DE69523782T2

DE69523782T2 - Material und verfahren zur herstellung einer unterwasser-sperrschicht

Info

Publication number: DE69523782T2
Application number: DE69523782T
Authority: DE
Inventors: H. Hull; J. Nachtman
Original assignee: Aquablok Ltd
Current assignee: Aquablok Ltd
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2015-05-17
Also published as: EP0804651B1; CA2190491A1; DE69523782D1; JPH10500464A; WO1995031609A1; AU683160B2; DK0804651T3; US5538787A; AU2552095A; KR970703472A; EP0804651A1; KR100411687B1; CA2190491C; JP3393385B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft allgemein Materialien und Verfahren zur Ausbildung von Barriereschichten, und insbesondere ein Material und ein Verfahren zur Ausbildung einer Barriereschicht über einer kontaminierten Unterwasseroberfläche.

2. Zusammenfassung des Standes der Technik:

Eine signifikante Anzahl von Seen, Teichen, Marschen, Flussbetten und dergleichen sind mit umweltgefährdenden Materialien kontaminiert. Beispiele für derartige Materialien schliessen polychlorierte Biphenyle oder PCBs, weissen Phosphor und Metalle ein. Viele diese Materialien setzen sich, einmal auf die eine oder andere Weise eingeführt, auf dem Grund solcher Wasserkörper ab. Dieses kontaminierte Sediment ist schädlich für die Tierwelt, die diesen Wasserkörper nutzt, insbesondere für die Fische und nahrungssuchende Wasservögel.
In einigen Fällen ist es nicht möglich, ein derartiges Sediment in situ zu entfernen oder zu behandeln. Daher wurde, um zu verhindern, dass die Tierwelt mit dem kontaminierten Sediment in Kontakt kommt, vorgeschlagen, eine Barriereschicht über dem kontaminierten Sediment zu errichten. Zu diesem Zweck wurden bislang verschiedene Plastikmembran-Barrieresysteme verwendet. Derartige Systeme schliessen typischerweise eine Kunststoffmembran ein, die auf dem Grund des Wasserkörpers positioniert ist, und mit einer Sandschicht oder einem ähnlichen Material auf der Oberseite der Kunststoffmembran in Position gehalten wird. Üblicherweise ist eine Anzahl von Abgasleitungen erforderlich, die das Abblasen von Gasen erlauben, die sich unterhalb der Kunststoffmembran bilden. Diese Kunststoffmembransysteme sind relativ kompliziert und kostspielig zu installieren. Ferner werden die Kunststoffmembranen relativ leicht punktiert und neigen aufgrund der grossen Temperaturschwankungen, die in vielen Unterwasserumgebungen auftreten, zur Rissbildung.
EP-A-0 567 692 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Versiegelung und Elemente, die zu diesem Zweck verwendet werden. Das Verfahren zur Herstellung einer Versiegelung betrifft insbesondere die Verwendung eines Materials auf Basis eines Tons oder eines Bentonits, der/das mit einer vorübergehend flüssigkeitsbeständigen Beschichtung ausgerüstet ist. Wenn dieses Material zur Herstellung einer Versiegelung verwendet wird, dient die vorübergehend flüssigkeitsbeständige Beschichtung dazu, die unmittelbare Hydratisierung des Tons oder des Bentonits zu verhindern, wenn die Versiegelung in einer nassen Umgebung ausgebildet wird, so dass ausreichend Zeit verbleibt, das Material zu komprimieren, bevor die Beschichtung zerfällt und/oder aufgelöst wird.
Es ist daher wünschenswert, ein relativ einfaches und kostengünstiges Material zur Ausbildung einer Barriereschicht über einer kontaminierten Unterwasseroberfläche bereitzustellen, das unter schwankenden Temperaturbedingungen haltbar ist. Ferner ist es wünschenswert, ein solches Material bereitzustellen, das eine Barriereschicht ausbildet, die nicht zur Punktierung oder Rissbildung neigt und die kein Abgassystem erfordert. Schliesslich ist es auch wünschenswert, ein verbessertes Verfahren zur Ausbildung einer solchen Barriereschicht bereitzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:

Die Erfindung betrifft ein Kügelchen (10) zur Ausbildung einer Barriereschicht (20) über einer Unterwasseroberfläche (21). Im allgemeinen ist eine Mehrzahl solcher Kügelchen zur Ausbildung einer wirksamen Unterwasserbarriereschicht erforderlich. Jedes Kügelchen umfasst ein Kernmaterial (11), mit der Massgabe, dass Pflanzensamen ausgeschlossen sind, und ist vorzugsweise aus einem Kiesstückchen gebildet. Es ist eine Versiegelungsschicht (12) bereitgestellt, die den Kern des Kügelchens zumindest teilweise einkapselt. Die Versiegelungsschicht schliesst einen Ton und ein Bindemittel ein. Das Bindemittel dient der Anhaftung der Versiegelungsschicht am Kern des Kügelchens.
Zur Ausbildung einer solchen Unterwasserbarriereschicht über kontaminierten Sedimenten unterhalb eines Wasserkörpers wird eine Mehrzahl dieser Kügelchen auf den kontaminierten Sedimenten abgelagert. Sobald die Kügelchen untergetaucht sind, beginnt die um jedes Kügelchen befindliche Versiegelungsschicht, Wasser zu absorbieren und zu quellen. Dadurch wird eine kontinuierliche Schicht aus dem Ton und dem Bindemittel gebildet, und die Kerne der Kügelchen sind zufällig innerhalb dieser Schicht dispergiert.
Die erfindungsgemässen Kügelchen können auch zur Ausbildung von Barriereschichten in Gegenwart von Wasser in einer Vielzahl von anderen Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise kann eine Mehrzahl der Kügelchen in einen ringförmigen Quellenraum eingeführt werden, der zwischen dem Grund und dem Quellengehäuse, das typischerweise aus Stahl oder Kunststoff ausgebildet ist, ausgebildet ist. Vorzugsweise wird der gesamte ringförmige Raum mit den Kügelchen ausgefüllt. Falls der ringförmige Raum trocken ist, wird Wasser zugegeben. Sobald die Kügelchen untergetaucht sind, beginnt die um jedes Kügelchen befindliche Versiegelungsschicht, Wasser zu absorbieren und zu quellen und es wird eine kontinuierliche ringförmige Schicht aus dem Ton und dem Bindemittel gebildet.
Verschiedene Ziele und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Berücksichtigung der angefügten Figuren leicht ersichtlich werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines einzelnen Kügelchens des erfindungsgemässen Materials zur Ausbildung einer Barriereschicht;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Barriereschicht, die durch das Material und das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildet wurde.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM:

Bezugnehmend auf die Figuren illustriert Fig. 1 ein Kügelchen des erfindungsgemässen Materials, das allgemein durch (10) gekennzeichnet ist, zur Ausbildung einer Barriereschicht. Wie unten detailliert diskutiert wird, wird typischerweise eine Mehrzahl solcher Kügelchen (10) zur Ausbildung einer effektiven Unterwasserbarriereschicht benötigt. Das Kügelchen (10) wird aus einem Kern (11) gebildet, der zumindest teilweise durch eine Versiegelungsschicht (12) eingekapselt ist. Der Kern (11) ist vorzugsweise vollständig durch die Versiegelungsschicht eingekapselt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Schutzschicht (13) über der Versiegelungsschicht (12) bereitgestellt.
Der Kern (11) des Kügelchens (10) wird aus einem Stück eines Materials gebildet, das im Vergleich zur Versiegelungsschicht (12) relativ hart und dicht ist. Beispiele für geeignete Materialien zur Ausbildung des Kerns (11) schliessen Stücke aus Stein, Eisenerz, Schlacke oder zerstossenem Porzellan ein. Vorzugsweise wird der Kern (11) jedes Kügelchens (10) aus einem Kiesstückchen gebildet. Kies in verschiedenen Grössen wird in der Barriereschicht sehr gut verdichtet.
Wie oben festgestellt, ist der Kern (11) durch eine Versiegelungsschicht (12) eingekapselt. Die Versiegelungsschicht (12) schliesst ein Tonmaterial oder eine Mischung aus Tonmaterialien mit hoher Absorption und Quellkapazität ein. Vorzugsweise ist der Ton ein Bentonitton, der leicht hydratisierbar ist, wie beispielsweise Calciumbentonit oder Natriumbentonit. Für bestimmte Anwendungen, insbesondere in Wasser mit einem relativ hohen Salzgehalt, ist der bevorzugte Ton Attapulgitton. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Versiegelungsschicht (12) auch einen oder mehrere organisch modifizierte Tone einschliessen, die auch als Organotone bezeichnet werden. Solche Organotone können zur Bindung von einigen Kontaminationen, wie beispielsweise den meisten Metallen, die mit ihnen in Kontakt kommen, wirksam sein. Die Organotone können mit Bakterien inokuliert sein, die Schadstoffe abbauen.
Die Versiegelungsschicht (12) schliesst ferner ein Bindemittel zur Unterstützung der Anhaftung des Tons an den Kern (11) des Kügelchens (10) ein. Eine zum Binden des Tons an den Kern (11) ausreichende Menge des Bindemittels wird mit dem Ton vermischt. Alternativ kann eine Schicht des Bindemittels zwischen dem Ton und dem Kern (11) eingefügt sein. Das Bindemittel ist vorzugsweise ein Polymermaterial, wie beispielsweise ein Cellulosepolymer. Ein bevorzugtes Bindemittel ist Guargummi. Ferner können mit dem Ton Kunststoffasern als Bindemittel vermischt werden. Auch Kalkstaub oder Zement können als Bindemittel verwendet werden. Die Versiegelungsschicht (12) kann ferner ein abbindendes Material, wie beispielsweise Kalkgips oder Formgips, das mit Wasser abbindet, einschliessen. Dieses Material wird vorzugsweise mit dem Ton oder der Mischung aus Tonen, die die Versiegelungsschicht ausbilden, vermischt, und kann bis zu 90 Gew.-% der Versiegelungsschicht (12) umfassen.
Ferner kann ein vögelabweisendes Mittel zu den Kügelchen (10) zugegeben sein. Geeignete vögelabweisende Mittel schliessen Anthranilsäureester, Phenylessigsäureester oder Dimethylbenzylcarbinylacetat als Beispiele ein. Bevorzugte vögelabweisende Mittel sind Dimethylanthranilat und Methylanthranilat. Diese vögelabweisenden Mittel werden vorzugsweise mit dem Bindemittel in Mengen vermischt, die zur Abstossung von nahrungssuchenden Wasservögeln, die mit diesen in Kontakt kommen könnten, ausreichen.
Das Kügelchen (10) kann mit einer äusseren Beschichtung (13) ausgerüstet sein, die dazu dient, die Versiegelungsschicht vor der Ablagerung des Kügelchens (10) auf einer Unterwasseroberfläche intakt zu halten. Vorzugsweise wird das Kügelchen mit einer dünnen Polymerbeschichtung (13) auf der Versiegelungsschicht (12) ausgerüstet. Ein bevorzugtes Material für die äussere Beschichtung (13) ist ein Acrylharz. Weitere Beispiele für geeignete Materialien für die äussere Beschichtung (13) sind ein Latex oder eine Gips-in-Wasser-Aufschlämmung. Die äussere Beschichtung (13) sollte in Abhängigkeit von dem jeweiligen Material nicht eine solche Dicke aufweisen, die die schlussendliche Hydratisierung der Versiegelungsschicht (12) des Kügelchens (10), nachdem das Kügelchen (10) unter Wasser plaziert wurde, verhindert.
Die erfindungsgemässen Kügelchen (10) können in einer beliebigen geeigneten Weise ausgebildet werden. Vorzugsweise wird das Bindemittel in eine wässrige Lösung gegeben und mit dem Ton vermischt. Eine Anzahl der Kerne (11) werden zu dieser Versiegelungsmischung zugegeben und gerührt, so dass die Versiegelungsmischung an jedem der Kerne (11) anhaftet. Die Versiegelungsmischung kann um die Kerne (11) getrocknet werden und dann mit einer zusätzlichen Versiegelungsmischung verrührt werden, wodurch eine mehrschichtige Versiegelungsschicht (12) um jeden der Kerne (11) ausgebildet wird. Die äussere Beschichtung (13) kann dann durch beliebige geeignete Mittel (13) aufgebracht werden, wie beispielsweise durch Sprühen.
Eine aus den erfindungsgemässen Kügelchen (10) gebildete Unterwasserbarriereschicht (20) ist in Fig. 2 dargestellt. Die Unterwasserbarriereschicht (20) bedeckt eine Schicht aus kontaminierten Sedimenten (21), die unterhalb eines Wasserkörpers (22) liegt. Zur Ausbildung dieser Barriereschicht (20) wird eine Mehrzahl der Kügelchen (10) auf den kontaminierten Sedimenten (21) deponiert wenn die kontaminierten Sedimente (21) zum Zeitpunkt der Ablagerung unter Wasser befindlich sind, können die Kügelchen (10) direkt in das Wasser (22) geschüttet werden. Die Kügelchen (10) sinken ab und setzen sich auf den kontaminierten Sedimenten (21) ab. Da die Kügelchen (10) relativ hart und schlagfest sind, können sie aus der Luft in das Wasser geschüttet werden, beispielsweise aus einem Hubschrauber- Schütteimer. Die Kügelchen (10) können auch unter Verwendung einer herkömmlichen Pumpe über die kontaminierten Sedimente (21) gepumpt werden. Sofern die klimatischen Bedingungen dies erlauben, können die Kügelchen alternativ dazu abgesetzt werden, wenn das Wasser oberhalb der kontaminierten Sedimente (21) gefroren ist. Die Kügelchen (10) können dann wirksam mittels eines Lastwagens, eines Strassenplanierers, eines Bulldozers mit geringer Bodenbelastung oder anderen geeigneten Mitteln abgelagert werden. Wenn das Eis schmilzt, sinken die Kügelchen (10) auf den Grund und setzen sich auf den kontaminierten Sedimenten (21) ab.
Sobald die Kügelchen (10) untergetaucht sind, beginnt die Versiegelungsschicht (12), um jedes der Kügelchen (10) Wasser zu absorbieren und zu quellen. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Schicht aus dem Ton und dem Bindemittel gebildet, worin die Kerne (11) zufällig dispergiert sind. Es wird angenommen, dass die Kerne (11) behilflich sind, die Barriereschicht (20) auf den kontaminierten Sedimenten (21) intakt zu halten. Falls ein abbindendes Material, wie beispielsweise Kalk, Gips oder Formgips in die Versiegelungsschicht (12) der Kügelchen (10) eingeschlossen ist, bindet dieses Material ab, wenn es hydratisiert wird.
Eine ausreichende Anzahl der Kügelchen (10) wird über der Fläche abgelagert, wodurch eine physische Barriereschicht (20) ausgebildet, deren Dicke zur Verhinderung der Wanderung der kontaminierten Sedimente (21) in das Wasser (22) ausreicht. Im allgemeinen ist eine Barriereschicht (20) mit einer Dicke von etwa 4 bis 8 cm angemessen zur Verhinderung der Wanderung von kontaminierten Sedimenten durch dieselbe, sowie zur Verhinderung, dass Tiere und andere Organismen, die den Wasserkörper nutzen, mit den Sedimenten (21) in Kontakt kommen. wenn ein vögelabweisendes Mittel zu den Kügelchen (10) zugegeben wurde, wird dieses innerhalb der Barriereschicht (20) dispergiert, wodurch nahrungssuchende Wasservögel zusätzlich davon abgehalten werden, mit den kontaminierten Sedimenten (21) unterhalb der Barriereschicht (20) in Kontakt zu kommen.
Bei Bedarf können zusätzlich pelletisierte Materialien mit den Kügelchen (10) vor deren Ablagerung auf den kontaminierten Sedimenten (21) vermischt werden. Beispiele für derartige Materialien schliessen pelletisierten Dünger, Klärschlamm, Zementofenstaub, Kalk, recyclierten Kohlenstoff, Maiskolben, Flugasche, Sägemehl und recycliertes Papier ein. Diese zusätzlichen pelletisierten Materialien unterstützen die Bereitstellung eines Mediums zur Samenkeimung und zum Pflanzenwachstum innerhalb der Barriereschicht (20).
Ferner kann eine Abdeckschicht (23) über der Barriereschicht bereitgestellt werden, wodurch die Verteilung des Tons in das Wasser (22) minimiert wird, wodurch die Lebensdauer der Barriereschicht (22) wirksam erhöht wird. Eine solche Abdeckschicht (23) kann aus einer Aggregatschicht ausgebildet sein, wie beispielsweise Kies oder Sand, die ferner das Wachstum von Vegetation unterstützt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckschicht (23) aus einer zusätzlichen Schicht der Kügelchen (10) gebildet, die ein abbindendes Material, wie beispielsweise Kalk, Gips oder Formgips, in deren Versiegelungsschichten (12) einschliessen. Das abbindende Material wird dann bei der Hydratisierung rasch abbinden und bildet eine harte Schicht über der Barriereschicht (20), wodurch jegliche Verteilung derselben in das Wasser (22) verhindert wird.
Wie oben festgestellt, können die erfindungsgemässen Kügelchen (10) auch zur Ausbildung von Barriereschichten in Anwesenheit von Wasser in einer Vielzahl anderer Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise kann eine Mehrzahl der Kügelchen (10) in einen ringförmigen Quellenraum, der zwischen dem Grund und einem Quellengehäuse, typischerweise aus Stahl und Kunststoff, ausgebildet ist, eingeführt werden. Vorzugsweise wird der gesamte ringförmige Raum mit Den Kügelchen ausgefüllt. Wenn der ringförmige Raum trocken ist, wird Wasser hinzugegeben. Sobald die Kügelchen untergetaucht sind, beginnt die Versiegelungsschicht um jedes der Kügelchen (10), Wasser zu absorbieren und zu quellen, und es wird eine kontinuierliche ringförmige Schicht aus dem Ton und dem Bindemittel gebildet.
Gemäss den Erfordernissen der Patentstatuten wurde die vorliegende Erfindung dahingehend beschrieben, was als deren bevorzugte Ausführungsform angesehen wird. Es ist jedoch festzuhalten, dass die Erfindung in anderer Weise ausgeführt werden kann, als explizit dargestellt und beschrieben, ohne vom Umfang der anliegenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Kügelchen (10) zur Ausbildung einer Barriereschicht (20) über einer Unterwasseroberfläche (21), das folgendes umfasst:

ein Kernmaterial (11), mit der Massgabe, dass Pflanzensamen ausgeschlossen sind, und

eine Versiegelungsschicht (12), die einen Ton umfasst und die das Kernmaterial (11) zumindest teilweise einkapselt.

2. Kügelchen gemäss Anspruch 1, worin der Kern im wesentlichen vollständig durch die Versiegelungsschicht eingekapselt ist.

3. Kügelchen gemäss Anspruch 1, worin der Kern aus Stein ausgebildet ist.

4. Kügelchen gemäss Anspruch 1, worin der Kern durch ein Kiesstückchen gebildet wird.

5. Kügelchen gemäss Anspruch 1, worin die Versiegelungsschicht einen Bentonitton einschliesst.

6. Kügelchen gemäss Anspruch 5, worin die Versiegelungsschicht Calciumbentonit einschliesst.

7. Kügelchen gemäss Anspruch 5, worin die Versiegelungsschicht Natriumbentonit einschliesst.

8. Kügelchen gemäss Anspruch 1, worin die Versiegelungsschicht Attapulgitton einschliesst.

9. Kügelchen gemäss Anspruch 1, worin die Versiegelungsschicht einen organischen Ton einschliesst.

10. Kügelchen gemäss Anspruch 1, worin die Versiegelungsschicht ein Bindemittel einschliesst.

11. Kügelchen gemäss Anspruch 10, worin das Bindemittel ein Polymermaterial ist.

12. Kügelchen gemäss Anspruch 11, worin das Bindemittel ein Cellulosepolymer einschliesst.

13. Kügelchen gemäss Anspruch 10, worin das Bindemittel Guargummi einschliesst.

14. Kügelchen gemäss Anspruch 1, worin die Versiegelungsschicht ein abbindendes Material einschliesst.

15. Kügelchen gemäss Anspruch 14, worin das abbindende Material ausgewählt ist aus Kalkgips und Formgips.

16. Kügelchen gemäss Anspruch 1, worin die Versiegelungsschicht ein vögelabweisendes Mittel einschliesst, ausgewählt aus Anthranilsäureestern, Phenylessigsäureestern und Dimethylbenzylcarbinylacetat.

17. Kügelchen gemäss Anspruch 1, das ferner eine Schutzbeschichtung aufweist, die um zumindest einen Teil der Versiegelungsschicht ausgebildet ist.

18. Kügelchen gemäss Anspruch 17, worin die Schutzbeschichtung aus einem Acryl ausgebildet ist.

19. Verfahren zur Ausbildung einer Barriereschicht über einer Oberfläche, die sich unterhalb eines Wasserkörpers befindet, das den Schritt des Aufbringens einer Mehrzahl von Kügelchen auf die Oberfläche umfasst, wobei die Kügelchen aus einem Kern, der zumindest teilweise mit einer einen Ton einschliessenden Versiegelungsschicht eingekapselt ist, ausgebildet sind.

20. Verfahren gemäss Anspruch 19, worin eine ausreichende Anzahl an Kügelchen zur Ausbildung einer kontinuierlichen Schicht aus Kügelchen auf der Oberfläche auf die Oberfläche aufgebracht wird.

21. Verfahren gemäss Anspruch 20, worin eine ausreichende Anzahl an Kügelchen zur Ausbildung einer kontinuierlichen Schicht der Kügelchen auf der Oberfläche mit einer Dicke von mindestens etwa 4 cm auf die Oberfläche aufgebracht wird.

22. Verfahren gemäss Anspruch 20, das ferner den Schritt der Ausbildung einer Abdeckschicht über der Schicht aus den Kügelchen einschliesst.

23. Verfahren gemäss Anspruch 22, worin die Abdeckschicht aus Aggregat ausgebildet ist.

24. Verfahren gemäss Anspruch 19, worin die Mehrzahl an Kügelchen in einem Behälter gehalten und dann aus dem Behälter über dem Wasserkörper freigesetzt werden, und die Kügelchen auf der Oberfläche unter Ausbildung einer Barriereschicht darüber abbinden.

25. Verfahren gemäss Anspruch 19, worin der Kern jedes der Kügelchen aus Stein gebildet ist.

26. Verfahren gemäss Anspruch 19, worin die Versiegelungsschicht jedes Kügelchens einen Bentonitton und ein Bindemittel einschliesst.

27. Verfahren zur Ausbildung einer Barriereschicht über einer Oberfläche, das die folgenden Schritte umfasst:

Aufbringen einer Mehrzahl von Kügelchen auf die Oberfläche, die Kügelchen sind ausgebildet aus einem Kern, der zumindest teilweise durch eine einen Ton einschliessende Versiegelungsschicht eingekapselt ist; und

Kontaktieren der Kügelchen mit ausreichenden Mengen einer Flüssigkeit zum Aufquellen der Versiegelungsschicht um jedes der Kügelchen.