DE4417012C2 - Verfahren zum Aufbereiten von Klärschlamm und Verwendung des Endprodukts - Google Patents
Verfahren zum Aufbereiten von Klärschlamm und Verwendung des EndproduktsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
schüttfähigen, krümeligen Materials sowie dessen Verwendung
für die Zwischenabdeckung von Altlasten oder Müllkörpern.
Es war bereits bekannt, Flugasche, insbesondere aus
Braunkohlekraftwerken, durch Mischen mit Wasser und
Einbringen von Energie durch Schütteln oder Rütteln
steinhart und wasserundurchlässig zu machen. Auf diese
Weise gelang es, Asche schadlos, d. h. gegen unerwünschtes
Herauslösen schädlicher Substanzen, wie Sulfate, durch
Regenwasser gesichert zu deponieren (DE 29 25 882). Dabei
wurde auch schon daran gedacht, Abfallstoffe, wie
Klärschlamm, in die erhärtende Asche einzubinden, damit
auch der Schlamm wie die Asche schadlos deponiert werden
konnte (DE 30 44 436).
Der nach diesem bekannten Verfahren mit Kalk stabilisierte
Klärschlamm wird vorwiegend auf Deponien direkt abgelagert.
Die mechanische Scherfestigkeit der abgelagerten Schlämme
ist gering und nimmt außerdem mit fortschreitender Dauer
der Deponierung kontinuierlich ab. Unter ungünstigen
Voraussetzungen kann ein völliger Festigkeitsverlust
eintreten.
Bekannt und angewandt wird auch das Verfahren zur
Stabilisierung von Klärschlamm (DIN 4045). Durch Zugabe von
Kalk oder anderen mineralischen Bestandteilen wird eine
weitgehende Verringerung von geruchsbildenden
Inhaltsstoffen, die Reduzierung organischer
Schlammbestandteile sowie die Erhöhung der
Flügelscherfestigkeit angestrebt.
Diese Verfahren finden insbesondere Anwendung, wenn der
Klärschlamm deponiert werden soll. Der große Nachteil
dieser Verfahren besteht in der Aufrechterhaltung der
biologischen Aktivität. Dadurch tritt eine Veränderung der
Stoffparameter ein und die abgelagerten Klärschlämme
verlieren ihre Festigkeit. Die undrainierte Scherfestigkeit
im Deponiekörper sinkt ("Nürnberger Deponieseminar", 1993).
Die DE 39 34 085 A1 beschreibt ein Verfahren zur Einbindung
und Verfestigung von festen und flüssigen Stoffen mit einem
Gehalt an Schwermetallen unter Einsatz eines zumindest
latenthydraulischen Bindemittels. Das Bindemittel weist
einen Wassergehalt zwischen 25 und 32 Gew. %, bezogen auf
die Hydratphasen bildenden Substanzen, auf, dieses wird mit
dem zu entsorgenden Stoff vermischt, verdichtet und härtet
anschließend aus.
Die DE 39 43 163 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines deponiefähigen Erzeugnisses, in dem hydraulische und
nichthydraulische Stoffgemische, insbesondere Abgänge aus
Rauchgasentschwefelungen mit Feinstberge enthaltenen
Abgängen vermischt, der Wasseranteil verringert und das
erhaltene Gemisch ausgehärtet werden. Die hier eingesetzten
feinstkörnigen Feststoffe, vorzugsweise Feinstberge, sind
Abgänge aus der Rohstoffaufbereitung und anorganischer
Natur.
Die DD 2 44 545 B5 betrifft die baustofftechnische Nutzung
von Filterasche als Zuschlagstoff oder als Bindemittel.
Neben der Filtertasche werden zur Herstellung von
Betonmassen Industrieschlämme wie Schleifschlamm oder
Rückstandsabscheiderschlamm aus der Bauindustrie
eingesetzt. Die Industrieschlämme besitzen ein Wasser-
Feststoff-Verhältnis < 1,3.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, organischen
teilentwässerten Klärschlamm derart weiterzuverarbeiten,
daß ein nutzbringend einzusetzender Baustoff erhalten wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur
Herstellung eines schüttfähigen, krümeligen Materials,
wobei organischem Klärschlamm, der auf einen
Trockensubstanzgehalt zwischen 20 und 35 M. % entwässert
ist, im Intensivmischer mit kalkreicher hydraulischer
westelbischer Braunkohlenfilterasche in einer Menge von <
60%, bezogen auf die Trockensubstanz des Gemischs,
vermischt wird.
Es wurde gefunden, daß sich die gestellte Aufgabe durch
intensive Durchmischung von hochaktiven Flugaschen und
entwässertem Klärschlamm lösen läßt. Das Mischprodukt wird
durch ein sehr hohes Wasserspeichervermögen
charakterisiert. Der Sättigungswassergehalt (bei dem alle
Hohlräume zwischen den einzelnen Körnern der Festsubstanz
mit Wasser gefüllt sind, w = (mw × ms -1) × 100% wird bei w
< 140% erreicht [mw = Masse Wasser; ms = Masse
Festsubstanz]. Eine Austrocknung bis auf Wassergehalte
unter 47% führt zu keinen Schrumpfungen oder durchgehenden
Rissen. In einer eingebauten, abgetrockneten Abdeckung des
Mischproduktes können ca. 500 l/m³ gespeichert werden. Die
Durchsickerung läßt sich dadurch auf niedrigste Werte
einstellen.
Das Mischprodukt liegt nach dem Mischprozeß als
schüttfähiges, krümeliges Material vor. Das verdichtete
Material hat eine undrainierte Scherfestigkeit von über
140 kN/m², ein Verformungsmodul größer 35 MN/m², einen
Winkel der inneren Reibung von 32 und kann eine Kohäsion
von 60 kN/m² erreichen. Das verdichtete Material zeigt
elastisches Verhalten. Die bodenmechanischen Kennwerte sind
vom Einbauwassergehalt, Verdichtungsverfahren und der
Zusammensetzung der Mischung abhängig. Sie können an die
geforderten Bedingungen angepaßt werden.
Eine intensive Durchmischung, insbesondere im Wirbelbett,
des entwässerten Klärschlamms (Trockensubstanzgehalt
zwischen 20 und 35 M. %) mit einem sehr hohen Anteil
(größer 60% bezogen auf die Trockensubstanz des Gemisches)
hochaktiver Braunkohlenverbrennungsflugaschen aus dem
mitteldeutschen Raum, westelbisch, führt zu einer
Eigenschaft des Mischproduktes, die sich grundsätzlich von
den bisher bekannten Mischprodukten unterscheidet.
Das erhaltene bindige Material wird auf eine Altlast oder
einen Müllkörper aufgebracht und verdichtet. Das als
Zwischenabdeckung aufgebrachte Material kann mit einer
Stampffußwalze soweit verdichtet werden, daß die
erforderliche undrainierte Scherfestigkeit und Kohäsion für
die Zwischenabdeckung vorliegt. Die Versickerungsrate der
Niederschläge kann soweit reduziert werden, daß das
eindringende Niederschlagwasser für die anaeroben Prozesse
verbraucht wird und keine Sickerwasserneubildung auftritt.
Zur Verringerung der Wasserdurchlässigkeit kann den
verfestigten Gemischen Gelbildner zugegeben werden. Zur
Begrünung mit Flachwurzlern kann die Abdeckung mit einigen
Zentimetern Mutterboden abgedeckt werden. Durch das
erfindungsgemäße Verfahren erfolgt eine Mineralisierung und
Hygienisierung von entwässertem Klärschlamm.
Die Besonderheiten bestehen im folgenden:
- 1. Die schnelle Reaktion mit den Braunkohlenflugaschen führt im Mischprodukt zu einer Hygienisierung des Klärschlamms.
- 2. Der sich einstellende hohe pH-Wert (< 11) führt zur biologischen Inertisierung. Über längere Zeiträume wurden kaum aerobe und anaerobe Prozesse beobachtet.
- 3. Im Mischprodukt bilden sich Ettringit, Gehlenit, Calcit und andere Alumosilikate und es entsteht eine Struktur, die eine gute Verdichtungsfähigkeit ermöglicht und günstige bodenmechanische Kennwerte sichert.
- 4. Die Mineralisierung im Mikrobereich führt zur Umbildung der organischen Schlämme, die anderenfalls nur in sehr großen Zeiträumen abläuft.
Das Mischprodukt ermöglicht auch den Aufbau von Abdeckungen
mit sehr kleinem Durchlässigkeitsbeiwert. Der optimale
Einbauwassergehalt sowie der lagenweise Auftrag mit
anschließender Verdichtung durch eine Stampffußwalze führt
zu k-Werten von 10-8 bis 10-10 m/s. Durch Zumischung von
Gelbildnern (einige Prozent Gewichtsanteil) läßt sich
stabil der von der TA Siedlungsabfall geforderte k-Wert für
Oberflächensysteme von k < 5×10-10 m/s erreichen.
Die organischen Bestandteile des Klärschlamms in dem
Mischprodukt werden durch den stabilen hohen pH-Wert
zwischen 11 bis 12 inertisiert. Biologische
Umwandlungsprozesse konnten bisher nicht beobachtet werden.
Das Langzeitverhalten der Abdeckschicht bei Eintrag sauren
Niederschlages wurde durch Aufnahme der Titrationskurve
modelliert. Die Neutralisation einer 1 m Abdeckschicht
erfordert große Zeiträume.
Der besondere Vorteil des Mischprodukts erweist sich bei
seiner erfindungsgemäßen Verwendung als Abdeckmaterial für
Deponien und Altlasten. Dadurch werden die beiden
Reststoffe Braunkohlenflugasche und Klärschlamm
kostengünstig verwertet.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll nachfolgend die Erfindung näher erläutert
werden.
In einer mitteldeutschen Großstadt werden die organischen Klärschlämme der Ab
wasserreinigung in Stapelbecken teilweise ausgefault und der anfallende Roh
schlamm mit 2% Trockensubstanz mit ca. 50,5% Glühverlust auf einen Trocken
substanz-Gehalt von 29% mit Dekantern entwässert.
Der entwässerte, organische Klärschlamm wird mit Containern zur zentralen Misch
anlage im Bereich der Deponie transportiert und auf einer Bereitstellungsfläche
100 t täglich abgelagert.
Über einen mengengesteuerten Schlammdosierbehälter wird der organische Klär
schlamm einem Intensivmischer zugeführt.
Das Bindemittel, eine mitteldeutsche Braunkohlenfilterasche (s. Tabelle 1), wird aus
dem Silo durch eine Zentraldosiereinrichtung mit einem Masseanteil von 41%, be
zogen auf organischen Klärschlamm, ebenfalls in den Mischer über eine Förder
schnecke zudosiert.
Nach 1,2 min. Mischzeit im Wirbelbett wird aus dem Mischer ein krümeliges, schütt
fähiges Produkt ausgetragen und in 10 m³-Mulden aufgegeben.
Die sich während des Mischprozesses im Mischer bildenden Gase, insbesondere
Ammoniak, werden abgesaugt und in einem Biofilter gereinigt.
Die schnelle Hydratisierung des Freikalkes führt im Mischprodukt, das ca. 30 min. im
Container aufbewahrt wird, zu einer Temperaturerhöhung auf ca. 75°C. Der austre
tende Wasserdampf und das Ammoniakgas werden ebenfalls über den Biofilter ge
leitet.
Das Mischprodukt wird auf dem Deponiekörper abgekippt und nach einer Lagerzeit
von ca. 9 Stunden als 40 cm starke Schicht planiert und nach weiteren 3 Stunden
mit einer Stampffußvibrationswalze verdichtet.
Der arbeitstäglich aufgeschüttete Müllkörper läßt sich mit dem anfallenden Misch
produkt abdecken. In der unmittelbaren Umgebung der Zwischenabdeckung aus
dem Mischprodukt wurden Luftkeimzahlen ermittelt, die im unteren Bereich der für
Außenluft typischen Werte (450 kBEim³ bis 2.000 kBEim³) liegen.
Das krümelige Schüttprodukt wird mit einem Trockensubstanzgehalt von ca. 54%
eingebaut. Die Trockendichte des verfestigten, organischen Klärschlammes in der
Abdeckschicht beträgt ca. 0,7 t/m³.
Durch Auftrag einer zweiten Schicht aus dem Klärschlamm-Asche-Gemisch wird
nach der Verdichtung eine Gesamtstärke der Abdeckung von ca. 60 cm erreicht. Der
erreichte Verformungsmodul Ev2 < 25 MN/m² für die Abdeckschicht sichert eine gute
Befahrbarkeit mit dem LKW.
In dem Mischprodukt zeigt die mineralogische Untersuchung ausgeprägte Ettringit
bildung. Die rasterelektronenmikroskopischen (REM) Aufnahmen zeigen im Misch
produkt eine durch Hydratisierung stark angegriffene, rauhe, poröse Oberflächenbe
schaffenheit von Aschepartikeln sowie stenglige Bildungen.
Durch Lysimeterversuche wurde nachgewiesen, daß die Versickerungsrate der Nie
derschläge ca. 5% beträgt. Die über mehrere Monate gemittelte Verdunstungsrate
lag über 1 l/m²*d.
Das Eluatverhalten des in der Abdeckschicht eingebauten verfestigten, organischen
Klärschlammes wurde entsprechend TA Abfall Anhang H ermittelt. Die durchschnitt
lichen Eluatwerte sind auf Tabelle 2 angeführt.
Durch die Anwendung dieses neuen Verfahrens werden die organischen, z. T. be
lasteten Klärschlämme einer Großstadt und ein Anteil der in unmittelbarer Nähe an
fallenden Flugasche kostengünstig verwertet und positive Effekte für die Deponie
erreicht.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines schüttfähigen,
krümeligen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß man
organischen Klärschlamm auf einen Trockensubstanzgehalt
zwischen 20 und 35% entwässert und im Intensivmischer mit
kalkreicher hydraulischer westelbischer Braunkohlen
filterasche in einer Menge von < 60%, bezogen auf die
Trockensubstanz des Gemischs, vermischt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man zusätzlich zu den Baunkohlenfilteraschen
alumosilikatische, puzzolanische Filteraschen oder
Schlacken zumischt.
3. Verwendung eines nach dem Verfahren der
Ansprüche 1 oder 2 erhaltenen schüttfähigen, krümeligen
Materials für die Zwischenabdeckung von Altlasten oder
Müllkörpern, wobei das Material aufgebracht und verdichtet
wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944417012 DE4417012C3 (de) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | Verfahren zum Aufbereiten von Klärschlamm und Verwendung des Endprodukts |
Applications Claiming Priority (1)
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