DE4313931A1 - Arrangement for retaining the pollutants from polluted landfill leachate waters - Google Patents

Arrangement for retaining the pollutants from polluted landfill leachate waters

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Abstract

In an arrangement for retaining the pollutants from polluted landfill leachate waters, at least one adsorption layer is assigned to at least one sealing layer. The adsorption layer comprises a mixture of power station filter ash, containing reactive silicas, and an aqueous electrolyte solution, in particular containing alkali metal salts or alkaline earth metal salts. Since fly ashes and filter dusts from bituminous coal and brown coal power stations generally have a very high content of reactive silicas, by addition of an electrolyte solution it is possible to achieve a gel formation, which results in a large internal surface area having a correspondingly high adsorption capacity being generated. The adsorption layer is thus able to bind by physical and/or chemical adsorption pollutants contained in the leachate water exiting from the landfill by diffusion and/or convection.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Zurückhalten der Schadstoffe aus schadstoffhaltigen Deponie-Sickerwässern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an arrangement for retaining the Pollutants from landfill leachate containing pollutants according to the preamble of claim 1.

Bei Deponien, insbesondere bei Sondermülldeponien, besteht die Forderung, daß die im Deponiekörper enthaltenen Schadstoffe nicht in die Biosphäre gelangen dürfen. Der Deponiekörper wird deshalb mit einer Deponieabdichtung versehen, die möglichst dicht sein, also möglichst keine Schadstoffe aus der Deponie austreten lassen soll. Technisch wird diese Aufgabe bislang durch Dichtungsschichten aus mineralischen Dichtungsmaterialien, meist Tonmineralien, gelöst, die eine vollständige Ummantelung des Deponiekörpers bilden, um nicht nur etwa im Deponiekörper enthaltene bzw. gebildete Sickerwässer zurückzuhalten, sondern auch das Eindringen von Niederschlägen in den Deponiekörper zu verhindern.In the case of landfills, particularly in the case of hazardous waste landfills the requirement that those contained in the landfill body Pollutants must not get into the biosphere. Of the Landfill bodies are therefore sealed with a landfill provided that are as dense as possible, so if possible none Let pollutants leak from the landfill. Technically So far, this task is characterized by sealing layers mineral sealing materials, mostly clay minerals, solved the complete sheathing of the landfill body form in order not only to contain or hold back seepage water, but also that Penetration of precipitation into the landfill body prevent.

Dichtungsschichten aus mineralischen Dichtungsmaterialien können, technisch betrachtet, für kurze Zeiträume als dicht angesehen werden. In Anbetracht dessen, daß Abfälle in den Deponien aber auf Dauer, sozusagen für die Ewigkeit gelagert werden, sind aber nicht nur kurze, sondern sehr lange Zeiträume in der Größenordnung geologischer Prozesse zu betrachten. In solchen Zeiträumen spielt auch die absolute Menge von etwa durch Diffusion und Konvektion durch die Deponieabdichtung hindurch- und aus der Deponie austretender Schadstoffe eine große Rolle. Die Verwendung von Dichtungsbahnen aus Kunststoffen bringt zwar für die erwähnten kurzen Zeiträume von 30 bis 50 Jahren eine höhere Dichtigkeit; man vergißt dabei aber meist, daß nach dieser Zeit die aus organischen Stoffen bestehenden Bahnen aufgrund von Stoffveränderungen ihre Dichtwirkung verlieren. Deshalb müssen mineralische Abdichtungen aus Materialien, die in geologischen Zeiträumen entstanden sind, diese Funktionen übernehmen.Sealing layers made of mineral sealing materials can, technically speaking, be dense for short periods of time be considered. In view of the fact that waste in the Landfills, however, stored permanently, so to speak, for eternity are not only short, but very long Periods on the order of magnitude of geological processes consider. The absolute plays in such periods Amount of about by diffusion and convection through the Landfill sealing through and out of the landfill Pollutants play a big role. The use of Sealing membranes made of plastics bring for the mentioned short periods of 30 to 50 years a longer one Tightness; but one usually forgets that after this Time due to the webs made of organic matter of material changes lose their sealing effect. That's why must have mineral seals made of materials used in  geological periods have arisen, these functions take.

Aufgrund der Erkenntnis, daß mineralische Dichtungsmaterialien aus Feststoff (Boden) bestehen, der aufgrund seines strukturellen Aufbaus Porenräume aufweist, die teils mit Gas (Porenluft), teils mit Flüssigkeit (Porenwasser) gefüllt sind und der weiteren Erkenntnis, daß Deponiesickerwässer nicht vollständig, sondern nur die darin enthaltenen Schadstoffe zurückgehalten werden müssen, ist eine Anordnung zum Zurückhalten der Schadstoffe aus schadstoffhaltigen Deponiesickerwässern der eingangs angegebenen Art bekannt geworden (DE 37 17 884 A1). Dabei werden die Vorgänge der physikalischen und chemischen Adsorption in der Weise ausgenutzt, daß bei einer langsamen Durchströmung einer Schicht aus mineralischen Dichtungsmaterialien, wie sie einem Sickerprozeß oder einer Diffusion entspricht, die im Sickerwasser enthaltenen Schadstoffe diesem durch Adsorption an dem festen Körper entzogen und so zurückgehalten werden. Je nach Art, Dicke und Zusammensetzung einer solchen Adsorptionsschicht können auf diese Weise grundsätzlich alle Arten von Schadstoffen zurückgehalten werden. Die Zusammensetzung dieser Adsorptionsschicht richtet sich nach der Art der anfallenden Schadstoffe. Als Grundmaterial werden im wesentlichen mineralische Dichtungsmaterialien, vor allem Tonmineralien, insbesondere solche verwendet, die aufgrund ihrer Struktur hohe Adsorptionseigenschaften haben, denen aber auch noch besondere Adsorbermaterialien beigemischt werden können.Based on the knowledge that mineral Sealing materials consist of solid (soil), the has pore spaces due to its structural structure, some with gas (pore air), some with liquid (Pore water) are filled and the further realization that Landfill leachate is not complete, only the one in it contained pollutants must be retained an arrangement to retain the pollutants polluted landfill leachate at the beginning specified type become known (DE 37 17 884 A1). Here are the processes of physical and chemical Adsorption exploited in such a way that at a slow Flow through a layer of mineral Sealing materials, such as a seeping process or one Diffusion corresponds to that contained in the leachate Pollutants this by adsorption on the solid body withdrawn and thus held back. Depending on the type, thickness and composition of such an adsorption layer basically all types of pollutants in this way be held back. The composition of this Adsorption layer depends on the type of accumulation Pollutants. The basic material will be essentially mineral sealing materials, especially clay minerals, especially those used because of their structure have high adsorption properties, but also those special adsorber materials can be added.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß in den Industrieländern bei der Energieerzeugung mit steigender Tendenz jährlich Millionen Tonnen von anorganischen Abfallstoffen, wie Filter- und Flugaschen sowie -stäuben anfallen, deren Zusammensetzung in einem sehr weiten Spektrum variiert. Diese Aschen müssen so entsorgt werden, daß sie bei Witterungseinflüssen nicht zu Verunreinigungen des Grundwassers führen. Schon durch den großen Mengenanfall, aber auch infolge der Gesetzeslage besteht das Bestreben, diese Aschen möglichst wiederzuverwerten.Another problem is that in the Industrialized countries with increasing energy generation Tendency annually millions of tons of inorganic Waste materials such as filter and fly ash and dust incurred, their composition in a very wide range Spectrum varies. These ashes have to be disposed of  that they do not cause contamination when exposed to the weather of the groundwater. Already by the big one Quantity, but also due to the legal situation Strive to recycle these ashes as much as possible.

Obwohl Filteraschen über hydraulische Eigenschaften verfügen, d. h. bei Wasserzusatz abbinden, ist wegen der unterschiedlichen und wechselnden Zusammensetzung ein Einsatz bei der Herstellung von Beton nur unter sehr engen Bedingungen möglich. Die hydraulischen Eigenschaften werden deshalb oft nur in verschiedenen Verfestigungsverfahren ausgenutzt, die meist nur zum Ziel haben, unter Ausnutzung der hydraulischen Faktoren und zusammen mit bei Zementbeton üblichen Zusätzen ein zementartiges Produkt zu erhalten, das anschließend deponiefähig ist.Although filter ash has hydraulic properties dispose, d. H. setting with added water is because of different and changing composition Use in the production of concrete only under very tight Conditions possible. The hydraulic properties are therefore often only in different consolidation processes exploited, which mostly aim only, by exploiting hydraulic factors and together with cement concrete usual additives to obtain a cementitious product that is then landfillable.

In diesem Zusammenhang ist es auch schon bekannt geworden, bei diesem Abbindevorgang Schadstoffe eluatfest einzubinden (EP 0 323 482 B1). Versuchsergebnisse deuten dabei auf eine chemische Einbindung der Schadstoffionen in die bei der Hydratation gebildeten Mineralphasen hin, sofern die schadstoffbelasteten Stoffe unter gleichzeitiger Wasserzugabe unmittelbar zugemischt werden. Allen Verfestigungsverfahren ist jedoch gemeinsam, daß der zu deponierende Abfall sich um die Zugabemenge der Zusätze vermehrt.In this context, it has already become known in this setting process to incorporate harmful substances into the eluate (EP 0 323 482 B1). Test results point to one chemical integration of the pollutant ions in the Hydration formed mineral phases, provided that pollutants under simultaneous Add water immediately. Everyone Solidification process is common, however, that the to Landfilling waste concerns the addition amount of additives increased.

Schließlich ist es auch bekannt, eine flüssige Flugasche-Wasser-Suspension zum Füllen und gleichzeitigen Abdichten von Übertagedeponien zu verwenden (EP 0 060 902 B1). Diese Suspension soll bei Ausbreitung auf dem Boden der Deponie in alle Schlitze und Risse des Bodens eindringen und sich zu einer festen Schicht von geringer Durchlässigkeit verfestigen. Dabei kann der Abbindeprozeß in an sich bekannter Weise durch Zugabe von sogenannten Anregern beschleunigt werden.After all, it is also known to be a liquid Fly ash water suspension for filling and simultaneous Sealing of surface landfills (EP 0 060 902 B1). This suspension is said to spread on the Bottom of the landfill in all slots and cracks in the bottom penetrate and become a solid layer of less Solidify permeability. The setting process in in a known manner by adding so-called Accelerators are accelerated.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit für eine sinnvolle und wirtschaftliche Wiederverwertung von Kraftwerksasche zu schaffen, ohne daß diese als Abfallvolumen in Erscheinung tritt.Against this background, the object of the invention the basis for a meaningful and economic recycling of power plant ash too create without appearing as waste volume occurs.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing part of claim 1 specified features solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments result from the Subclaims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Flugaschen und Filterstäube aus Stein- und Braunkohlekraftwerken einen verhältnismäßig hohen Gehalt (ca. 60%) an reaktiven Kieselsäuren aufweisen, die beim Verbrennungsprozeß oberhalb einer Betriebstemperatur von etwa 1600 Grad C entstehen. Kieselsäure ist in Wasser kolloidal gelöst; Über Koagulation und Peptisation bildet sich ein Gleichgewicht zwischen Kieselsol und Kieselgel aus, das durch Randbedingungen beeinflußt wird.The invention is based on the knowledge that fly ash and filter dust from hard coal and brown coal power plants relatively high content (approx. 60%) of reactive Have silicas above in the combustion process an operating temperature of about 1600 degrees C. Silicic acid is colloidally dissolved in water; About coagulation and peptization strikes a balance between Silica sol and silica gel made by boundary conditions being affected.

Kieselsäurelösungen liegen bei einem pH-Wert oberhalb 11 als Silikate vor. Aufgrund ihrer negativen Oberflächenladung stoßen sie sich gegenseitig ab; folglich ist das Kieselsäuresol sehr stabil. Durch Zugabe einer Elektrolytlösung mit leicht assoziierbaren Salzen, insbesondere mit Alkalisalzen, z. B. Kaliumchlorid, und Erdalkalisalzen, z. B. Calciumchlorid, wird erreicht, daß sich positive Alkalikationen um die negativ geladenen Silikatanionen lagern, wodurch die gegenseitige Abstoßung aufgehoben wird, so daß eine Gelbildung eintritt. Im Kieselgel liegt die Kieselsäure in Form hochkondensierter, dreidimensional vernetzter Polykieselsäuren mit oberflächenreicher Blattstruktur vor d. h. es wird durch die Gelbildung der Porenraum aufgefüllt und eine große innere Oberfläche erzeugt. Daraus resultiert ein entsprechend hohes Adsorptionsvermögen. Da hierbei nur die Salzfracht der Elektrolytlösung ausgenützt wird, könnte unter Umständen auch REA-Wasser verwendet werden, das seinerseits Abfall darstellt.Silicic acid solutions are at a pH above 11 than Silicates. Because of their negative surface charge they repel each other; consequently it is Silica sol very stable. By adding one Electrolyte solution with easily associated salts, especially with alkali salts, e.g. B. potassium chloride, and Alkaline earth salts, e.g. B. calcium chloride, it is achieved that positive alkaline cations around the negatively charged ones Silicate anions store, causing mutual repulsion is canceled so that gelation occurs. in the Silica gel is the silica in the form of highly condensed, three-dimensionally cross-linked polysilicic acids with  surface-rich leaf structure before d. H. it is through the Gel formation filled up the pore space and a large inner Surface created. This results in a correspondingly high one Adsorption capacity. Since only the salt load of the Under certain circumstances, electrolyte solution could be used REA water can also be used, which in turn is waste represents.

Der Vorteil der Erfindung wird deshalb vor allem darin gesehen, daß es mittels Zugabe der Salzlösungen durch Bildung der Silikatgele gelingt, das Sorptionspotential des Abfallprodukts Flugasche für eine Adsorptionsschicht auszunutzen, die in der Lage ist, über geologische Zeiträume im Laufe von Jahrhunderten in ihrem Porenraum durch chemische und physikalische Bindung selektiv Schadstoffe, vor allem Schwermetalle, Mineralölkohlenwasserstoffe oder dergleichen, einzulagern. Diese Adsorptionsschicht ist Teil der Abdichtung und aufgrund ihrer strukturellen und chemisch-physikalischen Eigenschaften geeignet, diffundierende und konvektierende Schadstoffe aufzufangen sowie festzuhalten und zu binden.The advantage of the invention is therefore mainly in it seen that by adding the salt solutions The formation of the silicate gels succeeds in the sorption potential of the Waste product fly ash for an adsorption layer exploit that is capable of geological periods through centuries in their pore space chemical and physical binding of selective pollutants, especially heavy metals, mineral oil hydrocarbons or the like. This adsorption layer is part the waterproofing and because of their structural and suitable chemical-physical properties, to collect diffusing and convective pollutants as well as to hold on and bind.

Zur Herstellung einer Mischung für eine erfindungsgemäße Adsorptionsschicht wird Flugasche geeigneter Qualität in einem Zwangsmischer mit Alkali- oder Erdalkalisalzen unter Wasserzugabe aufbereitet und als erdfeuchte Masse mit einem Wassergehalt von etwa 15 bis 20% lagenweise eingebaut. Der Einbau kann auf herkömmliche Weise mit Lkw, Raupen, Walzen usw. erfolgen; die Verdichtung erfolgt vorzugsweise mit statischen Verdichtungsgeräten. Die Komponenten zur Verbesserung der Barriere sind einmal die Dicke der Schicht, von der die Diffusionsrate abhängt, und zum anderen ein möglichst kleiner k-Wert. Die Mischung beginnt nach etwa 3 Tagen abzubinden und eine große innere Oberfläche auszubilden. Die Bildung der Adsorptionsschicht ist nach ca. 3 Wochen abgeschlossen; parallel ist eine Verfestigung zu beobachten. Die Eigenschaft, Schadstoffe, vor allem Schwermetalle adsorptiv einzubinden, ist dann voll ausgebildet und bleibt dauerhaft erhalten.To produce a mixture for an inventive Adsorption layer is of suitable quality in fly ash a compulsory mixer with alkali or alkaline earth salts below Prepared water addition and as a moist mass with a Water content of about 15 to 20% installed in layers. Of the Installation can be done in the conventional way with trucks, crawlers, rollers etc. done; the compression is preferably carried out with static compaction equipment. The components for Improvement of the barrier are once the thickness of the layer, on which the diffusion rate depends, and on the other smallest possible k-value. The mixture starts after about 3 days to set and a large inner surface to train. The formation of the adsorption layer is after approx. Completed 3 weeks; there is a solidification in parallel  observe. The property of pollutants, above all Including heavy metals by adsorption is then full trained and remains intact.

Durch Setzungen im Deponieauflager können Risse in der erhärteten Schicht entstehen, so daß sich Kanäle bilden können, durch welche die Schadstoffe durch Konvektion in den Untergrund und in das Grundwasser gelangen können. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, eine Adsorptionsschicht gemäß der Erfindung in einer Deponiebasisabdichtung schichtweise zusammen mit anderen rißunempfindlichen Schichten, z. B. Schichten aus mineralischen Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien, anzuordnen, um damit Konvektion über Risse zu unterbinden.Settlement in the landfill site can cause cracks in the hardened layer arise so that channels form can through which the pollutants by convection in the Can get underground and into the groundwater. Out for this reason, it is appropriate to have an adsorption layer according to the invention in a landfill base seal in layers with other crack-insensitive Layers, e.g. B. layers of mineral Sealing materials, especially clay minerals, to prevent convection through cracks.

Eine besonders dichte Lagerung der Dichtungsmaterialien läßt sich mit einer Trockenmischung gemäß DE-Patent 38 23 874 erzeugen, die gemäß DE-Patent 37 17 885 trocken vorgemischt und in trockenem Zustand eingebaut wird, während die für die Wirksamkeit der Dichtungsschicht erforderliche Feuchtigkeit nach dem Einbau zugeführt wird.A particularly tight storage of the sealing materials can with a dry mixture according to DE patent 38 23 874 produce that dry premixed according to DE patent 37 17 885 and installed in a dry state, while those for the Effectiveness of the sealing layer required moisture is supplied after installation.

Claims (4)

1. Anordnung zum Zurückhalten der Schadstoffe aus schadstoffhaltigen Deponie-Sickerwässern mit mindestens einer Dichtungsschicht, der mindestens eine Adsorptionsschicht zugeordnet ist, die ganz oder teilweise aus Materialien besteht, die in der Lage sind, in dem aus der Deponie durch Diffusion und/oder Konvektion austretenden Sickerwasser enthaltene Schadstoffe durch physikalische und/oder chemische Adsorption zu binden, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Adsorptionsschicht aus einer Mischung aus reaktiven Kieselsäuren enthaltender Kraftwerksfilterasche und einer wäßrigen Elektrolytlösung, insbesondere mit Alkalisalzen, z. B. Kaliumchlorid, oder Erdalkalisalzen, z. B. Calciumchlorid, besteht.1. Arrangement for retaining the pollutants from landfill leachate containing pollutants with at least one sealing layer, which is assigned at least one adsorption layer, which consists wholly or partly of materials that are capable of exiting the landfill by diffusion and / or convection Leaching pollutants contained by physical and / or chemical adsorption, characterized in that the at least one adsorption layer from a mixture of reactive silicas containing power plant filter ash and an aqueous electrolyte solution, in particular with alkali metal salts, for. As potassium chloride, or alkaline earth metal salts, for. B. calcium chloride. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptionsschicht mindestens eine rißunempfindliche Schicht, z. B. eine Schicht aus mineralischen Dichtungsmaterialien, insbesondere Tonmineralien, zugeordnet ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the adsorption layer at least one crack-insensitive Layer, e.g. B. a layer of mineral Sealing materials, especially clay minerals, assigned is. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsschicht aus zwei oder mehr Lagen besteht.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the adsorption layer consists of two or there are more layers. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rißunempfindliche Schicht als Zwischenschicht zwischen den Lagen der Adsorptionsschicht angeordnet ist.4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the crack-insensitive layer as Intermediate layer between the layers of the adsorption layer is arranged.
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