DE4322331C2 - Verfahren zur Immobilisierung von in Materialien enthaltenen Schadstoffen anorganischer oder organischer Natur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Immobilisierung von in Materialien, insbesondere in Mauerwerken enthaltenen Schadstoffen anorganischer oder organischer Natur mittels eines Einbindungsmittels.

Beim Entsorgen und Sichern von Altlasten bestehen nach wie vor Probleme im Hinblick auf die ökologische Rückführung dieser Stoffe in die Umwelt. Diese Abfälle 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.

Bisher zu diesem Zweck eingeführte Verfahren erweisen sich als unbefriedigend.

So ist ein Verfestigungsverfahren zur Immobilisierung von Schadstoffen in Böden bekannt, bei welchem der kontaminierte Boden beispielsweise mit Zement verfestigt wird.

Die auf Zementbasis verfestigten Produkte sind u. a. gegenüber Säureangriffen empfindlich.

Ein weiteres Problem ist die relativ große Porosität, die das Produkt empfindlich gegenüber Auslaugungen machen kann. Versuche, diese Problematik durch Umhüllung der verfestigten Objekte zu lösen (z. B. mittels Polymeren oder Asphalt) sind aufgrund der mangelhaften Porenadhäsion sowie der schlechten Festigkeit am betonähnlichen Material und der hohen Kosten in der Regel nicht anwendbar.

Organische Verbindungen, die nicht mischbar mit einer wäßrigen Phase sind, gehen nur eine sehr geringe bzw. keine Bindung mit der Zementmatrix ein.

In der US-PS 4,473,477 wird ein Verfahren zur kontrollierten Lagerung von organisch belasteten Materialien beschrieben, welche zur Adsorption in einem organophilen Bentonit (Organoclay) eingebunden werden. Dazu wird ein organischer Bentonit benutzt, um flüssiges oder festes schadstoffbelastetes organisches Material zu binden. Nachteilig ist dabei, daß der ganze Müllkörper mit organischem Bentonit versetzt oder Sickerwasser durch einen Filterkörper aus organophilem Bentonit gepumpt werden muß bzw. es ist zur Deponieabdichtung eine Lage aus reinem organophilem Bentonit erforderlich.

Durch den hohen Aufwand an organophilem Bentonit ist ein derartiges Beseitigungsverfahren als kostenaufwendig und somit unwirtschaftlich zu betrachten.

Zum Stand der Technik ist ferner die DE-OS 40 34 447 zu nennen, die eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umwandlung von festen oder pastösen Gefahrstoffen, insbesondere asbesthaltigem Aufbruch in gefahrlosen Bauschutt oder Müll mittels Bindemitteln oder strukturumwandelnden Chemikalien beschreibt, wobei das Gefahrgut in geschlossenem Gebinde luftdicht verschlossen in eine an eine Evakuierungsleitung angeschlossene Zerkleinerungs- und Mischeinrichtung eingegeben und zugegebenem Bindemittel (Wasser, Zement, Mörtel) oder strukturumwandelnden Chemikalien ausgesetzt wird.

Aus der DE-OS 31 50 419 ist es bekannt, Schadstoffe enthaltende wäßrige Materialien mit Zement und Bentonit zu vermischen, bzw. feste Schadstoffe enthaltende Materialien, wie Flugasche oder Sinterstäube mit Zement, Bentonit und Wasser zu vermischen und Langzeit zu lagern.

Aus der EP 496 148 A2 ist es ebenfalls bekannt, Schadstoffe enthaltende Materialien (Aschen) zur Immobilisierung mit Zement oder ähnlichem hydraulisch erhärtendem Bindemittel, Bentonit und Wasser zu vermischen. Nachteilig bei den Gegenständen der genannten Druckschriften ist es, daß eine gezielte Abstimmung auf Schadstoffzusammensetzungen nicht möglich ist und sich daraus eine mangelhafte Einbindung der Schadstoffe ergeben kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem die mit Schadstoffen organischer oder anorganischer Natur belasteten Materialien, zu einem Abfallkörper ausgebildet werden, welche selbst im Sinne des Multibarrierenprinzips als Barriere wirken und auf Deponien endgelagert werden können.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes.

Es hat sich gezeigt, daß durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens die in dem zu behandelnden Material befindlichen Schadstoffe sich unter atmosphärischem und Bodenbedingungen nicht mehr aus dem geschaffenen Gefüge heraus lösen lassen. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf einfache und kostensparende Weise durchführen.

Insgesamt wird durch die Erfindung erreicht, daß Schadstoffe auf einfache und vor allem ökologisch befriedigende Weise unschädlich gemacht werden können.

Für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h. für eine gute Einbindung des schadstoffenthaltenden, zerkleinerten Materials, hat es sich ein Einbindungsmittel bestehend aus
einem natürlichen, hydrophilen Bentonit und
Organobentonit, Zement
und/oder Flugasche
als zweckmäßig erwiesen.

Montmorillonit ist das vorherrschende Tonmineral in den natürlichen Bentoniten. Bentonit findet in der Bautechnik vor allem bei Bohrungen und Schlitzwänden als Stützsuspension Verwendung. Die guten Adsorptionseigenschaften gegenüber Schwermetallen und das hohe Quellvermögen nutzt man bei der Verwendung des Bentonits als Zuschlagstoff für Deponiebarrieren. Ein anstehender oder zur Verfügung stehender Boden kann durch Zuschlag einer geeigneten Menge von Bentonit vergütet werden. Das heißt, die hydraulische Durchlässigkeit des Bodens wird verringert. Dabei versiegelt der quellfähige Bentonit den ursprünglichen Porenraum des Bodens und stellt somit ein physikalisches Hindernis für eine Durchströmung dar. Gleichzeitig erhält man eine erhöhte Adsorptionskapazität des vergüteten Bodens gegenüber Schwermetallen.

Organophile Bentonite sind technische Produkte und werden in einem sogenannten Aktivierungsprozeß aus natürlichem Bentonit hergestellt. Dabei werden durch eine Ionenaustauschreaktion die natürlichen Metallionen des Montmorillonits gegen organische Kationen ausgetauscht. Dabei finden eine Vielfalt von organischen Kationen, von einfachen Tensidkationen bis zu komplexen quartären Ammoniumverbindungen mit den verschiedensten Radikalen Verwendung. Am verbreitesten als Radikale sind Alkylketten, Phenylgruppen und Pyridingruppen.

Die eingelagerten organischen Kationen verändern die Oberflächeneigenschaften des ursprünglich hydrophilen Tonminerals. In den Zwischenschichträumen, in denen organische Kationen eingelagert sind, ist die Tonoberfläche nun hydrophob bzw. organophil. In diesen Zwischenschichten können nun sehr gut organische und unpolare Stoffe eingelagert und adsorbiert werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zweckmäßig, die Mischung für eine Dauer bis zu 120 Minuten dem Mischvorgang zu unterwerfen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, das schadstoffhaltige Material mit dem Einbindungsmittel mittels Erdbaumaschinen auf eine Proctordichte von mindestens 95% (DIN 18127) zu verdichten.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Als Ausgangsmaterial diente ein mit polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) belasteter Ziegelbruch (≦ 32 mm).

Zum Zwecke der Immobilisierung der Schadstoffe wurde eine Mischung aus Ziegelbruch, Zement, natürlichem Bentonit, organophilem Bentonit und Wasser zusammengestellt, um eine optimale Einbindung zu erreichen (44% Einbindungsmittel). Die Mischungen wurden im Proctortopf verdichtet und die erhaltenen in Plastikfolien verschweißten Proben nach 28 Tagen untersucht. Die Grenzwerte der einaxialen Druckfestigkeit (< 2,5 MN/m²) und des Durchlässigkeitsbeiwerts (< 1×10^-9 m/s) konnten schon nach 7 Tagen erreicht werden.

Der aus den Eluaten der Auslaugversuche bestimmte Gehalt an polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen lag unter dem Grenzwert von < 3 µg/l, der nach TVO (Trinkwasserverordnung) vorgeschrieben ist. Der Eluat-Test erfolgte nach DEV-S4 (Deutsches Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung DIN 38414) in Anlehnung an die TA-Abfall-Vorschrift, Anhang D, für verfestigte Proben.

Die Zerfallsziffer nach Endell (die Zerfallsziffer bei Wasserlagerung wird in Anlehnung an das Verfahren nach Endell (1936) bestimmt) lag deutlich unter 2%.

Claims (3)

1. Verfahren zur Immobilisierung von Schadstoffen in damit belasteten, bis zu 60 Gew.-% an Tonmineralien aufweisenden Materialien durch Vermischen der Materialien mit 1 bis 60 Gew.-% eines aus Zement und/oder Flugasche, einem natürlichen, hydrophilen Bentonit und einem Organobentonit bestehenden hydraulischen Bindemittel und mit Wasser und Verdichten des Gemisches.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material zerkleinertes Mauerwerk eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zu einer Proctordichte von mindestens 95% verdichtet wird.