DE4335745C2 - Mit Nährelementen beladener Körper zur Ausbringung in Böden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Nährelementen beladenen Körper zur Ausbringung in Böden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 38 00 814 C1 ist ein Verfahren zum Verwerten von Klärschlamm bekannt, bei dem eine Mischung aus Klärschlamm, wasserabsorbierenden Mitteln sowie zum Wachstum und zum Schutz von Pflanzen notwendige Ingredienzien in einen Sack verbracht und der so vorbereitete Sack in eine Pflanzengrube eingetragen wird. Das Wachstum der Pflanzen soll hierdurch gefördert werden, wobei wasserabsorbierende Mittel wie Kieselgel, Kieselgur und Tonminerale den Boden stets feucht und der Sack die Schadstoffe in der Umgebung der Pflanzengrube halten soll. Ein derartiges mit Nährelementen beladenes Mittel ist nicht nur aufwendig in der Ausbringung, sondern auch unsicher bezüglich des Zurückhaltens der Schadstoffe des Klärschlamms. Die Beschränkung des Anwendungsbereichs auf eine Sackfüllung läßt zudem keine Verwertung großer Klärschlammengen zu.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen mit Nährelementen beladenen Körper zur Ausbringung in Böden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der eine Rückgewinnung der im Klärschlamm enthaltenen Nährelemente, wie Dünge- und Humusstoffe, unter gleichzeitiger Reduzierung dessen Gefahrenpotentials an anorganischen und organischen Schadstoffen erlaubt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine umweltfreundliche und kostengünstige Beseitigung der Klärschlämme zu erreichen.

Diese Aufgaben werden gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch wird ein mit Nährelementen beladener Körper geschaffen, der ein Träger für das Klärschlamm-Wertstoffpotential an organischen Substanzen sowie Makro- und Mikronährelementen in natürlicher Form ist und dabei das Klärschlammgefahrenpotential durch Bindung an die Tonmineralien wesentlich zurückhält.

Dadurch, daß der Körper aus einer bildsamen Masse entsteht, können wählbar gestaltete Formkörper hergestellt werden, wodurch die Nutzung der wertvollen Inhaltsstoffe des Klärschlamms nicht auf einen Streudünger beschränkt bleibt.

Diese Körper können als Voll- oder Loch(Hohl)körper mit gewünschten Abmessungen überall dort Anwendung finden, wo neben einer temporären erdbaumechanischen Eigenschaft auch das Freisetzen von Dünge- und Humusstoffen erwünscht bzw. notwendig ist. Beispielhaft genannt werden zeitlich befristet benötigte Trag- und Stützkörper sowie sonstige Erdbau-Bauelemente, wie sie z. B. im Landschaftsbau oder Rekultivierungswesen gebraucht werden.

Ein wesentlicher Vorteil des Körpers besteht darin, daß er nur zeitlich befristet erosionsresistent ist, wobei während dieser erosionsresistenten Phase der Körper in erdbaumechanischer Hinsicht seine Aufgabe voll erfüllt. Da der Körper aus einer bildsamen Masse hergestellt ist und unter teilweisem Wasserentzug getrocknet wird, widersteht er strukturell den natürlichen Witterungseinflüssen aus Wasser, Wind und Temperatur in einem ausreichenden Maße, und zwar während eines für den genannten Zweck ausreichend langen Zeitabschnitts. Altlasten, wie sie von dauerresistenten aber nur zeitlich befristet benötigten Trag- und Stützkörpern hinterlassen werden, können vermieden werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die temporäre Stütz- und Tragfähigkeit mit der Funktion eines Nährstoffspenders kombiniert ist, wodurch umweltfreundliche und wachstumsfördernde Erdbaukörper geschaffen werden.

Die Widerstandsfähigkeit kann zudem über den Aufbereitungsgrad sowie Zusätze und über die Verformungstechnik, insbesondere Luftentzug vor einer Strangbildung, beeinflußt werden.

Weitere Vorteile des Körpers ergeben sich aus seiner Eigenschaft, die Nährelemente des Klärschlamms freizusetzen und die Schadstoffe, insbesondere Schwermetalle, des Klärschlamms langfristig binden zu können. Die ausgebrachten Klärschlämme führen daher selbst bei hohen Schwermetallgehalten zu keiner Erhöhung der Schwermetallgehalte im Boden. Der tonmineralhaltige Rohstoff kann hier die Schwermetallkationen und polare organische Verbindungen adsorbieren, so daß der Klärschlamm sein Gefahrenpotential im wesentlichen verliert. Klärschlämme, die wegen ihres hohen Schwermetallgehaltes bisher nicht landwirtschaftlich nutzbar waren, sind nunmehr ebenfalls ausbringbar, damit auch deren Nährelemente einer Wiederverwertung zugeführt werden. Selbst bei einer Rückbildung des tonmineralhaltigen Rohstoffs zu normaler Bodenmasse bleiben die von den Tonmineralien adsorbierten Schadstoffe des Klärschlamms überwiegend an diese gebunden.

Vorteilhaft ist weiterhin die geringe Durchlässigkeit des Körpers für Wasser. Regen- und Bodenwasser bewirken aufgrund eines erneuten Quellens der Tonminerale in dem Körper nur eine geringe Durchströmung, wodurch ein dosierter, zeitverzögerter Austrag der Nährelemente des Klärschlamms aus dem Körper entsteht und das Zurückhalten der Schwermetalle zusätzlich unterstützt wird.

Als tonmineralhaltiger Rohstoff werden insbesondere solche mit zumindest einem Hauptbestandteil an Ton eingesetzt. Zwei- oder Dreischichttonminerale sind geeignet. Aus Kostengründen bevorzugt sind die Zweischichttonminerale, insbesondere Kaolinit. Durch den Einsatz von Zweischichttonmineralien mit einem zumindest niedrigen Diagenesegrad, der zu Gitterfehlstellen geführt hat, wird erfindungsgemäß erreicht, daß auch die Zweischichttonminerale ein ausreichendes Adsorptionsvermögen gegenüber den Schadstoffen des Klärschlamms zeigen.

Zu den im Klärschlamm enthaltenen Schadstoffen zählen neben den organischen Schadstoffen insbesondere die Schwermetalle, wie Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Quecksilber und Zink. Als relevanter anorganischer Inhaltsstoff tritt aber auch Nitrat in größeren Mengen auf. Für einen biologischen Abbau des Nitrats wird bevorzugt Melasse bei der Herstellung des Körpers zugesetzt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein mit Nährelementen beladener Körper, der in streufähiger Form oder als Formkörper wählbarer Gestalt als Vollkörper oder Loch(hohl)körper, gegebenenfalls mit Inhalt, in Böden ausbringbar ist und dort dann verbleibt, wird aus einem Gemenge eines teilentwässerten, stabilisierten Klärschlamms mit einem mineralischen Rohstoff hergestellt. Als mineralischer Rohstoff wird ein tonmineralhaltiger Rohstoff eingesetzt, der mit Klärschlamm zu einer bildsamen Masse verformt wird. Aus der bildsamen Masse werden Körper gebildet, die durch zumindest teilweisen Wasserentzug verfestigt werden.

Bei dem tonmineralhaltigen Rohstoff handelt es sich um einen Rohstoff mit dem Hauptteil Ton aus einem oder mehreren Zweischicht- oder Dreischichttonmineralien, um den unbildsamen Anteil im Ausgangsrohstoff gering zu halten. Bevorzugt als tonmineralhaltiger Rohstoff ist ein Ton der Kaolingruppe, wie z. B. Kaolinit, Halloysit und Dickit, oder eine Zusammensetzung verschiedener Tone der Kaolingruppe.

Bevorzugt sind zudem Kaolinittone, die zumindest leicht plastisch sind und/oder einen zumindest niedrigen Diagenesegrad aufweisen, damit das Kationenaustauschvermögen aufgrund von Gitterfehlstellen gegenüber diagnetisch nicht verfestigten Tonen erhöht ist. Die Kaolinittone können Nebenbestandteile aufweisen, zu denen hier im allgemeinen geringe Anteile Glimmer, Illit oder Smectit sowie Anatas, Eisenminerale und Quarz zählen.

Fall in dem eingesetzten Kaolinitton nicht vorhanden, kann gegebenenfalls eine Zumischung eines geringfügigen Anteils (<4%) des Eisenminerals Siderit (FeCO₃) zum tonmineralhaltigen Rohstoff erfolgen. Eine positive Beeinflussung des Adsorptionsvermögens kann hierdurch möglich sein.

Ein beispielhaft verwendbares Tongestein setzt sich aus den Hauptbestandteilen Kaolinit, Halloysit sowie Dickit zusammen und weist als Nebenbestandteile geringe Anteile an Glimmer, Dreischichttonmineral und Eisenkarbonat auf. Die Kationenaustauschkapazität gemäß DIN 19684-T8 liegt bei 14,5 mval/100 g. Das Wasseraufnahmevermögen liegt bei 39% und die Fließgrenze gemäß Atterberg′scher Konsistenzgrenze (DIN 18122) liegt bei w = 31,7%.

Zur vereinfachten Benennung des vorstehend beschriebenen tonhaltigen Rohstoffs wird nachfolgend nur von Tonen gesprochen.

Der Ton wird mit einer wählbaren Körnung zugesetzt. Feine Korngrößenbereiche, z. B. 0,1-100 µm, und/oder mittlere Korngrößenbereiche, z. B. 0,1 µm-1 mm, sind geeignet. Damit der erfindungsgemäße Körper eine hohe Stabilität mittels sogenanntem Stützkorn besitzt, wird ein Fein- und ein Grobkornanteil bevorzugt, z. B. ein Korngrößenbereich mit einem maximalen Korn bis zu 50 mm, insbesondere bis zu 30 mm.

Der zugesetzte Klärschlamm ist teilentwässert mit einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 15%, insbesondere 20 bis 30%. Der Klärschlamm kann aerob und/oder anaerob stabilisiert sein und ist vorzugsweise ausgefault.

Der Klärschlamm kann volumenmäßig in einem Mischungsverhältnis von bis zu 4 : 1 mit dem Ton zusammengebracht werden. Standard-Dosierungen liegen zwischen 2-3 : 1. Aufgrund des Wasseraufnahmevermögens des Tons wird ein lockeres, krümeliges und pelletartiges Ton-Klärschlammgemenge erhalten. Die Struktur des Ton-Klärschlammgemenges ist steuerbar, da unterschiedliche Wassergehalte im Klärschlamm durch Zugabe von mehr oder weniger großen Anteilen des Grob- und Feinanteils des Tons ausgeglichen werden können.

Dosierte Mengen an Klärschlamm und Ton, wobei Klärschlamm eine Art Magerungsmittel ist, werden zu einer bildsamen Masse umgewandelt. Während dieser Umwandlung können auch die Kationenaustauschreaktionen an den Tonmineralien stattfinden, soweit diese während des Vormischens bzw. Mischens noch nicht eingetreten sind.

Die bildsame Masse ist in ein Granulat bzw. einen Körper beliebiger Gestalt formbar. Im allgemeinen werden aus der bildsamen Masse Körper gepreßt, z. B. durch Strangziehen. Bevorzugt ist, die bildsame Masse dabei unter Vakuum zu entlüften, damit im wesentlichen gasfreie Körper hergestellt werden, die eine erhöhte Erosions-Widerstandsfähigkeit besitzen.

Die Körper werden durch teilweisen oder vollständigen Wasserentzug getrocknet und dadurch verfestigt.

Des weiteren können dem Gemengeversatz aus Ton und Klärschlamm bekannte organische oder anorganische Zuschlagstoffe beigemengt werden, um die technischen Eigenschaften des Körpers zu optimieren, z. B. um die mechanische Stabilität und/oder die Erosions-Widerstandsfähigkeit zu erhöhen und die Abriebfestigkeit zu verbessern.

Für einen biologischen Abbau des Nitrats im Klärschlamm kann dem Gemengeversatz Melasse beigemengt sein.

Die mit Nährelementen beladenen Körper können auch mit einer Isolierschicht versehen und/oder gegebenenfalls infiltriert werden.

Der erfindungsgemäße Körper ermöglicht den Zusatz von Zweischichttonmineralien, insbesondere Kaolinittonen, die wegen ihrer mangelnden Adsorptionskapazität für eine wirksame Bindung von Schadstoffen bisher als ungeeignet angesehen wurden. Erfindungsgemäß werden diagenetisch verfestigte Zweischichttonminerale bevorzugt.

Claims (4)

1. Mit Nährelementen beladener Körper zur Ausbringung in Böden, der aus einem Gemenge eines teilentwässerten, stabilisierten Klärschlamms mit einem tonmineralischen Rohstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß Klärschlamm mit dem tonmineralhaltigen Rohstoff zu einem Formkörper bildsam geformt und durch mindestens teilweisen Wasserentzug verfestigt ist.

2. Mit Nährelementen beladener Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der tonmineralische Rohstoff als Hauptbestandteil ein oder mehrere Zweischichttonminerale, insbesondere Kaolinit, und/oder Dreischichttonminerale enthält.

3. Mit Nährelementen beladener Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zweischichttonminerale Tone eingesetzt werden, deren Kationenaustauschkapazität aufgrund eines zumindest niedrigen Diagenesegrades erhöht ist.

4. Mit Nährelementen beladener Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem tonmineralhaltigen Rohstoff weniger als 4% FeCO₃ und/oder Melasse beigemengt sind.