DE4333922C2 - Verfahren zur Immobilisierung und Einlagerung von schadstoffhaltigen Abfällen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Immobilisierung und Einlagerung von schadstoffhaltigen Abfällen, insbesondere industriellen Schlämmen und Filterstäuben mit den Schritten:

• a) Mischen der zu behandelnden Stoffen mit einem in feinkörnigem Zustand befindlichen, hydraulischen Bindemittel bei einem für die hydraulische Bindung ausreichenden Sickerwasseranteil oder einem anteilmäßigen Sickerwasser- Wasser-Gemisch,
• b) Erstellen eines Homogenisats, und
• c) Einlagerung des Homogenisats in den Deponiekörper.

Aus der japanischen Patentanmeldung 52-52 866 ist es bekannt, einen Schlamm mit Asphalt bei 130 bis 160°C zu kneten und anschließend in Blöcke zu formen. Die Blöcke werden dann wiederum mit einer Asphaltschicht ummantelt. Aufgrund der weitestgehend inerten Eigenschaften des Asphaltes kommt es dabei zu einer Art mechanischen Kapselung des Matrixmaterials.

Bei dem aus der japanischen Patentanmeldung 54-127 868 bekannten Behandlungsverfahren werden Aschen mit Zement gemischt, und die dabei gebildeten nassen Pellets werden dann wiederum mit Aschen von außen belegt. Ähnlich wird auch in der GB-PS 14 12 821 vorgegangen, wo zunächst der mit Schadstoffen belastete Abfall mit Zement gemischt wird, anschließend wird die Mischung zu Formkörpern verarbeitet, die dann wiederum von einer Zementhülle umgeben werden. In beiden Verfahren muß das einzubindende Material also zunächst mit einem Bindemittel gemischt und anschließend ummantelt werden.

Andere Verfahren zielen darauf ab, die äußerst feinkörnigen Abfallstoffe mit einer Teilchengröße von beispielsweise unter 10 µm zu agglomerieren, um sie alsdann im Schachtofen einzusetzen. Das ist jedoch zumeist ohne einen erheblichen Energieaufwand nicht möglich und setzt eine ausreichende Festigkeit des Agglomerats voraus, löst aber nicht das Schadstoffproblem, da die Schadstoffe, wie insbesondere Zink und Blei, leicht flüchtig sind und daher beim Agglomerieren, beispielsweise Sintern und beim Einschmelzen verdampfen; sie finden sich dann angereichert erneut im Staub der Abgasreinigung.

Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn die Stäube oder Schlämme lediglich kaltpelletiert oder mit Hilfe eines härtenden Zusatzes agglomeriert werden. Die Grünfestigkeit solcher Pellets ist jedoch für die weitere Handhabung und insbesondere für einen Einsatz im Schachtofen zumeist nicht ausreichend, während die Verwendung härtender Zusatzstoffe mit erheblichen Kosten verbunden ist. Hinzu kommt, daß die Schadstoffe auf diese Weise nicht aus dem Produktionskreislauf entfernt werden, sich vielmehr in zunehmendem Maße im Staub oder Schlamm der Abgasreinigung anreichern. Um das zu vermeiden, bietet es sich zwar an, die Stäube und Schlämme zunächst zum Entfernen der Schadstoffe zu laugen, die damit verbundenen Kosten sind jedoch erheblich, zumal die bei der Laugung anfallende Schadstofflösung ihrerseits aufbereitet werden muß.

Die DE 29 50 462 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ab- und Endlagerung von Abfallstoffen. Bei diesem Verfahren werden die Abfallstoffe mit einem speziellen Bindemittel, insbesondere auch feingemahlenen, hydraulischen Bindemittel wie Zement, und einem Härtungsmittel, im Fall von Zement beispielsweise Abbindewasser, insbesondere kontaminiertes Sickerwasser oder wäßrige Abfälle chemischer Reaktionsprozesse, zu einer fließfähigen Masse vermischt. Diese Masse wird zu einer Mülldeponie transportiert und dort in einen Deponieraum eingeleitet, wo sie erstarrt. Die Endlagerung erfolgt hier in sogenannten Deponieräumen, d. h.: in bestimmungsgemäß zur Aufnahme von Abfällen vorgesehenen Kammerbereichen der Deponieanlage.

Die DE 34 15 883 A1 beschreibt ein Verfahren zur Abdichtung des Sohlbereichs von Deponien gegenüber dem umliegenden Bodengrund. Dabei wird in den Sohlbereich, d. h. den natürlich gewachsenen Bodenbereich am Fuß der Deponie fließfähiges Verfestigungsmittel injiziert, das sich verfestigt, so daß eine Fußzone entsteht, die die Deponie gegen den darunterliegenden Boden und vor allem gegen das Grundwasser abdichtet. Das Verfestigungsmittel ist im Hinblick auf sein vorbestimmtes Einsatzgebiet zweckmäßigerweise so dünnflüssig zubereitet, daß es problemlos in den betreffenden Boden bzw. die dort natürlicherweise vorhandenen Zwischenräume einsickert und sich mühelos verteilt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das es erlaubt, schadstoffhaltige Abfälle bei verhältnismäßig geringem Energieaufwand in einer Weise einzubinden und somit eine hochdichte und natursteinartige Masse zu gewinnen, die geeignet ist, auch nachträglich in die regelmäßig bestehenden porenartigen Hohlräume von bereits vorhandenen Deponien, insbesondere Altdeponien, verfüllt zu werden und beim Einbringen in diese Hohlräume die Verfestigung und mechanische Stabilisierung des Deponiekörpers zu bewirken.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Einlagerung des Homogenisats derart erfolgt, daß in den Deponiekörper mehrere Injektionsrohre eingebracht werden, und daß das Homogenisat über diese Injektionsrohre in den Deponiekörper eingeleitet und mittels Preßmittel in die Hohlräume, insbesondere die Porenräume, des Deponiekörpers eingepreßt wird.

Als hydraulische Bindemittel, also solche Stoffe, die eine hydraulische Bindung aufgrund des vorliegenden Wassergehalts eingehen, kommen an sich bekannte Bindemittel in Frage. Diese Bindemittel werden je nach den zu behandelnden Stoffen gewählt. Wird die Mischung aus den zu behandelnden Stoffen und dem hydraulischen Bindemittel einer Homogenisierung unterworfen, so wird dies dadurch erreicht, daß die zu behandelnden Stoffe feinst verteilt, zugleich aber von den hydraulischen Bindemitteln allseitig umkapselt und damit eingebunden sind.

Aus der so erhaltenen Mischung entsteht durch weitere Hydratation innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeit ein hartes Gefüge.

Vor der Verfestigung kann die gewonnene Masse in mehrere in einem Deponiekörper befindliche Rohre eingepreßt, worin aufgrund des Erhärtens ein verfestigter Formkörper entsteht. Der besondere Vorteil dieser Verfahrensweise ist darin zu sehen, daß das zur Verfestigung der Masse benötigte Material gleichzeitig als Transportmittel dient, wodurch als weiterer wesentlicher Vorteil eine verbesserte Ausnutzung des für Mischen zur Verfügung stehenden Raumes dadurch erzielt wird, daß eine Aufteilung der bisher als einheitlicher Vorgang gesehenen Verfestigung in zwei voneinander unabhängige Teilvorgänge stattfindet, von denen der eine lediglich der vorbereitenden Aufbereitung der Materialien, der andere der endgültigen Verfestigung dient.

Durch die geschilderte Umkapselung und feste Einbindung der Schadstoffe sind diese vollständig unschädlich gemacht und können bei der Verwendung zur Verfüllung von Deponiehohlräumen als ökologisch vollständig unbedenklich angesehen werden. Somit wird durch die Erfindung nicht nur eine Unschädlichmachung der Schadstoffe erreicht, sondern auch eine Verwendung dieser Schadstoffe innerhalb der Bautechnik ermöglicht.

So läßt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren

• - eine bessere Ausnutzung von vorhandenem Deponievolumen durch Verfüllen konventionell nicht nutzbaren Hohlraumes (ca. 10-20% des Gesamtporenvolumens),
• - eine nachträgliche Nutzung von Deponieraum in Altdeponien,
• - eine Stabilisierung des Deponiekörpers durch hydraulisch abbindendes Injektionsmittel, sowie
• - eine Verminderung der bautechnisch unerwünschten Absenkungen des Deponiekörpers (Schonung der Oberflächen­ abdichtung)

erreichen.

Die erfindungsgemäße Einbindung entspricht ferner dem Multibarrierenprinzip für Monodeponien.

Die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beanspruchte Vorrichtung zeigt den hervorstechenden Vorteil, eine Reinigung der Pumpen-Schlauchleitung zu gewährleisten, ohne daß dabei ein Kontakt zwischen dem zu behandelnden Stoff und der Reinigungsflüssigkeit entsteht. Da dabei eine Durchspülung der Schlauchleitung entbehrlich ist, wird die Menge an kontaminierter Reinigungsflüssigkeit nicht nur reduziert, sondern sogar entfallen.

Es hat sich gezeigt, daß durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens wasserunlöslich eingeschlossene schädliche Stoffe, sich unter Bodenbedingungen nicht mehr aus diesem geschaffenen Verband herauslösen lassen.

Der bei der erfindungsgemäßen Behandlung der Mischung aus schadstoffhaltigen Abfall und hydraulischen Bindemittel verwendete Sickerwasseranteil ist derart zu wählen, daß er für die hydraulische Bindung ausreicht. Je nach dem Wasserinhalt der zu behandelnden Stoffe ist der erfindungsgemäß zu behandelnden Mischung eine geeignete Wassermenge zuzugeben. Bei Klärschlämmen mit sehr hohen Wasseranteil ist der Zuschlag gering oder entfällt er sogar, bei weniger wasserhaltigen Abfällen ist jedoch in steigendem Maß eine Sickerwasserzugabe erforderlich.

Steht eine genügende Menge an Sickerwasser nicht zur Verfügung, so ist dieses mit Wasser zu ergänzen, um einen für die hydraulische Bindung ausreichenden Wasseranteil zu erhalten.

Für das erfindungsgemäße Verfahren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn in der Mischung das Gewichtsverhältnis von Sickerwasser zu den Feststoffen in Abhängigkeit von den zu behandelnden Stoffen und dem hydraulischen Bindemittel zwischen 1 : 0,5 bis 1 : 100 gewählt wird.

Für ein günstiges Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich ferner als zweckmäßig erwiesen, wenn das Gewichtverhältnis des hydraulischen Bindemittels zu den zu behandelnden Stoffen 1 : 1 bis 1 : 20 beträgt.

Für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens und insbesondere für eine gute Einbindung der schadstoffhaltigen Abfälle in dem hydraulischen Bindemittel hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß der Mischvorgang, während einer Dauer von 0,5 bis 10 10 Minuten erfolgt.

Zweckmäßig ist, den zu behandelnden stichfesten oder fließfähigen Schlamm zu Beginn des Mischvorgangs dem Sickerwasser oder Sickerwasser-Wasser-Gemisch zuzugeben und dem erhaltenen Homogenisat anschließend Bindemittel beizumengen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Sickerwasser oder Sickerwasser-Wasser-Gemisch mit den zu behandelnden Stäuben in Form eines Homogenisats zu bringen und dem so erhaltenen Homogenisat, das Bindemittel zuzugeben.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens (Fig. 1) besteht aus einem für die Staub-, bzw. Schlammvermörtelung geeigneten Mischer 1 mit einer Verdrängerpumpe 2 am Mischeraustrag.

Die Pumpe 2 ist über eine Schlauchleitung 3 mit einem im Deponiekörper befindlichen und mit Packersystem 4 ausgerüsteten Injektionsrohr 5 verbunden. Am Pumpenausgang bzw. Anfang der Schlauchleitung befindet sich zusätzlich eine Molchschleuse 6, der entsprechende Molchfänger 7 am Schlauchleitungsende.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das sich auf eine erfindungsgemäße Immobilisierung von schwermetallenthaltenden Schlämmen bezieht.

Ein schwermetallhaltiger Industrieschlamm wird beispielsweise mit einem hydraulischen Bindemittel, versetzt, zweckmäßig in einem Verhältnis von 1 : 0,3.

Dabei wird für einen ausreichenden Wasseranteil gesorgt, der sowohl die hydraulische Abbindung des Bindemittels als auch dessen Verpumpbarkeit gewährleistet. Als Zugabeflüssigkeit wird Sickerwasser oder, bei nicht ausreichender Menge, ein Gemisch aus Sickerwasser und Wasser verwendet.

Um eine sichere Einbindung der Schwermetalle im später abbindenden Gemisch zu gewährleisten, muß eine ausreichende Homogenisierung im Mischer erfolgen. Nach einer Zeit von ca. 0,5-5 Minuten ist der Mischvorgang beendet und das so erhaltene Gemisch, das Injektionsmittel, wird in den Deponiekörper, das Injektionsmedium, über Injektionsrohre injiziert.

So kann beispielsweise das Gemisch durch ein Bohrrohr selbst verpreßt werden, wobei nach Abteufen dieses Bohrrohres auf die gewünschte Tiefe dieses stufenweise gezogen wird. Möglich ist auch das Einführen eines Ventilrohres, in das durch Rammen, Dreh- oder Schlagbohren, Rütteln oder Spülen hergestellte Bohrloch. Das Ventilrohr ist im Bereich des zu injizierenden Bodens als Manschettenrohr ausgeführt. Der Ringraum zwischen Bohrlochwand und Verrohrung kann mit einer erhärtenden Sperrflüssigkeit verfüllt sein. Nach dem Abbinden bildet diese Mischung eine Hülle um das Rohr. Bei der Injektion wird dann an den perforierten Stellen des Manschettenrohres die Hülle durch das Injektionsmittel örtlich aufgebrochen.

Das Gemisch gelangt vom Pumpenausgang über einen Verpreßschlauch und ein im Manschettenrohr in Längsrichtung verschiebliches mit Packer versehenes Führungsrohr an die Verpreßstelle. Die Injektion kann somit horizontweise durchgeführt, und beliebig oft wiederholt werden.

Eine Reinigung des Verpreßschlauches durch reguläres Spülen mit Wasser würde zu hohen Mengen kontaminierter Flüssigkeit führen. Daher findet diese Reinigung des Verpreßschlauches bis hin zur Injektionsstelle mit einem Molch statt. Nach Beendigung der regulären Injektion wird am Pumpenausgang über eine Molchschleuse ein Molch eingeführt. Über die Verpumpung von Wasser wird der Molch kolbenartig in Richtung der Injektionsstelle durch den Verpreßschlauch bewegt. Dabei werden die im Schlauch befindlichen Reste des Injektionsmittels verdrängt, bzw. in den Deponiekörper verpreßt. Eine Vermischung mit dem Verpreßwasser wird durch den Molch vermieden. Am Schlauchende befindet sich ein Molchfänger, der das Mitverpressen des Molches in den Deponiekörper verhindert.

Claims (12)

1. Verfahren zur Immobilisierung und Einlagerung von schadstoffhaltigen Abfällen, insbesondere industriellen Schlämmen und Filterstäuben, mit den Schritten:

• a) Mischen der zu behandelnden Stoffen mit einem in feinkörnigem Zustand befindlichen, hydraulischen Bindemittel bei einem für die hydraulische Bindung ausreichenden Sickerwasseranteil oder einem anteilmäßigen Sickerwasser-Wasser- Gemisch,
• b) Erstellen eines Homogenisats, und
• c) Einlagerung des Homogenisats in den Deponiekörper,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagerung des Homogenisats derart erfolgt, daß in den Deponiekörper mehrere Injektionsrohre eingebracht werden, und daß das Homogenisat über diese Injektionsrohre in den Deponiekörper eingeleitet und mittels Preßmittel in die Hohlräume, insbesondere die Porenräume, des Deponiekörpers eingepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis des hydraulischen Bindemittels zu dem zu behandelnden Stoffe 1 : 1 bis 1 : 20 beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischung das Gewichtsverhältnis von Sickerwasser zu den Feststoffen in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Stoffen und dem hydraulischen Bindemittel 1 : 0,5 bis 1 : 100 beträgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das Mischen während einer Dauer von 0,5-10 Minuten durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde stichfeste oder fließfähige Schlamm zu Beginn des Mischvorgangs dem Sickerwasser oder Sickerwasser-Wasser-Gemisch zugegeben und dem erhaltenen Homogenisat anschließend Bindemittel beigemengt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sickerwasser oder Sickerwasser-Wasser- Gemisch mit den zu behandelnden Stäuben in Form eines Homogenisats gebracht und dem so erhaltenen Homogenisat das Bindemittel zugegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung über einen Verpreßschlauch an die aus Injektionsrohren bestehende Verpreßstelle gelangt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpreßmenge aufgrund des Deponiehohlraumes ermittelt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, bestehend aus einem Mischer (1) und einer zum Verpressen geeigneten Pumpe (2) mit einer Schlauchleitung (3), die an ein in Deponiekörper befindliches und mit einem Packer (4) ausgestattetes Injektionsrohr (5) angeschlossen ist, wobei an dem der Pumpe (2) zugewandten Ende der Schlauchleitung (3) eine Molchschleuse (6) und am entgegengesetzten Ende der Schlauchleitung (3) ein Molchfänger (7) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Injektionsrohre (5) den Abmessungen des Verpreßkörpers angepaßt ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsrohre (5) in ausreichendem Abstand zur Basisabdichtung der Deponie angebracht sind.