DE4244099C1 - Verfahren zur Abscheidung kleinster mineralischer Fasern bzw. Staubpartikel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung kleinster mineralischer Fasern bzw. Staubpartikeln aus dem Gasraum und Einbindung in eine kolloidale Phase.

Die Kontamination mit toxischem Feinststaub, also kleinsten Staubpartikeln bzw. mineralischen Fasern (auch als submikrone Partikeln bezeichnet) wird als besonders gefährlich eingestuft. Oberflächen, welche mit einer leicht- oder festgebundenen mineralischen Faserschutzschicht behaftet sind, werden durch mechanische Bearbeitung bei der Sanierung, durch Schwingungen, Temperaturspannungen und Alterung spröde, so daß zusätzlich zur "normalen" Faser- und Staubfreisetzung mit der Exposition einer besonderen Spezies von Partikeln, den sogenannten "submikronen Partikeln" gerechnet werden muß.

Diese im Durchmesserbereich von d < 1 µm angesiedelten Partikeln müssen in ihrer Toxizität als mindestens gleichwertig zu den bei der Asbestsanierung gefürchteten lungengängigen Partikeln mit kritischer lungengängiger Dimension (1 < 5 µm; d < 3 µm; 1/d = 3 : 1) angesehen werden. Problematisch bei diesen submikronen Partikeln ist in erster Linie, daß sie aufgrund ihrer geringen Masse nicht durch konventionelle Filtrations- und Massenkraftabscheider aus der Raumluft entfernt werden können. Des weiteren bewirkt die geringe Masse der Partikeln eine deutlich höhere Verweilzeit bzw. Lebensdauer der Partikeln im Gasraum und beeinflußt somit die Dauer der Gefährdung. Dies hat insbesondere Auswirkungen auf die Arbeitssicherheit des Sanierungspersonals und auf die Kontamination der Umgebungsluft. Dabei ist es besonders gefährlich, daß auch die in den Unterdruckhaltungsanlagen und Atemschutzgeräten bei der Sanierung verwendeten Feinstaubfilter diese submikronen Partikeln - bedingt durch deren Filtergängigkeit - nicht wirksam genug auffangen können.

Den submikronen Partikeln müssen folglich die gleichen Eigenschaften wie den lungengängigen Astbestfasern zugerechnet werden. In diesem Zusammenhang sind insbesondere fibrogene (bindegewebebildende) und kanzerogene (krebsauslösende) Eigenschaften zu nennen. Darüber hinaus kann der Kontakt mit Asbestfasern zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Immunsystems führen. Asbest wurde aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften insbesondere in der Bauindustrie in großen Umfang eingesetzt und zwar zur Isolierung sowie als feuerfester Baustoff mit vielerlei Anwendungen. Heute wird versucht, Asbest durch natürliche und synthetische Mineralfasern zu ersetzen. Die Verwendung dieser Substitutionsprodukte ist nach neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen aber ebenfalls als gesundheitlich stark risikobehaftet zu bewerten.

Eine besonders hohe Freisetzung von submikronen Partikeln ist bei der Asbestsanierung zu beobachten. Derzeit finden bei der Asbestsanierung drei verschiedene Verfahren Anwendung:

• 1. Entfernen des Asbestproduktes von der Oberfläche. Bei dieser Methode sind absaugfähige Asbestprodukte in der Regel im nassen Zustand vom Untergrund abzulösen und direkt in einen staubdichten Behälter abzusaugen. Nicht absaugfähige Produkte werden vorgenäßt und möglichst zerstörungsfrei abgebaut und staubdicht verpackt. Die an rauhen Oberflächen zurückbleibenden Faserreste müssen durch geeignete Bindemittel auf der Oberfläche des Bauteiles gebunden werden.
• 2. Verfestigen und Beschichten der Oberfläche des Asbestproduktes. Bei dieser Methode ist das Asbestprodukt durch eine Beschichtung staubdicht abzuschließen. Bei Produkten mit stark aufgelockerter Faserstruktur kann eine vorherige Oberflächenverfestigung erforderlich sein.
• 3. Räumliche Trennung zwischen Asbestprodukt und genutzten Räumen. Bei dieser Methode wird mit Hilfe zusätzlicher Bauteile eine staubdichte Trennung zwischen Asbestprodukt und genutztem Raum geschaffen. Dafür müssen Fugen und Anschlüsse dauerhaft staubdicht sein.

Bei allen Methoden werden Filterrückstände und Faser- bzw. Staubmaterial nach Beendigung des Verfahrens mit hydraulischen Bindemitteln verfestigt und deponiert ("Technische Regeln für Gefahrstoffe TRGS 517 und 519").

Aus der DE 40 15 488 A1 sind ein Mittel und ein Verfahren zum Verhindern der Staubentwicklung bei der Entwicklung bei der Handhabung von Baumaterialien bekannt, wobei das Mittel Glycomannan ist und sich das Verfahren dadurch auszeichnet, daß beim Abbruch eines Gebäudes hydratisiertes Glycomannan auf das Gebäude aufgebracht wird. Auch bei diesem bekannten Verfahren wird die Staubbelastung reduziert, indem die Oberflächen des Gebäudes entsprechend benetzt bzw. durchtränkt sind. Beim Abbruch auftretende neue Bruchkanten, die weder benetzt noch durchtränkt sind, führen wieder zu einer unerwünschten Staubbildung.

Die bekannten und zuvor näher beschriebenen Verfahren sind jedoch nicht frei von Nachteilen:

So kann es trotz einer Vornässung oder Versiegelung zu einer Freisetzung einer erheblichen Anzahl von Fasern und Staubpartikeln kommen. Der Wirkungsgrad der Feinstaubfilter liegt bei etwa 99,5% Gew.-%. Für die Beurteilung der Immisionsbelastung und des Gefährdungspotentials ist die Verteilung der verbliebenen Spezies nach Größe und Anzahl jedoch von signifikanter Bedeutung. Dies ist in den derzeit bestehenden Vorschriften noch nicht berücksichtigt. Wie bereits erwähnt, besitzen submikrone Partikeln eine erhöhte Lungengängigkeit. Ihre Anzahl pro Volumeneinheit ist ein Maß für daß Gefährdungspotential. Eine hohe Anzahldichte von submikronen Partikeln geringer Masse liefert zur Gesamtbelastung der Raumluft (Produkt von Anzahldichte und Einzelmasse) nur einen geringen Massenbeitrag pro Volumeneinheit stellt aber ein wesentliches Gefährdungspotential dar, denn die Wahrscheinlichkeit, solche Partikeln einzuatmen, steigt mit der Anzahldichte.

Insbesondere bei rauhen Untergrundoberflächen wird aufgrund des Verbleibs von Faserresten in der Regel keine vollständige Abreinigung erreicht. Dies macht eine Versiegelung durch spezielle Anstriche, also eine Einbindung der Faserreste, notwendig. Die endgültige Immobilisierung der Fasern kann erst durch die Verfestigung mit hydraulischen Bindemitteln erfolgen.

Insbesondere beim an dritter Stelle genannten Verfahren kann an den Schnittstellen der einzelnen Sanierungsabschnitte trotz eines erheblichen Aufwands zur Abschottung und Abluftreinigung eine Exposition auch von regulär abscheidbaren Partikeln und Stäuben durch Feinstaubfilter nicht zuverlässig ausgeschlossen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abscheidung kleinster mineralischer Fasern bzw. Staubpartikeln aus dem Gasraum und Einbindung in eine kolloide Phase aufzuzeigen, bei dem die zuvor erwähnten Nachteile zuverlässig vermieden werden und bei dem eine sichere Entfernung der zu entsorgenden submikronen Partikeln aus dem Gasraum bei vertretbarem Aufwand gewährleistet ist.

Die zuvor genannte Aufgabe wird durch die folgenden Schritte gelöst:

• - Erzeugung eines Nebels aus feinsten Tröpfchen aus einer Lösung aus Wasser und einem im Wasser quellbaren Stoff und
• - Benetzung der Oberflächen der Fasern bzw. Staubpartikel und Abscheidung der in ihren Massen durch die gelierende Phase vergrößerten Partikeln.

Für eine gute Deponiefähigkeit ist nach einer weiteren Lehre der Erfindung vorgesehen, daß die in der agglomerierten Masse eingebundenen Faser- bzw. Staubpartikeln mittels hydraulischer Bindemittel verfestigt werden. Dabei dient das vom quellbaren Stoff gebundene Wasser der Abbindung des hydraulischen Verfestigers.

Eine besonders gute Wirkung erzielt man durch die Verwendung von organischen im Wasser quellbaren Stoffen. Nach einer weiteren Lehre der Erfindung werden als organische Stoffe Polysaccharide wie Agar-Agar, Pektin oder Quellstärke verwendet. Alternativ lassen sich als organische Stoffe auch Polypeptide wie Gelatine einsetzen. Die Zugabe von organischen Stoffen in entsprechend temperiertes Wasser führt nach einer spezifischen Reaktionszeit zu einer Quellung und Verfestigung zu einer gallertartigen Masse.

Eine weitere Lehre der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung von Zuschlagstoffen zur Steuerung der Gelierungsreaktionen. Die Kinetik der Gelierungsreaktion wird durch die Auswahl, Mischung, Konzentration und die Art der Zuschlagstoffe so gesteuert, daß eine frühzeitige Verfestigung und somit eine reine Oberflächenversiegelung vermieden wird. Durch die Zugabe von grenzflächenaktiven Substanzen, z. B. Tenside, Puffer oder Salze, werden die Grenzflächenspannungen zwischen den Fasern gesenkt. Zusätze wie alkalische Laugen oder Säuren beeinflussen den pH-Wert des Wassers und verändern so das Gelierungsverhalten bzw. die Viskosität der Hilfsphase.

Das Versprühen des Gemisches aus Wasser und im Wasser quellbaren Stoff kann insbesondere ohne Trägergas, also "airless", erfolgen. Bei dem letztgenannten Spritzverfahren wird das vorbereitete Gemisch aus Wasser und im Wasser quellbaren Stoff nach Austritt aus der Düsenöffnung der Sprühpistole zerstäubt und bildet einen Aerosolnebel. Der für die Zerstäubung notwendige Druck wird durch eine Membranpumpe aufgebaut. Staubaufwirbelungen bzw. Faserablösungen von der Oberfläche werden vermieden, da keine massenbehaftete Hochgeschwindigkeitsströmung, wie sie z. B. bei Hochdruckreinigern anzutreffen ist, sondern nur ein Aerosolnebel mit geringer Strömungsgeschwindigkeit und Reichweite entsteht.

Das zu diesem Zweck eingesetzte Sprühgerät muß so modifiziert werden, daß je nach verwendetem quellbaren Stoff und dementsprechender Verarbeitungstemperatur auch hochviskose und überhitzte Fluide versprüht werden können. Bei kaltlöslichen im Wasser quellbaren Stoffen kann die Temperatur erniedrigt oder aber auch auf eine Temperierung gänzlich verzichtet werden. Über den Massenstrom des Gemisches aus Wasser und im Wasser quellbaren Stoff und die Auswahl der geeigneten Düse werden demnach die Größe und auch die Masse der versprühten Tropfen bzw. Aerosole eingestellt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zur Abscheidung ein Sauggerät verwendet, dem ein Massenkraftabscheider mit einem Saugrohr vorgeschaltet ist. Um Anbackungen der klebrigen Gel-Aerosole zu vermeiden, ist in weiter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die innere Oberfläche des Saugrohrstutzens des Massenkraftabscheiders permanent (stetig) mit einer wäßrigen Lösung benetzt wird. Der sich auf der Rohrinnenoberfläche ausbildende Film vermeidet die zu erwartenden Anbackungen einerseits durch die Gleit-Wirkung des Films, weiterhin werden die Haft- bzw. Adhäsionskräfte, der auf diese fluide Grenzschicht auftreffenden Gel-Agglomerationen durch eine Teil- Hydrolysierung und Auflösung der Molekülketten-Bindungen vermindert. Hierbei hat sich die folgende Mischung bewährt:

10 ml 1n HCl + 90 ml H₂O

Die während der mechanischen Abreinigung der Asbestschicht freigesetzten Partikeln, insbesondere submikrone Partikeln, sollen durch Versprühen des Gemisches aus Wasser und im Wasser quellbaren Stoff im Aerosolnebel in unmittelbarer Nähe der Sanierungsstelle erfaßt werden. Die Benetzung der Partikeloberflächen bzw. deren Umhüllung und Einbindung in die Gel-Matrix, welche sich infolge der Gelierung der Hilfsphase ausbildet, erfolgt einerseits aufgrund von Kondensationseffekten (die einzelnen Partikel wirken als Kondensationskeime) und andererseits aufgrund von Adhäsionseffekten. Durch die Benetzung werden die Fasern und Partikeln schwerer und größer. Diese vergrößerten schwereren Partikel lassen sich folglich leichter abscheiden.

Die Gelierung wird dabei so gesteuert, daß die Aktivitätsspanne, also die Zeit, die die versprühte Phase nach Austritt aus der Düsenöffnung bis zur Ausbildung der vollständigen Gel-Matrix benötigt, ausreichend lang ist.

Masse und Größe der mit einer Gel-Matrix umhüllten Partikeln sind im Gegensatz zu denen der ursprünglichen submikronen Partikeln ausreichend hoch, um sie in einem Massenkraftabscheider wie beispielsweise einem Naßzyklon abzuscheiden. Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand einer einzigen Zeichnung skizzenhaft erläutert.

In der Zeichnung sind die nachfolgend aufgeführten Schritte 1) bis 4) in einem Ausführungsbeispiel für die Abscheidung kleinster mineralischer Fasern bzw. Staubpartikeln aus dem Gasraum und Einbindung in eine kolloidale Phase dargestellt:

• 1) Die Freisetzung submikroner Partikeln erfolgt bei:
  • 1a) der mechanischen Abreinigung von trockenem und vorgenäßtem, leicht gebundenem Spritzasbest,
  • 1b) dem Abbau von festgebundenen Asbestzementplatten und
  • 1c) der Abreinigung von leichtgebundenem Spritzasbest, welche durch Einbindung in eine elastische Gel-Matrix schon größtenteils immobilisiert ist.
• 2) Mit einem Airless-Sprühgerät wird die Hilfsphase, also das Gemisch aus Wasser und im Wasser quellbaren Stoff in direkter Nähe der Sanierungsstelle versprüht.
• 3) Freigesetzte Fasern, insbesondere submikrone Partikeln, dienen der Hilfsphase als Niederschlags- bzw. Kondensationskeime. Die einzelnen Partikeln werden in eine Gel-Matrix eingebunden.
• 4) Die Masse dieser mit einer Gel-Matrix umhüllten Partikeln ist nun so groß, daß sie in einem Massenkraftabscheider abgeschieden werden können. Skizzenhaft dargestellt ist ein Naßzyklon, welcher einem (konventionellen) nicht dargestellten Industriesauger vorgeschaltet ist.

Claims (10)

1. Verfahren zur Abscheidung kleinster mineralischer Fasern bzw. Staubpartikeln aus dem Gasraum und Einbindung in eine kolloidale Phase durch

• - Erzeugung eines Nebels aus feinsten Tröpfchen aus einer Lösung aus Wasser und einem im Wasser quellbaren Stoff und
• - Benetzung der Oberflächen der Fasern bzw. Staubpartikel und Abscheidung der in ihren Massen durch die gelierende Phase vergrößerten Partikeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch anschließende Verfestigung der abgeschiedenen Masse mittels hydraulischer Bindemittel zur sicheren Endlagerung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung organischer im Wasser quellbarer Stoffe.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Stoffe Polysaccharide wie Pektin, Agar-Agar oder Quellstärke verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Stoffe Polypeptide wie Gelatine verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, durch Verwendung von Zuschlagstoffen zur Steuerung der Gelierungsreaktionen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoffe grenzflächenaktive Substanzen, wie Tenside, Puffer, Salze, Basen, Säuren und/oder Alkohole verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebel ohne den Einsatz von Trägergas erzeugt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abscheiden ein Sauggerät, dem ein Massenkraftabscheider mit einem Saugrohr vorgeschaltet ist, verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des Saugrohrstutzens des Massenkraftabscheiders mit einer wäßrigen chemischen Lösung zur Vermeidung von Anbackungen benetzt wird.