DE19851256A1 - Verfahren zum Immobilisieren und/oder Verfestigen schadstoffhaltiger, kontaminierter staubförmiger bis grobkörniger Anfallstoffe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Immobilisieren und/oder Verfestigen schadstoffhaltiger, kontaminierter staubförmiger bis grobkörniger Anfallstoffe, Erdstoffe oder dergleichen Materialien unter Verwendung von Tonmineralien und hydraulischen Bindemitteln. Erfindungsgemäß wird zunächst in einem intensiven Mischprozeß eine wässrige Suspension, enthaltend Tonmehl, gebildet. Die Anfallstoffe werden im Anschluß mit der Suspension vermischt. Während oder vor dem Mischprozeß wird der Mischung oder einer Komponente ein anorganisches, hydraulisches Bindemittel zum Verfestigen zugegeben. Durch den intensiven Mischprozeß bei der Suspensionsherstellung und den damit einhergehenden Energieeintrag werden die Schichtzwischenräume der Tonmineralien der Suspension vergrößert, so daß sich Schadstoffe hier anlagern können bzw. eingebunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Immobilisieren und/oder Verfestigen schadstoffhaltiger, kontaminierter staub­ förmiger bis grobkörniger Anfallstoffe, Erdstoffe oder der­ gleichen Materialien unter Verwendung von Tonmineralien und hydraulischen Bindemitteln gemäß Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 sowie eine spezielle Verwendung des Verfahrens.

Es ist bekannt, daß in Böden eindringende Schadstoffe, insbe­ sondere dann, wenn diese sandig und flüssigkeitsdurchlässig sind, das Grundwasser verunreinigen und somit zu einer Gefährdung der Trinkwasserversorgung führen können. Gegebene technische und wirtschaftliche Nachteile bisher bekannter Sanierungsmaßnahmen, wie z. B. das Abtragen von Bodenschichten, das Absenken des Grundwassers durch Einbringen von Barrieren in den Boden und/oder Abpumpen der Schadstofflösungen sowie die hier gegebenen Risiken haben zu Methoden geführt, bei denen vom Grundgedanken der Immobilisierung der Schadstoffe ausgegangen wird.

Zu den bekannten Immobilisierungs-Methoden gehört die Mikro­ einkapselung, wobei hier eine Injektion von Verfestigungs- und Abdichtungsmitteln in den Schadstoffbereich erfolgt, um die Schadstoffe vor Ort zu binden. Das Umschließen eines Schad­ stoffbereichs mit einer bentonit- oder tonhaltigen vertikalen Abdichtung in Form einer Dichtwand wird als Makroeinkapselung bezeichnet.

Aus der PCT WO 83/01204 ist ein Verfahren zur Lagerung von organisch belasteten Mineralien bekannt, welche zur Adsorption in einem organophilen Bentonit eingebunden werden. Nachteilig ist, daß dort der gesamte Müllkörper mit organischem Bentonit versetzt oder Sickerwasser durch einen Filterkörper aus orga­ nophilem Bentonit gepumpt werden muß. Zur Deponieabdeckung muß demnach eine Lage aus reinem organophilen Bentonit ausgebildet werden.

Aus der DE 43 22 331 A1 ist ein Verfahren zum Immobilisieren von in Mauerwerken enthaltenen Schadstoffen anorganischer oder organischer Natur mittels eines Einbindungsmittels, bestehend aus einem Tonmineralgemisch, Zement und/oder Flugasche vorbe­ kannt. Gemäß der dortigen Aufgabenstellung sollen die mit Schadstoffen belasteten Materialien zu einem Abfallkörper ausgebildet werden, wobei dieser Körper selbst als Barriere wirksam wird und daher auf Deponien endgelagert werden kann. Das nach DE 43 22 331 A1 verwendete Einbindungsmittel besteht aus einem Tonmineralgemisch, Zement und/oder Flugasche, wobei das zu behandelnde, einen Gehalt von bis zu 60 M % an Tonmi­ neralien aufweisende Material mit einem Anteil an Einbindungs­ mittel von 1 bis 60 M %, bezogen auf das Material und einen für die hydraulische Bindung erforderlichen Wasseranteil gemischt und in die Form eines dichten Bindemittel-Gesteingefüges gebracht wird. Hierfür muß das zu behandelnde Material vorab zerkleinert werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß enthaltene Schadstoffe ver­ schiedener Natur nicht ausreichend gebunden werden können, wodurch die Gefahr besteht, daß bei der Endlagerung unter Wasserzufuhr entsprechende Schadstoffkomponenten herausgelöst werden und in das Grundwasser eindringen. Es wird zwar mit der bekannten Lösung durch die Bentonit-Anteile und das hierdurch gegebene Quellvermögen das Bindemittel-Gesteingefüge als Barriere gegenüber Drittschadstoffen wirksam, die Gefahr des Austretens von Schadstoffen aus dem Gesteingefüge selbst kann jedoch, wie dargelegt, nicht ausgeschlossen werden.

Es ist unter Berücksichtigung des geschilderten Standes der Technik Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Immobilisieren und/oder Verfestigen schadstoffhaltiger, kontaminierter staub­ förmiger bis grobkörniger Anfallstoffe anzugeben, das es gestattet, bei einem vertretbaren Aufwand von einzusetzenden Tonmineralien die Schadstoffkomponenten bereits in einer frühen Phase ausreichend und sicher zu binden, wodurch es möglich wird, verfestigte Gebilde einer unbedenklichen weiteren Ver­ wendung oder Endlagerung zuzuführen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Ver­ fahren gemäß Definition nach der Lehre des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens betrifft eine spezielle Verwendung dieses auch für nichtkontaminierte Lockergesteine oder recycelte Materialien wie keramische und/oder mineralisch gebundene Baustoffe oder recycelte Straßenbaumaterialien.

Erfindungsgemäß wird verfahrensseitig zunächst eine wässrige Suspension enthaltend im wesentlichen 50 bis 200 g Tonmehl auf 1 l Wasser in einem intensiven Mischprozeß gebildet, wodurch sich ein Energieeintrag einstellt, welcher das Quellverhalten unterstützt und die Schichtzwischenräume der Tonminerale der Suspension vergrößert.

Durch das Vermischen der staubförmigen bis grobkörnigen Anfallstoffe mit der oben genannten Suspension können dann Schadstoffe bzw. Schadstoffkomponenten in die Schichtzwischen­ räume der Tonminerale aufgenommen bzw. eingelagert werden, wodurch der gewünschte Adsorptions- und Bindungseffekt ein­ tritt.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird hydraulisches Bindemittel zum Verfestigen der Mischung dem Anfallstoff, der Suspension oder der Mischung aus beidem zugegeben. Die Zugabe des anorganischen Bindemittels bewirkt demnach sowohl die Verfestigung der Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel-Wasser- Mischung als auch dadurch bedingt das Einbinden der Schadstoffe in die gegebene Matrix.

In Abhängigkeit von den Eigenschaften bzw. der Zusammensetzung des oder der Anfallstoffe wird diesen eine Menge von 10 bis 40 M % Tonmehlsuspension und eine Menge von 1 bis 10 M % anor­ ganisches Bindemittel jeweils bezogen auf den Anfallstoff zugegeben. Bevorzugt wird als Tonmehl aktivierter Bentonit eingesetzt. Bentonit ist ein Ton, der neben wenig Quarz überwiegend das Tonmineral Montmorillonit enthält und der aus der Verwitterung vulkanischer Aschen oder junger, heller, größtenteils glasig erstarrter Erdgußgesteine entstanden ist.

Eine weitere Verbesserung des Einbinde- und Anlagerungspro­ zesses von Schadstoffkomponenten wird durch Zugabe von weiterem Tonmehl als Trockenkomponente zur Tonmehlsuspension in einer Menge von bis 50 M % bezogen auf den Anfallstoff erreicht.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß innerhalb der angege­ benen Bereichsgrenzen der Zugabe von Tonmehl bzw. von hydrau­ lischem Bindemittel die Endfestigkeiten je nach dem sich anschließenden Verwendungszweck oder der Art der Endlagerung eingestellt werden können, ohne daß sich die vorteilhaften Eigenschaften bezüglich des Einbindens der Schadstoffe nach­ teilig verändern.

Als anorganisches hydraulisches Bindemittel wird bevorzugt auf Zement oder Flugasche bzw. aus einem Gemisch dieser zurückge­ griffen.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird bezogen auf das kontaminierte Ausgangsmaterial, d. h. den Anfallstoff, eine Menge von 1 bis 10 M % anorganisches Bindemittel dem Gemisch aus Anfallstoff/Tonmehlsuspension zugegeben, wobei sich die Tonminerale mit den angelagerten Schadstoffen in die Binde­ mittelmatrix einbinden und anschließend ein Aushärten des Gemisches aus Tonmehl, Anfallstoff, anorganischem Bindemittel und Wasser erfolgt.

Um das Aus- bzw. Erhärtungsverhalten steuern zu können, besteht die Möglichkeit, dem Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel-Gemisch Abbindebeschleuniger oder -verzögerer zuzugeben. Entsprechende Abbindebeschleuniger oder Erstarrungsverzögerer sind aus der Betontechnologie bekannt.

Eine spezielle Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Verfestigen von unkontaminiertem Lockergestein natürlichen Ursprungs, wie Schluff, Sand, Kies oder dergleichen Materialien, aber auch von recyceltem Material, sogenanntem RC- Sand im Korngrößenbereich von 0 bis 100 mm.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden.

Beim Ausführungsbeispiel wurde von einem kontaminierten RC- Material vorliegend im Korngemisch 0-8 mm ausgegangen.

Das recycelte Material kann auf eine bestimmte Korngröße verbrachtes Bauschuttmaterial, aber auch Material aus dem Straßenbausektor, z. B. Fahrbahnaltbeläge, welche Teer und andere Schadstoffe enthalten, umfassen.

Die durch intensiven Mischprozeß z. B. mit einem Kolloidial- Mischer gebildete Bentonitsuspension entstand durch Zugabe von 60 g Aktivbentonit auf 1 l Wasser.

Eine entsprechende Menge des RC-Materials wurde mit 16 M % der Tonmehlsuspension einem weiteren Mischprozeß unterzogen. Bei mindestens einem der beiden Mischprozesse erfolgt eine Zugabe von Bindemittel, z. B. gemäß Ausführungsbeispiel 2 M % Portlandzement CEM I 52,5 R.

Die Bentonitsuspension führte zu einem Absorbieren der Schad­ stoffe und einem Einbinden dieser, wobei die Portlandzement- Zugabe eine weitere Fixierung der Schadstoffe in der Matrix sowie die gewünschte Verfestigung der Anfallstoff-Tonmehl- Bindemittel-Wasser-Mischung gewährleistet.

Claims (10)

1. Verfahren zum Immobilisieren und/oder Verfestigen schad­ stoffhaltiger, kontaminierter staubförmiger bis grobkörniger Anfallstoffe, Erdstoffe oder dergleichen Materialien, unter Verwendung von Tonmineralien und hydraulischen Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß
eine wässrige Suspension bestehend aus 50 bis 200 g Tonmehl auf 1 l Wasser durch einen intensiven energieeintragenden Mischprozeß gebildet wird,
die Anfallstoffe mit der Suspension gemischt werden und daß unmittelbar bei oder im Anschluß an den Intensiv- Mischprozeß der Mischung oder einer der Einzelkomponenten anorganisches hydraulisches Bindemittel zum Verfestigen zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von den Eigenschaften oder der Zusammensetzung des Anfallstoffes diesem 10 bis 40 M % Tonmehlsuspension und 1 bis 10 M % anorganisches Bindemittel jeweils bezogen auf den Anfallstoff zugegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Tonmehl aktivierter Bentonit eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine weitere Mischungszugabe von Tonmehl als Trockenkomponente in einer Menge bis zu 50 M % bezogen auf den Anfallstoff.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Suspension zusätzlich anorganische Bindemittel zugegeben oder diese während des Intensiv-Mischprozesses zugeführt werden.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganisches hydraulisches Bindemittel Zement und/oder Flugasche eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung aus Anfallstoff und Suspension oder einer der Einzelkomponenten 1 bis 10 M % anorganisches Bindemittel bezogen auf den Anfallstoff zugegeben wird, wobei die Ton­ minerale mit dort angelagerten Schadstoffen in die Binde­ mittelmatrix eingebunden werden und das Gemisch aushärtet.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch aus Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel Abbindebe­ schleuniger oder -verzögerer zur Steuerung des Aushärtevorgangs zugegeben wird.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Energieeintrag des Intensiv-Mischprozesses und das Quellverhalten die Schichtzwischenräume der Tonmineralien der Suspension vergrößert werden und bei der Vermischung mit dem Anfallstoff Schadstoffe in diese Schichtzwischenräume gelangen und von den Tonmineralien absorbiert und/oder an diese gebunden werden.

10. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche zum Verfestigen von unkontaminiertem Lockergestein natürlich Ursprungs wie Schluff, Sand, Kies oder dergleichen Materialien und/oder von recycelten Materialien wie RC-Sand im Korngrößenbereich von 0 bis 100 mm.