Stoffen im Schmelzprozeß sowie das Vorliegen eines kompakten Schmelzverbandes im Boden nach der Behandlung.

Bekannt sind ebenfalls kombinierte Verfahren zur Vergasung von festen und flüssigen Abfallstoffen, bei denen die Dekontaminierung der Erde im Festbettdruckvergaser vorgeschlagen wird. Vorschläge zur Behandlung der kontaminierten Erde sowie zur Durchführung des Verfahrens mit dem Einsatz von hohen Anteilen kontaminierter Erde sind nicht offengelegt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, hohe Anteile von feinkörnigen Abfallstoffen oder Reststoffen, welche verschiedenartige chemische Verunreinigungen und Schadstoffgruppen enthalten, zu dekontaminieren bzw. anteilig oder vollständig zu verwerten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß dem feinkörnigen Abfallstoff vor dem Vergasungsprozeß ein fester stückiger Abfallstoff und/oder ein fester stückiger Brennstoff und/oder ein Agglomerat aus einem feinkörnigen Abfallstoff und einem feinkörnigen Brennstoff in einer solchen Menge zugemischt wird, daß das eingesetzte Vergasungsstoffgemisch einen Heizwert von größer 2 MJ/kg aufweist, und daß diesem Vergasungsstoffgemisch die genannten inerten Füllkörper zugesetzt werden, die zu größer 60% eine Körnung von größer 5 mm und kleiner 80 mm aufweisen, und daß der genannte Differenzdruck in der Festbettschüttung bei einer Vergasungsmittelmenge von größer 1000 m³ i. N./h m² und kleiner 5000 m³ i. N./h m² Reaktorquerschnitt über die Steuerung der Vergasungsmittelmenge auf den genannten Wert von kleiner 8 kPa eingestellt wird, oder daß bei einem Zumischanteil an inerten Füllkörpern von größer 10% und kleiner 70% der Differenzdruck über den Zumischanteil an inerten Füllkörpern auf die genannten kleiner 8 kPa eingestellt wird.

Die im Verfahren einzusetzenden inerten Füllkörper können im Festbettdruckvergaser erschmolzene ausgetragene und abgesiebte Schlackestücke sein. Einsetzbar sind ebenfalls kontaminierte, stückige, inerte Füllkörper, wie Bauschutt oder Metallstücke, welche beispielsweise mit flüssigen Kohlenwasserstoffen wie Öl, Teer oder PCB behaftet sind. Die inerten Füllstoffe können mittels physikalischer Verfahren vom Asche/Schlackegemisch abgetrennt und wiederholt den feinkörnigen Abfallstoffen zugemischt werden. Die feinnkörnigen Abfall- oder Reststoffe können bei der Durchführung des Verfahrens beispielsweise kontaminierte Erde, Klärschlamm, Farbreste oder beladene Aktivkohle sein.

Durch das vorgeschlagene Verfahren gelingt es, den Anteil von feinkörnigen Abfallstoffen zur Verwertung und/oder zur Dekontaminierung gegenüber bekannten Verfahren zu erhöhen.

Das vorgeschlagene Verfahren weist den Vorteil auf, daß Altlasten oder verunreinigte Böden und Bauschutt, welche mit komplizierten Schadstoffmischungen wie mit Dioxinen, Furanen, Kohlenwasserstoffen, Chlorkohlenwasserstoffen, chlorierten Biphenylen und Schwermetallen gleichzeitig verunreinigt sein können, in einem Prozeß nachhaltig von Schadstoffen entfrachtet werden bzw. daß enthaltene nicht flüchtige Schwermetalle fest in der entstehenden Schlacke immobilisiert werden. Ein zusätzlicher Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist, daß im Reaktor ein hoher Anteil von kontaminierten feinkörnigen Massen dekontaminiert werden kann.

Im folgenden wird das Verfahren der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Ein Festbettdruckveregaser mit einem Reaktorquerschnitt von 10 m² ist mit folgenden Einsatzmengen in Betrieb:

Brikett|19 t/h
Sauerstoff	2600 m³ i.N./h
Vergasungsdampf	16,9 t/h

Die Vergasungsm,ittelmenge beträgt 2360 m³ i.N./h m² Reaktorquerschnitt. Der Differenzdruck über die Festbettschüttung zeigt 5 kPa an. Der Schlackeanfall beträgt bei einem Aschegehalt der Briketts von 10% ca. 1,5 t/h. Von dieser Schlacke werden 100 t der Körnung 20-80 mm abgesiebt.

Zur Dekontaminierung im Festbettdruckverfahren werden 1000 t Erde mit folgenden Schadstoffgehalten angeboten:

Teer|5%
Dioxin	1000 Ng/kg
Blei	800 mg/kg
Zinn	500 mg/kg

Zur Dekontaminierung dieser Erde werden stündlich folgende Mengen im Festbettdruckverfahren eingesetzt:

Brikett|10 t/h
Sauerstoff	1650 m³ i.N./h
Vergasungsdampf	0,7 t/h
Kontaminierte Erde	10 t/h
Schlacke	2 t/h

Der Vergasungsmitteleinsatz beträgt 1500 m³ i.N./h m² Reaktorquerschnitt. Der Differenzdruck über die Festbettschüttung hat sich auf 8,2 kPa eingestellt. Bei Überschreiten des Grenzwertes von 8 kPa erfolgt eine Einsenkung der Vergasungsmittelmenge auf 1300 m³ i.N./h m² Reaktorquerschnitt. Die Einsatzmengen verändern sich wie folgt:

Brikett|8,5 t/h
Sauerstoff	1430 m³ i.N./h
Vergasungsdampf	9,2 t/h
Kontaminierte Erde	8,5 t/h
Schlacke	1,7 t/h

Der Differenzdruck über die Reaktorschüttung stellt sich auf 7 kPa ein. Bei diesem Mengeneinsatz wird der Schlackezusatz von 20% auf 30% und damit auf 2,5 t/h erhöht. Bei diesem Mengenverhältnis verringert sich der Differenzdruck über die Reaktorschüttung auf 6 kPa. Bei Erhöhung der Mengen auf die Ausgangswerte, wobei der Schlackeanteil sich auf 3 t/h erhöht, stellt sich ein Differenzdruck auf 7 kPa ein.

Der in der kontaminierten Erde enthaltene Teer ist abgetrieben, gecrackt oder in Netzgas umgewandelt worden.

Die gecrackten und abgetriebenen Kohlenwasserstoffe gehen bei der Abkühlung des Rohgases im geschlossenen System in die entstehende Kohlenwasserstofffraktion und können weiterverwendet werden. Das Dioxin wird im Festbettdruckvergaser in der reduzierenden Atmosphäre bei der Aufheizung auf 400-800°C und den Verweilzeiten von <60 min zerstört.

Die Schwermetallbestandteile der kontaminierten Erde sind in der bei 1250-1400°C entstehenden Schlacke nicht eluierbar eingebunden. Die Schlacke kann als Verfüllmaterial oder als Bauzuschlagstoff verwendet werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Dekontaminierung und Verwertung von feinkörnigen Reststoffen bei der Festbettdruckvergasung unter Zumischung von inerten Füllkörpern zum Vergasungsstoffgemisch und unter Einstellung eines Differenzdruckes im Generator von kleiner 8 kPa, wobei dem feinkörnigen Abfallstoff vor dem Vergasungsprozeß ein fester stückiger Abfallstoff und/oder ein fester stückiger Brennstoff und/oder ein Agglomerat aus einem feinkörnigen Abfallstoff und einem feinkörnigen Brennstoff in einer solchen Menge zugemischt wird, daß das eingesetzte Vergasungsstoffgemisch einen Heizwert von größer 2 MJ/kg aufweist, und daß diesem Vergasungsstoffgemisch die genannten inerten Füllkörper zugesetzt werden, die zu größer 60% eine Körnung von größer 5 mm und kleiner 80 mm aufweisen, und daß der genannte Differenzdruck in der Festbettschüttung bei einer Vergasungsmittelmenge von größer 1000 m³ i.N./h m² und kleiner 5000 m³ i.N./h m² Reaktorquerschnitt über die Steuerung der Vergasungsmittelmenge auf den genannten Wert von kleiner 8 kPa eingestellt wird,
oder daß bei einem Zumischanteil an inerten Füllkörpern von größer 10% und kleiner 70% der Differenzdruck über den Zumischanteil an inerten Füllkörpern auf die genannten kleiner 8 kPa eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feinkörnigen Abfallstoffe separat in den Vergasungsreaktor eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feinkörnigen Reststoffe in pastöser Form oder als Emulsion in den Vergasungsreaktor eingebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inerten Füllkörper aus kontaminiertem Material bestehen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inerten Füllkörper im Vergasungsreaktor erschmolzen, aus der ausgetragenen Asche gewonnen und den feinkörnigen Abfallstoffen wieder zugemischt werden können.