LU88459A1 - Verfahren zur Immobilisierung von in Wasser suspendierten Teilchen - Google Patents

Description

Verfahren zur Immobilisierung von in WâSSêf SUSpêttdiörten Teilchen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Immobilisierung von in Wasser suspendierten Teilchen, die mit schädlichen organischen und anorganischen Stoffen verunreinigtes industrielles Abfallmaterial enthalten, indem das Abfallmaterial mit einem mindestens einen organophilen Ton, ein Oxidationsmittel, und Eisen- und Mangansulfat sowie gegebenenfalls ein Härtungsmittel umfassenden Fixiermittel behandelt wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der nicht vorveröffentlichten niederländischen Patentanmeldung Nr. 91.01655 bekannt und umfaßt insbesondere die Behandlung von Erde, Sediment oder einem Schlammaterial, die beziehungsweise das mit umweltschädigenden organischen und anorganischen Stoffen belastet ist, mit einem Fixiermittel, und gegebenenfalls die Härtung des so erhaltenen Produktes durch Zugabe von beispielsweise einem Gemisch von Portland-Zement, Hochofenschlacke und Gips. Das Fixiermittel umfaßt zumindest einen organophilen Ton, ein Oxidationsmittel wie Natrium- oder Kaliumpersulfat oder Kaliumpermanganat, und Eisen- und Mangansulfat. Es hat sich zur Immobilisierung von mit Metallen und mit organischen Verbindungen belasteter Erde besonders bewährt. Durch Zugabe eines Härtungsmittels wird nach dem Aushärten ein Produkt erhalten, aus dem die ursprünglich anwesenden Verunreinigungen praktisch nicht mehr ausgelaugt werden können.

Zwar wird in der obengenannten Patentanmeldung behauptet, daß das Fixiermittel auch für Schlammaterial geeignet sei, doch hat sich gezeigt daß die Verarbeitbar-keit und Immobilisierung von verschiedene Verunreinigungen enthaltenden, in Wasser suspendierten Teilchen ungenügend ist. Das ergibt sich unter anderem aus der Tatsache, daß ein solches Material einen ziemlich einheitlichen Kornaufbau aufweist, wodurch es schwer und nur unter Anwendung teurer Einrichtungen ausreichend entwässert werden kann. Außerdem gab es für den dabei erhaltenen Schlammkuchen keine weitere Verwendungsmöglichkeit Oder Behandlung und dieser mußte daher in einem Speicher gelagert werden.

Zu bemerken ist, daß unter in Wasser suspendierten Teilchen, die mit schädlichen organischen und anorganischen Stoffen belastetes industrielles Abfallmaterial enthalten, Schlamm, ausgebaggerter Hafenschlamm, bei

Abwasseraufbereitung erhaltener Schlamm und ähnliche, aber auch beispielsweise der bei der Herstellung von Phosphorsäure auf nassem Weg erhaltene Abfallmaterialstrom, der große Mengen an Gips als Suspension enthält, verstanden werden. Einfachheitshalber wird auch dies letztere Material nachfolgend als Schlamm bezeichnet.

Infolge der immer strenger werdenden Anforderungen bezüglich der Verarbeitung und Wiederverwendung von giftigen Abfällen besteht jedoch ein wachsendes Bedürfnis an Mitteln und Verfahren, mit denen einerseits umwelt-schädigende Stoffe so gebunden werden, daß Auslaugung praktisch unmöglich ist und andererseits ein Produkt erhalten wird, das nutzbringend verwendet werden kann und verschiedenen, bezüglich der zulässigen Umweltbelastung aufgestellten Normen zur Genüge entspricht.

Es ist nun ein Verfahren gefunden worden mit dem die oben dargelegten Nachteile vollständig überwunden werden und ein bisher unbrauchbares, umweltschädigendes Material als Grundstoff verwendet werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn-zeichnet, daß man neben dem Fixiermittel außerdem einen Verdichtungshilfsstoff hinzufügt. Damit wird bewirkt, daß den vorliegenden suspendierten Teilchen wenigstens ein Teil der Feuchtigkeit entzogen wird, wodurch eine Matrix mit dem Fixiermittel und gegebenenfalls dem Härtungsmittel gebildet werden kann, welche eine ausreichende Immobilisierung des schädlichen Stoffs gewährleistet. Bei Abwesenheit von Verdichtungshilfsstoff zeigte sich, daß sich diese Matrix nicht bildete und daher nach der Aushärtung ein Material erhalten wurde, aus dem der umweltschädigende Stoff in unakzeptablen Mengen ausgelaugt werden konnte.

Vorzugsweise setzt man einen Verdichtungshilfsstoff ein, der aus gemahlenen und gegebenenfalls granulierten Stahlschlacken; gemahlenen und gegebenenfalls granulierten Hochofenschlacken, Oder einer Kombination daraus gewählt wird.

Die Tatsache, daß derartige gemahlene Schlacken als Verdichtungshilfsstoff eingesetzt werden können, ist überraschend und liegt angesichts deren hohen spezifischen Gewichts gewiß nicht auf der Hand. Übrigens wird angenommen, daß die Wirkung der Zugabe eines Verdichtungshilfsstoffes, insbesondere der obengenannten gemahlenen Schlacken, möglicherweise auf eine Kombination der folgenden Mechanismen zurückgeht: 1. Die Zugabe des Verdichtungshilfsstoffes zu dem sehr feinkörnigen suspendierten Abfallmaterial bewirkt einen verbesserten Kornaufbau der zu bildenden Matrix. 2. Der Verdichtungshilfsstoff reagiert mit anwesendem Material unter Bildung eines besseren Endproduktes. 3. Der Verdichtungshilfsstoff bindet Wasser und bildet so ein gutes Endprodukt.

Vorzugsweise fügt man das Fixiermittel in einer Menge von 10 bis 35% und den Verdichtungshilfsstoff in einer Menge bis 20% zu, bezogen auf das Gewicht des Abfallmater ia Is.

Zweckmäßigerweise wird ein Verdichtungshilfsstoff mit einer engen Korngrößenverteilung eingesetzt, bei-spielsweise im Bereich von 0 bis 6 mm. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine derartige Korngröße beschränkt und es können auch größere Abmessungen eingesetzt werden, wenngleich sich dies natürlich auf die Geschwindigkeit, mit der die suspendierten Teilchen immobilisiert werden können, nachteilig auswirken wird.

Wie oben bereits angegeben, ist das einzusetzende Fixiermittel aus der niederländischen Patentanmeldung Nr. 91.01655 bekannt und umfaßt zumindest einen organo-philen Ton, ein Oxidationsmittel und Eisensulfat und Mangansulfat. Dieses bekannte Fixiermittel hat sich, wie oben angegeben, zur Behandlung eines Abfallmaterials, daß eine Kombination aus Verunreinigungen organischer und anorganischer Herkunft enthält, als zweckmäßig erwiesen. Eine bevorzugte Zusammensetzung des Fixiermittels besteht aus 15,6 Gew.-% Eisensulfat, 15,6 Gew.-% Mangansulfat, 12,5 Gew.-% Aluminiumsulfat, 18,8 Gew.-% Natriumpersulfat und 37,5 Gew.-% organophilem Smektit. Als Eisensulfat wird vorzugsweise Eisen(III)sulfat eingesetzt. Es kann aber auch Eisen(II)sulfat eingesetzt werden oder anstelle des Sulfats das entsprechende Chloridsalz.

Vorzugsweise fügt man das Fixiermittel in einer Menge von etwa 20% und den Verdichtungshilfsstoff in einer Menge etwa 10% zu, bezogen auf das Gewicht des Abfall-materials. Selbstverständlich sind diese Mengen nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen; die für einen bestimmten Fall optimale Menge kann auf einfache Weise in einem Laborversuch bestimmt werden.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens fügt man außerdem ein Granulierungsmittel zu, urn einen besseren Kornaufbau des in Wasser suspendierten Materials zu erzielen. Überraschenderweise wurde gefunden, daß Siebsand, ein Restprodukt aus Bauabfall, sich zu diesem Zweck besonders eignet. Als günstige Nebenwirkung von Siebsand zeigte sich überdies, daß das zu behandelnde, suspendierte Abfallmaterial trockener wurde.

Auch kann Flugasche oder eine Kombination von Siebsand und Flugasche als Granulierungsmittel eingesetzt werden. Es zeigte sich, daß mit Flugasche ebenfalls Trocknung und ein guter Kornaufbau bewirkt werden konnte.

Zu bemerken ist, daß die Menge des Granulierungsmittel nicht insbesondere begrenzt ist, sondern innerhalb sehr weiter Grenzen variieren kann. Der Fachmann wird aber auf einfache Weise die in einem bestimmten Fall erforderliche Menge an Granulierungsmittel in einem vorhergehenden Versuch bestimmen können. Dasselbe gilt auch für andere, an sich bekannte Zuschlagstoffe, deren Menge gleichfalls unterschiedlich sein kann. Übrigens kann das vorliegende Verfahren sowohl an Ort und Stelle wie auch andernorts durchgeführt werden. Die andernortige Behandlung hat natürlich den Vorteil, daß das Verfahren auf einfache Weise gut zu steuern ist, wodurch das nach Aushärtung erhaltene Produkt eine im wesentlichen konstante Güte aufweisen kann, das heißt im wesentlichen die gleichen Auslaugkennwerte. Dagegen hat die Behandlung an Ort und Stelle den Vorteil, daß sie durchgeführt werden kann, ohne daß man teure Lagereinrichtungen benötigt.

Weiter ist zu bemerken, daß man gemäß einer zweckmaßigen Ausführungsform der Erfindung das mit einem organophilen Ton vermischte Abfallmaterial mit einem alkalischen Stoff versetzt.

Infolge einer derartigen Zugabe werden die im Ton adsorbierten Verunreinigungen in der Tonmatrix einge-schlossen und können daher nicht mehr extrahiert werden. Dazu werden vorzugsweise kalziumhaltige Verbindungen eingesetzt, wie zum Beispiel Kalziumhydroxid, oder auch kalziumoxidhaltige Stoffe. Da zu diesen letzteren auch Stahlschlacken, Hochofenschlacken und dergleichen zählen, können derartige Schlacken gleichfalls zu diesem Zweck eingesetzt werden.

Dem Fachmann wird offenbar sein, daß die Zugabe einer kalziumhaltigen Verbindung gleichfalls sowohl an Ort und Stelle wie auch andernorts erfolgen kann.

Als Härtungsmittel kann ein anorganisches, hydraulisches Bindemittel eingesetzt werden, das bei-spielsweise aus Portlandzement, Hochofenzement, Kalk oder einer Mischung daraus bestehen kann.

Anhand der folgenden Beispiele soil die Erfindung näher erläutert werden.

BEISPIEL I

Als Abfallmaterial wurde aus dem Malburger Hafen zu Arnhem stammendes ausgebaggertes Material eingesetzt, das mit großen Mengen an Schwermetallen (wie Kadmium und Blei) , Arsen, sowie verschiedenen organischen Verunreinigungen, unter anderem polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, belastet war.

Das ausgebaggerte Material wurde mit den aus einem Fixiermittel gemaß NL-A-91.01655, sowie Stahlschlacke mit einer Korngröße von 0-6 mm bestehenden Zuschlagstoffen in den in der Tabelle wiedergegebenen Mengen vermischt:

TABELLE

* Das eingestzte Fixiermittel bestand aus 15,6 Gew.-% Eisensulfat, 15,6 Gew.-% Mangansulfat, 12,5 Gew.-% Aluminiumsulfat, 18,8 Gew.-% Natriumpersulfat und 37,5 Gew.-% an mit Pyridin behandeltem Natriumbentonit als organophiles Tonmaterial.

Zu bemerken ist, daß das ausgebaggerte Material ein spezifisches Gewicht von etwa 1,5 g/cm3 aufwies, während jenes der eingesetzten gemahlenen Stahlschlacken etwa 3,3 g/cm3 betrug.

Die in der Tabelle dargestellten Proben A bis einschließlich E wurden auf an sich bekannte Weise verdichtet, mit dem folgenden Ergebnis: die Proben A und E konnten überhaupt nicht verdichtet werden; die übrigen Proben hingegen konnten verdichtet werden, wobei Probe D das beste Ergebnis zeitigte, gefolgt von den Proben C und B.

Die Auswirkung der Zugabe gemahlener Stahlschlacken ist urn so bemerkenswerter, wenn man bedenkt daß Stahlschlacken ein gut zweimal so großes spezifisches Gewicht haben wie das ausgebaggerte Material; die Zugabe von 10 Gew.-% Stahlschlacken entspricht dann nur 5 Vol.-%.

3EISPIEL II

Bei diesem Beispiel wurde als Abfallmaterial eine Menge von bei der Herstellung von Phosphorsäure auf nassem Weg erhaltenem, in Wasser suspendiertem Material eingesetzt, das große Mengen an Gips enthielt.

Es wurde auf die gleiche Weise behandelt wie in Beispiel I angegeben, wobei vergleichbare Ergebnisse erhalten wurden.

BEISPIEL III

Bei diesem Beispiel wurde dasselbe ausgebaggerte Material eingesetzt wie in Beispiel I.

Das ausgebaggerte Material wurde einer Prüfung zur Feststellung des Einflusses von Stahlschlacke als Verdichtungshilfsstoff, im Vergleich zu dem inerten Siebsand als Granulierungsmittel, unterzogen.

Mit dem ausgebaggerten Material wurden zwei Mischungen gebildet, bestehend aus: A: 1500 g ausgebaggertem Material, 1500 g Siebsand, 480 g Fixiermittel gemäß NL-A-91.01655, mit der in

Beispiel I dargestellten Zusammensetzung. B: 1500 g ausgebaggertem Material, 750 g Siebsand, 750 g Stahlschlacke, 0-6 mm, 480 g Fixiermittel gemäß NL-A-91.01655, mit der in

Beispiel I dargestellten Zusammensetzung.

Die Mischungen wurden gut vermischt, von Hand verdichtet und dann 9 Tage lang (unter Wasser) bei Zimmer-temperatur ausgehärtet (Abmessungen der Probestücke: Zylinder, Durchmesser 10 cm, Höhe 10 cm). Danach wurde die Druckfestigkeit dieser ausgehärteten Mischungen im Doppelversuch bestimmt, mit den folgenden Ergebnissen:

Probe Druckfestigkeit fMPa) A 1,48 A 1,21 B 2,07 B 1,77

Durchschnittlich wurde somit für A eine Druck-festigkeit von 1,3 MPa und für B eine Druckfestigkeit von 1,9 MPa ermittelt. Die günstige Auswirkung der Stahl-schlacke gegenüber dem inerten Siebsand ist damit nach-gewiesen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Immobilisierung von in Wasser suspendierten Teilchen, die mit schädlichen organischen und anorganischen stoffen verunreinigtes industrielles Abfallmaterial enthalten, indem das Abfallmaterial mit einem mindestens einen organophilen Ton, ein Oxidations-mittel, und Eisen- und Mangansulfat sowio gegebenenfalls ein Härtungsmittel umfassenden Fixiermittel behandelt wird, dadurch gekennzeichnet daß man neben dem Fixiermittel außerdem einen Verdichtungshilfsstoff hinzufügt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen aus gemahlenen und gegebenenfalls granulierten Stahlschlacken; gemahlenen und gegebenenfalls granulierten Hochofenschlacken, Oder einer Korabination daraus gewählten Verdichtungshilfsstoff hinzufügt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Verdichtungshilfsstoff mit einer Korngrößenverteilung von 0 bis 6 mm einsetzt.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fixiermittel in einer Menge von 10 bis 35% und den Verdichtungshilfsstoff in einer Menge bis 20%, bezogen auf das Gewicht des Abfall-materials, einsetzt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fixiermittel in einer Menge von etwa 20% und den Verdichtungshilfsstoff in einer Menge von etwa 10%, bezogen auf das Gewicht des Abfallmaterials, einsetzt.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man überdies ein Granulierungsmittel hinzufügt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Granulierungsmittel Siebsand, Flugasche oder eine Kombination daraus eingesetzt wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man zu dem Fixiermittel überdies eine alkalische Verbindung, vorzugsweise eine kalziumhaltige Verbindung hinzufügt.