DE4405323C2 - Verfahren zur Bindung von organischen und anderen Stoffen, verbunden mit einer Absenkung der Eluat-Werte bezüglich TOC (total organic carbon) und anderer Stoffe bei der Deponierung von Abfällen - Google Patents
Verfahren zur Bindung von organischen und anderen Stoffen, verbunden mit einer Absenkung der Eluat-Werte bezüglich TOC (total organic carbon) und anderer Stoffe bei der Deponierung von AbfällenInfo
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Description
Durch das Abfallgesetz vom 27.08.1986 und die daraus
resultierenden Verordnungen, insbesondere die TA-
Siedlungsabfall, wird eine maßgebliche Reduktion und
Schadstoffentfrachtung des Müllaufkommens durch
Vermeidung und Verwertung erzielt (AbfG, 1986; TA-
Abfall, 1991; TA-Siedlungsabfall, 1992; Bundesrat,
1993). Das verbleibende Restmüllaufkommen soll durch
Behandlung einer ökologisch kompatiblen Ablagerung
zugeführt werden (Köller, 1991).
Unter den Behandlungsverfahren für Siedlungsabfälle
hat bisher die thermische Entsorgung als einziges
Verfahren den Stand der Technik erreicht (Tabasaran,
1982; Sattler und Emberger, 1992). Die thermische
Entsorgung wird allerdings zunehmend aus
verschiedenen Gesichtspunkten als problematisch
eingestuft. Sowohl der Bau als auch der Betrieb der
Anlage ist äußerst kostenintensiv. Eine
Ökobilanzierung erscheint aufgrund des zusätzlichen
Einsatzes von Primärenergieträgern sowie aufgrund der
aufwendigen Rauchgasreinigung ungünstig. Weiterhin
ergeben sich Probleme in der Realisation der Anlagen
durch die fehlende gesellschaftliche Akzeptanz
(Schnorr und Wirsig, 1993).
Als mögliche Alternativen bieten sich biologische
Verfahren an (Jäger, 1987; Glaser, 1991; Wiemer und
Kern, 1993) mit nachfolgender Deponierung.
Hauptsächliche Aufgabe der Verfahren ist die Volu
menreduktion und C-Gehaltsreduzierung. Es werden
Verfahren mit aerober und anaerober Prozeßführung
entwickelt (Collins, 1991; Fricke et al. 1993;
Loesche und Werning, 1992; Spillmann, 1992):
Die biologischen Verfahren ergeben eine maßgebliche
Reduktion des Gehaltes an nativ und derivativ
organischen Verbindungen. Vergärende Verfahren
erzielen Abbauraten von 35-45%, aerobe Verfahren
von 65-70% des gesamten organischen Anteils. Be
sonders reduziert wird der leicht zersetzbare Gehalt
an organischen Verbindungen, darstellbar an dem
Quotienten BSB₅/CSB. Dadurch soll eine Vo
lumenreduktion von 56-63%, eine Inertisierung so
wie eine verringerte Setzungsneigung erreicht werden.
Bei Verfahren der biologischen Behandlung von
Restmüll können jedoch die Grenzwerte der TA-
Siedlungsabfall, Anhang C, je nach zu behandelndem
Material bezüglich Eluat-Kriterien nach der
Deponierung nicht eingehalten werden.
Je nach Ausgangsmaterial und Verrottungsführung kommt
es zu starken Überschreitungen der Eluat-Werte
bezüglich des Parameters TOC.
Schwermetalle und organische Schadstoffe kommen in
der Restmüllfraktion in unterschiedlichen Anteilen
vor. Trotz der Bemühungen zur Schadstoffentfrachtung
durch integrierte Müllkonzepte verbleiben zum Teil
beträchtliche Schadstoffgehalte in der
Restmüllfraktion. Organische und anorganische
Schadstoffe beaufschlagen somit das Sickerwasser.
Aus Chemical Abstracts, Vol. 114, 210726q, 1991, ist bekannt, daß die Tonmineralien
Montmorillonit, Illit und Kaolin durch Ton-Humus Komplexbildung zur Fixierung von
Huminsäuren beitragen und deren Auswaschbarkeit durch Wasser reduzieren.
Diese Probleme werden durch das im Patentanspruch
aufgeführte Verfahren gelöst.
Huminstoffe und andere Schadstoffe werden an
Tonminerale gebunden und damit die
Langzeitstabilisierung von Restmüll bei der
Deponierung gewährleistet.
Die Immobilisierung und Bildung von Ton-
Humuskomplexen wird dabei durch die Verwendung
kalkhaltiger Zuschlagstoffe unter Ausbildung von Ca-
Brücken verstärkt.
Im Restmüll befindliche organische und anorganische
Schadstoffe werden durch verschiedene
Bindungsmechanismen (Anionen-, Kationenaustausch, van
der Waals-Bindungen, etc.) an den zugesetzten
Tonmineralen oder gebildeten Ton-Humuskomplexen
gebunden und somit an einem Übertritt in das
Sickerwasser gehindert.
Durch das im folgenden detailliert beschriebene
Verfahren findet eine ökologisch kompatible
Stabilisierung des Restmülls statt. Der organische
Anteil wird in metastabile Strukturen überführt, die
somit ohne Grenzwertüberschreitung in natürlich
ablaufende geochemische Prozesse (z. B. Verwitterung
und Bodenbildung) eingeschleust werden.
Das Verfahren sieht die Zumischung von Tonmineralen
und kalkhaltigen Bestandteilen zu biologisch
vorbehandeltem Restmüll vor. Die Zuschlagstoffe
werden intensiv mit den Müllpartikeln vermengt. Die
Oberflächen der Müllbestandteile werden dabei von
Tonmineralpartikeln bedeckt. Durch eine kontrollierte
Zugabe von Wasser kann die Konsistenz so eingestellt
werden, daß eine intensive Haftung auf den
Müllbestandteilen gewährleistet wird. Je nach
Wassergehalt des gerotteten Mülls ist lediglich eine
geringe Wasserzugabe von unter 2% vorgesehen. Auf
diese Weise wird eine intensive entmischungsfreie
Vermengung von gerottetem Restmüll mit dem oder den
Zuschlagstoffen gewährleistet.
Dieses Immobilisierungs-Verfahren kann sowohl nach
den aeroben Verfahren der kalten Rotte als auch nach
den anaeroben Verfahren der Restmüllvergärung behan
delter Müll verwertet werden.
Durch die Zumischung von Tonmineralen zum Restmüll
werden Bindungsstellen und -reaktionen zur Festlegung
von organischen Verbindungen und Schadstoffen
angeboten. Darauf beruhen die Immobilisierungs
wirkungen für mobile organische Müllbestandteile und
Schadstoffe.
Folgende Reaktionen führen hierbei zu einer
effizienten Immobilisierung:
- (1) Tonminerale binden positiv geladene Ionen, z. B. die meisten Schwermetalle, durch Kationenaustausch. Bei einem Überschuß an Kationenaustauscherfläche findet eine Immobilisierung der Schwermetalle statt. Besonders an Eisen- und Mangan-(hydr)oxiden findet eine intensive und oft irreversible Bindung statt (Brümmer, 1982, 1989).
- (2) Negativ geladene Ionen wie verschiedene Oxianionen-Komplexe von Schwermetallen (z. B. bei Cr, Mo, As, Se) oder Phosphate werden über spezifische Bindungsstellen an den Kantenflächen der Tonminerale gebunden (Blume, 1990).
- (3) Organische Verbindungen wie Fulvo- und Huminsäuren, aber auch organische Schadstoffe wie z. B. BTEX werden über nichtionische Bindungen (van der Waals-Bindung, Wasserstoffbrücken u. a.) sorbiert (z. B. bei Dolgova und Kuchema, 1981; Pinnavaria und Mortland, 1971).
- (4) Durch die Zugabe kalkhaltiger Materialien wird der pH-Wert bei ca. 7 stabilisiert. Dadurch wird die Löslichkeit der Schwermetalle stark verringert. Der Transport der Schwermetalle durch Kationenaustausch und Lösung wird somit minimiert. Die Zuschlagsmenge wird so berechnet, daß eine ausreichende Pufferkapazität zum Abfangen von über das Infiltrationswasser eingeführten Protonen gewährleistet ist (Blume, 1990).
- (5) Der kalkhaltige Zuschlagstoff führt weiterhin zu einer Lieferung von freien Ca2+-Ionen. Durch die zweiwertigen Ionen wird die Bildung von Ton- Humuskomplexen (s. Abb. 1) stimuliert. Die Ca2+-Ionen wirken dabei als Brücke zwischen dem negativ ge ladenen Tonmineral und den ebenfalls negativ geladenen funktionellen Gruppen der löslichen organischen Verbindungen (Carboxyl-, Hydroxylgruppen, etc.) (Ziechmann, 1982, siehe Abb.).
- (6) Lösliche organische Verbindungen können durch Ca2+-Ionen vernetzt und dadurch im Sickerwasser unlöslich werden (Bildung von Ca-Humaten) (Scheffer und Schachtschabel, 1989).
- (7) Neben der rein sorptiven Bindung von organischen Schadstoffen können diese durch Humifizierungsreaktionen kovalent an den organischen Anteil der Ton-Humuskomplexe gebunden und damit einer weiteren Verlagerung entzogen werden (Kästner et al., 1993).
Die Zuschlagstoffe werden intensiv und homogen dem
biologisch vorbehandelten Restmüll zugemischt.
Auf diese Weise ergeben sich folgende Vorteile:
- (1) Die Bindung der löslichen organischen Verbindungen führt zu einer Verminderung der Sickerwasserfracht, gleichzeitig aber auch zu einer erschwerten mikrobiellen Abbaubarkeit. Dadurch werden Deponiegasanfall, Anaerobiose und schnelle Sackung weitgehend vermieden.
- (2) Durch die intensive Beimengung der mineralischen
Zuschlagstoffe wird die Einbaudichte bei gleichem
Einbauvolumen erhöht. Die durch die biologische
Behandlung erzielte Volumenreduktion bleibt somit
erhalten. Die Standsicherheit des erzeugten erde
ähnlichen Materials wird voraussichtlich verbessert.
Dies ist entscheidend für die kosteneffiziente
Auslegung von Deponiebauten durch Einsparungen bei
der Auslegung und Konstruktion der Sickerwasserfas
sung und Ausleitung sowie der Deponieabdichtung.
Zuschlagstoff können sein:
- - Mergel,
- - Kalkstein,
- - Siebdurchgang Baustoffrecycling,
- - Tone und Tonstein, Lehm und andere tonhaltige Materialien,
- - Mischungen aus den betreffenden Materialien.
- (3) Das zu erzeugende Substrat hat eine erdige Konsistenz. Die Abbauvorgänge werden stark verlangsamt. Dadurch kommt es zu einer Minimierung der Sickerwasserfrachten. Nach Beendigung der Standzeit der Deponie kann das Material den geochemischen Prozessen überlassen werden, ohne daß eine Kontamination der Umwelt zu befürchten ist.
- (4) Der Energieeinsatz des Verfahrens ist minimal und beschränkt sich lediglich auf den Antrieb der Mischvorrichtung, das Verkleinern der Zuschlagstoffe und das Bewegen der zu behandelnden Massen. Es werden nur geringe bauliche und apparative Aufwendungen benötigt. Infolgedessen wird eine Ökobilanzierung des Verfahrens im Vergleich zu anderen Restmüllbe handlungsverfahren sehr positive Ergebnisse liefern. Dies ist besonders relevant bezüglich der Akzeptanz der jeweiligen Müllkonzepte in der Bevölkerung und der Durchsetzung von Planungszeiträumen.
Claims (16)
1. Verfahren zur Bindung von organischen Stoffen, Schwermetallen und Phosphat,
verbunden mit einer Absenkung der Eluat-Werte bezüglich TOC (total organic carbon),
Schwermetallen und Phosphat bei der Deponierung von Restmüll,
bei der Trennung von Siedlungsabfall,
dadurch gekennzeichnet, daß
dem Restmüll Ton oder ein tonhaltiges Material und
eine oder mehrere basisch wirkende Substanzen zugegeben werden und der pH-Wert des zu deponierenden Materials auf 6,5 oder größer eingestellt wird.
dadurch gekennzeichnet, daß
dem Restmüll Ton oder ein tonhaltiges Material und
eine oder mehrere basisch wirkende Substanzen zugegeben werden und der pH-Wert des zu deponierenden Materials auf 6,5 oder größer eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Ton oder ein tonhaltiges
Material von 0,1 bis 40 Massenprozent Trockensubstanz Ton bezogen auf die gesamte
Trockensubstanz von Restmüll und Zuschlagstoff zugegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ton oder ein tonhaltiges
Material von 1 bis 30 Massenprozent Trockensubstanz Ton bezogen auf die gesamte
Trockensubstanz von Restmüll und Zuschlagstoff zugegeben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ton oder ein tonhaltiges
Material von 1 bis 18 Massenprozent Trockensubstanz Ton bezogen auf die gesamte
Trockensubstanz von Restmüll und Zuschlagstoff zugegeben werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
Ton, Tonstein, Lehm, tonhaltiger Erdaushub, tonhaltiger Bodenaushub, tonhaltiger
Aushub von Flußböden, tonhaltiger Aushub von Seeböden, tonhaltiger Aushub von
Watt, tonhaltiger Aushub von Schlick, tonhaltige Rückstände aus der Bergbau,
tonhaltige Produkte aus Bodenbehandlungsanlagen, tonhaltiger Siebdurchgang vom
Baustoffrecycling allein oder in Kombination zugegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe derart erfolgt,
daß der Tonanteil im Bereich von 2 bis 20 Massenprozent Trockensubstanz Ton
bezogen auf die gesamte Trockensubstanz von Restmüll und Zuschlagstoff liegt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der pH-Wert des zu deponierenden Materials auf kleiner als 9 eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der pH-Wert des zu deponierenden Materials auf kleiner als 8,5 eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die basisch wirkenden Substanzen in festem oder flüssigem Aggregatzustand zugegeben
werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
Kalk, kalkhaltige Stoffe, Mergel oder Hydroxide als Einzelstoff oder Mischung
zugegeben werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenanteil des
zugegebenen Kalks, der kalkhaltigen Stoffe, des Mergels oder der Hydroxide jeweils
0,1 bis 30 Massenprozent bezogen auf die gesamte Trockensubstanz von Restmüll und
Zuschlagstoff beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenanteil jeweils
höchstens 15 Massenprozent beträgt.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenanteil jeweils
mindestens 0,5 und höchstens 10 Massenprozent beträgt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zugabe nach Ablauf einer biologischen Vorbehandlung des Restmülls erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe nach Ablauf
des aeroben Verfahrens der kalten Rotte erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe nach Ablauf
des anaeroben Verfahrens der Müllvergärung erfolgt.
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1994
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