| 1. | Verfahren zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften von natürlichen oder künstlichen Schlammen zwecks deren Verwendung oder Entsorgung, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schlammen TrockenKlär oder Gewässerschlamm mit einem Trockensubstanzge¬ halt von mindestens 70 Gew.% (Schlamm TS > 70) zusetzt. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Trockenschlamm in gemahlener Form, mit einer Korngröße unter 0,6 mm verwendet. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Trockenschlamm mit mindestens 15 Gew.% Feinkornanteil unter 0,06 mm verwendet. |
| 4. | Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Trockenschlamm mit mindestens 50 Gew.% Feinkornanteil unter 0,06 mm verwendet. |
| 5. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß man Trockenschlamm mit einem Trockensubstanz¬ gehalt von 80 Gew.% oder höher (Schlamm TS > 80) verwendet. |
| 6. | Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Trockenschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa 90 Gew.% (Schlamm TS 90) verwendet. |
| 7. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich¬ net, daß es sich bei den Verarbeitungseigenschaften um eine oder mehrere Eigenschaften ausgewählt aus Verdichtbarkeit, Viskosität, Wasseraufnahmevermögen, Schrumpfverhalten, Verbrennungseigen¬ schaften und Schadstoffelutionsverhalten handelt. |
| 8. | Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man Gewässerschlamm oder Klärschlamm mit Trockenschlamm TS >70 bis zum Erreichen einer deponiefähigen Verdichtbarkeit versetzt. |
| 9. | Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man Klär¬ oder Gewässerschlamm oder chemischen Schlamm mit Trocken¬ schlamm TS > 70 bis zur Erzielung eines krümmeligen, pelletier¬ baren, verbrennungsfähigen Materials versetzt. |
| 10. | Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man zur weiteren Verbesserung des Schadstoffelutionsverhaltens und des Abdichtungsverhaltens Wasserglas zusetzt. |
| 11. | Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich Weichgelbildner verwendet. |
Verfahren zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften von natürlichen oder künstlichen Schlammen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verarbeitungs- eigenschaften von natürlichen oder künstlichen Schlammen zwecks deren Verwertung oder Entsorgung.
Gemäß der Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke, DIN 18196 handelt es sich bei Schlammen um organische Böden, und der Begriff Schlamme dient als Sammelbegriff für Faulschlamm, Mudde, Gyttja, Dy Sapropel. Über die Definition in der DIN 18196 hinaus gehören hierzu auch Klärschlamm und Gewässerschlamm. Neben diesen natürlichen Schlammen existieren künstliche Schlamme, zum Beispiel Ölschlamm oder chemische Schlamme. All diesen Schlammen ist gemeinsam, daß ihre Entsorgung wegen des ständig kostspieliger werdenden Deponieraums zu¬ nehmend teurer oder durch gesetzliche und sonstige Vorschriften einge¬ schränkt wird. Ölschlamme und chemische Schlamme dürfen zum Beispiel überhaupt nicht deponiert sondern müssen der Verbrennung zugeführt werden.
Ein besonderes Problem der Schlamme besteht in ihrer Handhabbarkeit. Die typischen Klär- und Gewässerschlamme sind zwar gut pumpfähig, je¬ doch in dieser Form - schon aufgrund der fehlenden Verarbeitbarkeit
und Verdichtbarkeit - nicht deponiefähig. Will man derartige Schlamme einer Verbrennung zuführen, erfordert dies wegen des hohen Wasserge¬ halts einen entsprechend hohen Energieverbrauch. Aus diesem Grund werden Klär- und Gewässerschlamme einer Teiltrocknung unterzogen bis sie, bei breiiger bis pastöser Konsistenz, einen Trockensubstanzgehalt von 15-20 Gew.-% und bei knetbaren bis halbfesten Schlammen, wie sie zum Beispiel durch Siebtrocknung erhalten werden, einen Trockensubstanzge¬ halt von 25-45 Gew.-% besitzen. Dieser Trockensubstanzgehalt ist für eine wirtschaftliche Verbrennung jedoch noch zu niedrig, andererseits sind derartige Schlamme aber auch in der Deponie für weitere Überschüttun¬ gen aufgrund mangelnder Festigkeit und Standsicherheit nicht lagerfähig. Zwar kann die Trocknung der Schlamme noch weitergetrieben werden, jedoch kommt hierzu nur die thermische Trocknung in Frage. Diese er¬ fordert jedoch einen außerordentlich großen Energieaufwand, der bei 1000 kWh für die Abtrennung von 1 m 3 Schlammwasser liegt.
Es hat demgemäß nicht an Versuchen gefehlt, organische Schlamme auf andere Weise zu entsorgen beziehungsweise einer Verwertung zuzuführen. Beispiele hierfür sind die Zugabe von rücktrocknenden Zuschlagsstoffen, wie Sande, Aschen und Stäube aller Art oder auch Kohlestaub oder Sägemehl zur Verbrennungsunterstützung. Die erforderlichen Mengen an Zuschlagsstoff sind jedoch außerordentlich hoch, so daß schließlich mehr Zuschlagsstoff als Schlamm zu entsorgen ist.
Eine andere Methode besteht darin, dem Schlamm hydraulische Binde¬ mittel, wie Kalk oder Zement zuzusetzen, um auf diese Weise eine Ver¬ festigung zu erreichen. Hierbei werden jedoch ebenfalls sehr hohe Zug¬ abemengen benötigt, um die geforderte Verdichtungsfähigkeit zu errei¬ chen. Darüber hinaus bewirkt das hydraulische Bindemittel eine Ver- festigung des Materials, die mit einem Verlust der Plastizität und Rißbil-
dung einhergeht. Ein derartiges verfestigtes Material ist zum Beispiel zur Verwendung in Abdichtungen für Deponien völlig ungeeignet. Bei Ver¬ wendung von Zement sind die Ergebnisse ganz ähnlich. Aber auch ohne Zusatz von Kalk oder Zement sind organische Schlamme für Deponien ungeeignet, da wegen des hohen Anteils an organischen Stoffen und des hohen Wassergehalts eine sehr starke Schrumpfung auftritt, was wiederum zur Rißbildung führt. Andererseits ist es durch Zugabe großer Kalkmen¬ gen zwar möglich, ein krümmeliges beziehungsweise pelletierfähiges Mate¬ rial zu erhalten, das der Verbrennung zugeführt werden kann; dieses be- sitzt jedoch einen niedrigen Brennwert und führt zu sehr hohen Asche¬ gehalten.
Sind organische Schlamme hoch schadstoffbelastet, oder handelt es sich um Öl- oder chemische Schlamme, dürfen diese in keinem Fall deponiert sondern müssen der Verbrennung zugeführt werden. Da die Zugabe von Kalk (oder Zement) eine Herabsetzung des Brennwertes und einen sehr starken Anstieg des Aschegehaltes zur Folge hat, wird für die Rücktrock¬ nung auch Kohlestaub oder Sägemehl eingesetzt. Da sich aber hierdurch das Verbrennungsvolumen auf des mehrfache erhöht, ist dieses Verfahren unwirtschaftlich.
Es wurde nun gefunden, daß man die vorgenannten Probleme dadurch vermeiden kann, daß man den Schlamm mit Trocken-Klär- oder -Gewäs¬ serschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 70 Gew.-% (Schlamm TS > 70) versetzt.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren der Verbesserung der
Verarbeitungseigenschaften von natürlichen oder künstlichen Schlammen zwecks deren Verwendung oder Entsorgung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man dem Schlamm Trocken-Klär- oder -Gewässerschlamm mit
einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 70 Gew.-% (Schlamm TS > 70) zusetzt.
Bei den Verarbeitungseigenschaften der Schlamme handelt es sich um ei- ne oder mehrere der Eigenschaften ausgewählt aus Verdichtbarkeit, Vis¬ kosität, Wasseraufnahmevermögen, Schrumpfverhalten, Verbrennungseigen¬ schaften und Schadstoffelutionsverhalten.
Bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Trockenschlamm handelt es sich um Klär- oder Gewässerschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von 70 Gew.% oder darüber (Schlamm TS > 70). Schlamme mit breiiger bis pastöser Konsistenz besitzen üblicherweise einen Trockensubstanzgehalt von 15 bis 20 Gew.%, der bei knetbaren bis halbfesten Schlammen, wie sie z.B. durch Siebtrocknung erhalten werden, auf 25 bis 45 % ansteigt. Mit der mechanischen Entwässerung können die Wassergehalte im Schlamm bestenfalls auf ca. 50 % gebracht werden. Für eine weiterge¬ hende Entwässerung kommt - da eine natürliche Trocknung zu zeitauf¬ wendig ist -nur die thermische Trocknung in Frage, wobei Rauchgastrock¬ ner, z.B. in Form von Trommeltrocknern, Etagentrocknern, Schwebetrock- nern, Stromtrocknern oder Wirbelschichttrocknern verwendet werden kön¬ nen. Die erhaltenen Trockenschlamme liegen dann in grobkörniger, krüm- meliger Form vor. Die thermische Trocknung erfordert jedoch einen außerordentlich großen Energieaufwand, der bei 1000 kWh für die Ab¬ trennung von 1 m 3 Schlammwasser liegt. Demgemäß ist die thermische Trocknung wirtschaftlich nur dann gerechtfertigt, wenn dem großen Energieaufwand eine entsprechende Einsparung von Deponiekosten bzw. Wärmerückgewinnung gegenüber steht. Infolge der hohen Deponiekosten erhält man z.B. bei der Abnahme von Klärschlamm TS 30 eine Rückver¬ gütung der Materialien je nach chemischer Belastung von 60 bis 120 DM/m 3 , und bei der Abnahme von Klärschlamm TS 90 eine Rückvergü-
tung von 200 bis 400 DM/m 3 . Die Erfindung ermöglicht somit nicht nur die Einsparung von kostbarem Deponieraum, sondern die Verwendung von Trockenschlamm TS > 70 ist auch mit erheblichen finanziellen Vor¬ teilen verbunden.
Wie bereits ausgeführt, ist eine natürliche Trocknung des - gegebenenfalls vorher mechanisch entwässerten Schlamms - zu zeitaufwendig und um¬ ständlich, zumindest in Nordeuropa. Vorzugsweise wird deshalb der Trockenschlamm TS > 70 durch thermische Trocknung in Trockenöfen erhalten, bei der dem zuvor mechanisch entwässerten Schlamm bei Tem¬ peraturen von 80 bis 130°C weiter Wasser entzogen wird. Grundsätzlich ist jedoch die Eignung des Trockenschlamms TS > 70 bei jeder Art von Trocknung gegeben.
Um Klärschlamm (oder Gewässerschlamm) überhaupt zentrifugieren oder pressen zu können, ist es erforderlich, dem flüssigen, biologisch behandel¬ ten Klärschlamm, der einen Trockensubstanzgehalt von etwa 2 bis 3 % besitzt, Flockungsmittel zuzugeben. Durch die biologische Behandlung be¬ finden sich im Klärschlamm Bakterien, die nach dem Abklingen der Faulprozesse mangels Nahrungsangebot absterben und dabei eine galert- artige Masse, in die auch erhebliche Wassermengen eingeschlossen sind, bilden. Derartige Substanzen sind nicht abpreßbar. Durch die Zugabe von Kalk zum Klärschlamm werden Bakterien schnell abgetötet und durch chemische Reaktionen die galertartigen Abkapslungen verhindert. Die Feststoffsubstanz sinkt sehr schnell ab und scheidet sich vom Wasser. Nach dem Abpumpen des Wassers entsteht ein weicher bis breiiger Klär¬ schlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von 10 bis 15 Gew.-%, der über Zentrifugen oder Kammerfilterpressen auf einen Trockensubstanzge¬ halt von 35 bis 45 Gew.-%, je nach Zugabemenge des Kalkes, gebracht werden kann. Für gewisse Anwendungszwecke besteht ein Nachteil bei
der Zugabe von Kalk darin, daß der Klärschlamm relativ hohe pH-Werte von 10 bis über 11 annimmt.
Falls ein neutraler Klärschlamm erwünscht ist, können als Flockungsmittel bestimmte Polymere verwendet werden. Geeignete Produkte sind im Han¬ del erhältlich. Auch bei Verwendung von Polymer-Flockungsmitteln erhält man eine weiche bis breiige Klärschlamm-Masse, der zum Beispiel mittels Kammerfilterpressen weiter Wasser entzogen werden kann. Selbst unter günstigsten Bedingungen lassen sich hiermit jedoch nur Klärschlamme mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa 50 % erhalten. Hingegen führt die Behandlung des Klärschlammes mit üblichen Zentrifugen zu einem Klärschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von nur 33 bis 40 %. Allerdings soll es nach einer neuesten Entwicklung durch Verwendung besonderer Zentrifugen und den Einsatz von speziellen Flockungsmitteln möglich sein, im sogenannten Zentri-dry-Verfahren Trockensubstanzgehalte von 50 bis 60 Gew.-% zu erreichen. Alle diese Produkte sind jedoch er¬ findungsgemäß nicht geeignet.
Für die Verwendung des erfindungsgemäß eingesetzten Trockenschlamms TS > 70 ist zunächst nicht von Bedeutung, aus welchem Klärschlamm (unbehandelt oder mit Flockungsmitteln konditioniert) er erhalten worden ist. Für bestimmte Anwendungen ist die Vorgeschichte des Trockenklär¬ schlamms TS > 70 jedoch von Bedeutung. Ist z.B. eine Verwendung für die Herstellung von Bodenabdichtungsschichten vorgesehen, wird vorzugs- weise ein Trockenschlamm TS > 70 verwendet, der nicht aus einem Kalk konditionierten sondern aus einem mittels Polymer-Flockungsmittel kon- ditionierten Schlamm erhalten worden ist. Im allgemeinen wird nämlich bei der Herstellung von Bodenabdichtungsschichten unter Zusatz von Wasserglas gearbeitet; die Gelbildungsprozesse des im Bodenwasser ge- lösten Wasserglases finden jedoch bei pH-Werten unterhalb von 9 statt,
während es bei höheren pH-Werten zur Bildung von unerwünschte Hart¬ gelen kommt. Es versteht sich von selbst, daß in diesem Fall ein künstli¬ ches Bodengemisch zur Anwendung kommt, bei dem der Naß-Klär¬ schlamm, z.B. Schlamm TS 40, ebenfalls ohne Kalkzugabe erhalten wor- den ist.
Unter dem Gesichtspunkt der Schlammverbrennung besitzen kalkfreie Schlamme einen höheren Brennwert und einen geringeren Ascheanteil.
Aus Kalk-konditioniertem Naßschlamm erhaltener Trockenschlamm TS ≥ 70 ist dagegen wünschenswert, wenn z.B. hochbelastete Naßschlamme in verdichteter Form ohne weitere biologische Aktivitäten abgelagert werden sollen. Hier ist ein höherer pH-Wert von Vorteil, der durch Zusatz von Wasserglas noch verstärkt werden kann.
Erfindungsgemäß beträgt der Trockensubstanzgehalt des Trockenschlam¬ mes mindestens 70 Gew.-%, d.h. der Maximalwassergehalt liegt bei 30 Gew.-%. Bezüglich des Trockensubstanzgehaltes besteht nach oben an sich keine besondere Grenze. Bei thermischer Trocknung ist für eine anschließende Verbrennung eine Trocknung auf TS 90 üblich. Da die Entfernung der letzten Wasserreste jedoch zunehmend schwieriger wird, ist eine vollständige Wasserentfernung zu energieaufwendig und ist des¬ halb schon aus ökonomischen Gründen nicht erstrebenswert. Andererseits ist der Rücktrocknungseffekt des Trockenschlammes, vorzugsweise in gemahlener Form, um so größer, je größer dessen Trockensubstanzgehalt bzw. je kleiner dessen Wassergehalt ist. Wegen des hohen Wassergehaltes der zu entsorgenden Schlamme sollte also der Restwassergehalt des Trockenschlamms möglichst niedrig sein, also zum Beispiel unter 20 % oder unter 10 % liegen, wobei mit Trockenschlamm TS 80 und insbeson- dere TS 90 gute Ergebnisse erhalten wurden.
Als Quellen für den Trockenschlamm kommen die üblichen Klär- und Gewässer-Schlämme in Frage. Zwar ist Klärschlamm, insbesondere wenn er nicht voll ausgefault ist, bakteriologisch nicht beständig, und man sollte bei der Zersetzung des organischen Materials an sich eine stärkere Schrumpfung und damit eine Beeinträchtigung der Deponieabdichtung be¬ fürchten. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, daß eine erhöhte Schrumpfung nicht auftritt. Im Gegenteil, es wird sogar eine Herabset¬ zung der Schrumpfung durch den Zusatz an Trockenschlamm beobachtet. Diese günstige Beeinflussung des für die Abdichtungswirkung so wichtigen Schrumpfverhaltens ist bei Zusatz von Naßschlämmen nicht zu beobach¬ ten, wie durch die Vergleichsbeispiele belegt ist.
Der erfindungsgemäß verwendete Trockenschlamm TS > 70 wird durch thermische Trocknung von ScUarnm, vorzugsweise Klär- oder Gewässer- schlämm erhalten und liegt dann in grobkörniger, krümmeliger Form vor. Vorzugsweise wird dieses Material einer Mahlung derart unterworfen, daß die Korngröße unter 0,6 mm liegt. Hierbei wird wiederum vorzugsweise darauf geachtet, daß ein erheblicher Anteil eine Korngröße unterhalb von 0,06 mm besitzt, zum Beispiel mindestens 15 Gew.-% oder mindestens 50 Gew.-%.
Zwar ist aus der EP-B-0 338 039 ein Verfahren bekannt, bei dem fein¬ körnige künstliche Bodengemische, wie Klärschlamm, durch Zugabe von trockenen körnigen Zuschlagsstoffen, wie Verbrennungsaschen, Stäube oder getrocknete Recyclingsande, zu einem verdichtungsfähigen und ab- dichtended Einbaugemisch aufbereitet werden können. Diese Abdich¬ tungsgemische verhalten sich dann wie bindige Bodenschichten, zum Beispiel Schluff oder Ton. Das Verfahren der EP-B 0 338 039 unterliegt jedoch gewissen Beschränkungen. Bei Einwirkungen von Regen erhalten die Abdichtungsgemische eine weiche Konsistenz und sind maschinentech-
nisch nicht mehr verarbeitungsfähig. Das gleiche gilt wenn zum Beispiel erdfeuchte Zuschlagsstoffe in den Klärschlamm eingemischt werden.
Eine Erhöhung des Anteils an trockenen Zuschlagsstoffen ist nur be- grenzt möglich, da die körnigen Zuschlagsstoffe die Abdichtungseigen¬ schaften (als Maß für die Abdichtungsgüte dient der k r Wert) nachteilig beeinflussen, das heißt das Gemisch erhält wieder eine größere Durchläs¬ sigkeit. Auch die Verwendung sehr feinkörniger Stoffen, wie Stäube, die als Füllkorn in derartige Abdichtungsgemische eingegeben werden, vermag dieses Problem rucht zu lösen. Einerseits ist das Wasseraufnahmevermö¬ gen der Stäube zu gering, andererseits werden bei Zugabe größerer Staubmengen, zum Beispiel mehr als 10 %, die Abdichtungseigenschaften nachteilig beeinflußt. Im Verfahren der EP-B 0 338 039 findet durch Siebtrocknung erhaltener Klärschlamm mit knetbarer bis halbfester Kon- sistenz Verwendung, der einen Wassergehalt von etwa 60 bis 70 Gew.-% aufweist, das heißt einen Trockensubstanzgehalt von nur 40 bis 30 Gew.- % (Schlamm TS 40 bzw. 30).
Aus den vorgenannten Gründen können künstliche Bodengemische aus Klärschlamm TS 40/30 und trockenen Zuschlagsstoffen deshalb nur unter Zelten aufbereitet werden, da nach Niederschlagseinwirkung eine Rück¬ trocknung mittels hydraulischem Kalk oder Zement, wie sie im Erd- und Grundbau bekannt ist, aufgrund der hydraulischen Abbindung und dem hiermit einhergehenden Verlust der Plastizität des Abdichtungsgemisches nicht zulässig ist. Als besonders nachteilig bei diesem an sich sehr wirtschaftlichen Abdichtungsverfahren hat sich in der Praxis herausgestellt, daß stark übernäßte Böden nicht weiter verwendet werden können und sogar von der Baustelle geräumt und aufgrund ihrer Inhaltsstoffe geson¬ dert entsorgt werden müssen.
Hierzu wurden folgende Versuche durchgeführt:
Unter Verwendung von Klärschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von 38 Gew.-% (Schlamm TS 38) wurden künstliche Bodengemische A und B hergestellt (alle Angaben in Gew.-%).
A B
40 % Klärschlamm 40 % Klärschlamm
25 % Verbrennungsasche 50 % Recyclingsand 25 % Formsand 10 % Stäube 10 % Stäube
Es wurden gut einbaufähige Abdichtungsgemische erhalten, die mit schwe¬ ren Glattmantelwalzen und Vibrationswalzen verdichtungsfähig sind. Die Abdichtungsgemische besaßen eine mittelplastische Zustandsform und er¬ gaben Abdichtungswirkungen mit kf-Werten im Bereich von 1 x 10 "10 m/s. Unter starker Regeneinwirkung sind diese künstlichen Bodengemi¬ sche jedoch bereits nach einem Tag mit Walzen nicht mehr verdichtungs¬ fähig. Das Material weicht beim Verdichten auf und nimmt eine weiche bis breiige Zustandsform an. Setzt man diesem nicht mehr verarbeitungs¬ fähigen Material 6 kg gemahlenen Trockenschlamm TS 90 pro m 2 (Ma¬ terialstärke 25 cm) zu, so erhält man nach Einarbeitung durch Fräsen und einer anschließenden Liegezeit von einem halben Tag ein maschinen¬ technisch verdichtungsfähiges Bodenmaterial, mit dem kfWerte < 1 x 10 " 10 m/s erhalten werden. Die Plastizität der verdichteten Bodenschicht bleibt erhalten.
Erhöht man im vorgenannten Versuch die Zugabemenge an Trocken- schlämm TS 90 auf 9 kg/m , so beobachtet man sogar eine wasserabsto- ßende Wirkung. Selbst nach 14-tägiger Liegezeit unter Regeneinwirkung
und ohne Andecken einer Filterschicht blieb das Abdichtungsgemisch steif bis halbfest und zeigte keine Aufweichungserscheinungen an der Ober¬ fläche, während ohne Verwendung von Trockenschlamm TS 90 Ober¬ flächenaufweichungen grundsätzlich auftreten.
In einem weiteren Versuch wurde bei den vorstehenden Bodengemischen A und B der Klärschlammanteil TS 38 auf 50 % erhöht, wobei zum Ausgleich die körnigen Zuschlagsstoffe um 10 % reduziert wurden (Bo¬ dengemisch C). Hierdurch stieg der Mischwassergehalt von 32 auf 42 % an (nach Bodenmechamk). In diesem Fall ist das Abdichtungsgemisch wegen des höheren Ausgangswassergehaltes von 42 % nicht mehr ver¬ dichtungsfähig. Die Einmischung von 6 kg gemahlenem Trockenschlamm TS 90 pro m 2 (25 cm Materialstärke) bewirkte nach einer Standzeit von nur 1 Tag die Verdichtungsfähigkeit des Gemisches. Auch hierbei wurden kfWerte von 1 x 10 "10 m/s gemessen.
In einem Extremversuch wurden lockere Gemische der Rezeptur C 1 Woche dem Niederschlag ausgesetzt, wobei weiche bis breiige Gemische erhalten wurden. Durch Einarbeitung von 15 kg Trockenschlamm TS 90 pro m 2 Lockerschüttung (25 cm Materialstärke) und einer Standzeit von 1/2 Tag wurden verdichtungsfähige Gemische erhalten. Dieses extrem aufgeweichte Probefeld konnte anschließend gut verdichtet werden. Das Probefeld wurde ohne Andeckung 2,5 Monate sich selbst überlassen und zeigte selbst nach dem Frost-/Tauwechsel und einwirkendem Niederschlag keinerlei Aufweichungen an der Oberfläche.
Die vorstehend beschriebenen Versuche zeigen, daß es durch Zugabe von
Trockenschlamm TS > 70 möglich wird, künstliche Bodengemische mit sehr hohem organischen Anteil (dieser liegt bei Klär- und Gewässer- schlämm bei 40 bis 50 %) und hohen Wassergehalten selbst nach Nie-
derschlagseinwirkung mit großtechnischen Erdbaumaßnahmen verarbei¬ tungsfähig zu machen. Dies war bisher nur mit Trocknungsmaßnahmen (Sonne, Wind oder sogar Trockenofen) möglich. Darüber hinaus besteht hiermit erstmalig die Möglichkeit, plastisch verformbare Abdichtungs¬ schichten herzustellen, die nachträglich durch Wettereinfluß oder Wasser¬ aufstau nicht mehr aufweichen.
Bei einem Rücktrocknungsversuch mit hydraulischem Kalk mußte die dreifache Kalkmenge (bezogen auf Trockenschlamm TS 90), zugegeben werden um die erforderliche Verarbeitbarkeit/Verdichtungsfähigkeit zu er¬ reichen. Das Material verfestigte sich nach 1 Tag unter Verlust der Bo¬ denplastizität und war deshalb für eine Abdichtung nicht mehr geeignet.
Eine weitere wichtige Eigenschaft von Abdichtungsschichten ist die Dauerwirksamkeit der Abdichtung. Nach dem Stand der Bodenmechamk ist die Schrumpfung (Schrumpfwert nach DIN 18122, Teil 2, 1987) eines Bodengemisches um so größer, je größer der Gehalt an organischen Stof¬ fen und je größer der Wassergehalt ist. Steigende Schrumpfwerte bedeu¬ ten jedoch in jedem Fall eine Zunahme der Rißanfälligkeit und damit Beeinträchtigung der Abdichtungswirkung. Da durch Zugabe von Trocken¬ schlamm TS > 70 der Gehalt an organischen Stoffen weiter erhöht wird, war deshalb von vornherein mit erhöhten Schrumpfwerten zu rechnen. Hierzu wurden Versuche mit den aus Tabelle I ersichtlichen Bodengemi¬ schen durchgeführt. KS steht für Klärschlamm.
Tabelle I
ohne TS 90 mit TS 90 nach Bodenmechanik
In Tabelle I sind die Ausgangsbodengemische mit dem dazugehörigen Mischwassergehalt, die Schrumpfwerte vor und nach Zusatz von Trocken¬ schlamm TS 90 sowie die erzielten Abdichtungswerte (kfWerte) vor und nach Zugabe von Trockenschlamm TS 90 angegeben. Bei allen Versu¬ chen zur Ermittlung der Abdichtungswerte wurde dem Bodengemisch pul- verförmiges Wasserglas (20 kg/m 3 ) zugesetzt. Zur Verwendung gelangte gemahlener Trockenschlamm TS 90 mit einem Kornanteil < 0,06 mm von 20 %. Die Zugabemenge an Trockenschlamm TS 90 wurde in allen Fällen so gewählt, daß die Böden gut walz- und einbaufähig für die Bau¬ stelle waren. Die Zugabemenge an Trockenschlamm TS 90 betrug in Versuch 1 20 kg/t, in Versuch 2 32 kg/t und in Versuch 3 54 kg/t. Die Dichte der verdichteten Bodengemische ist hierbei mit 1,45 t/m 3 anzuset-
zen. Der organische Anteil des gemahlenen Trockenschlamms TS 90 be¬ trug ca. 40 %.
Der in Tabelle I angegebene Mischwassergehalt ist gemäß Bodenmecha- nik nicht auf die Gesamtmenge des feuchten Bodengemisches bezogen, sondern auf Bodentrockensubstanz. In einem Probengemisch mit einem Mischwassergehalt von 39 % sind somit 390 g Wasser auf 1000 g Boden¬ trockensubstanz enthalten. Dies entspricht einem Wassergehalt, bezogen auf Gesamtmenge von 28,1 %.
Tabelle I bestätigt zunächst den erwarteten Sachverhalt, daß nämlich eine Zunahme des Wassergehaltes steigende Schrumpfwerte zur Folge hat (Versuche 1 und 2). Tabelle I zeigt auch, daß eine Zunahme an organi¬ schen Bestandteilen bei gleichem Wassergehalt ebenfalls, und sogar eine ganz wesentliche Zunahme der Schrumpfwerte zur Folge hat (Versuche 2 und 3). Tabelle I liefert aber auch den äußerst überraschenden Be¬ fund, daß durch die Zugabe von Trockenschlamm TS 90 die Schrumpf¬ werte drastisch abgesenkt werden können, und dies obwohl durch die Zugabe an Trockenschlamm TS 90 der Anteil an organischen Stoffen im Bodengemisch weiter erhöht wird. Die ingenieurtechnische Bedeutung die¬ ses überraschenden Befundes hegt darin, daß die gemäß Tabelle I unter Zusatz von Trockenschlamm TS 90 erhaltenen Schrumpfwerte etwa um die Hälfte geringer sind als die Schrumpfwerte natürlicher Schluffböden und sogar um das 3- bis 4-fache geringer als bei Tonböden, die bevor- zugt für Abdichtungen eingesetzt werden. Da die Größe des Schrumpf- wertes ausschlaggebend für die Rißanfälligkeit infolge der tatsächlich zu erwartenden Beanspruchung der Dichtung durch Setzungen und Wasserge¬ haltsänderungen ist, kommt dieser drastischen Verminderung des Schrumpfwertes ganz wesentliche Bedeutung für die Langzeitqualität der Abdichtung zu.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß es durch die erfindungsgemäße Verwendung von Trockenschlamm TS > 70 möglich wird, bodenmechani¬ sche Abdichtungen unter Verwendung von herkömmlichem Klär- oder Gewässerschlamm so herzustellen, daß sie
(a) während der Verarbeitungszeit erhebliche Wassermengen - zum Beispiel niederschlagsbedingt - aufnehmen können, ohne daß die Verarbeitungs- und Verdichtungsfähigkeit verloren geht, und
(b) gleichzeitig infolge der stark herabgesetzten Schrumpfwerte eine erheblich geringere Rißanfälligkeit besitzt, was der Langzeitquali¬ tät der Abdichtung bei späterer Beanspruchung durch Verfor¬ mungen beziehungsweise Wassergehaltsänderungen, zum Beispiel durch Trockenwettereinwirkung, zugute kommt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine verbesserte Abdichtungs¬ wirkung dadurch erreicht, daß man dem Klärschlamm-haltigen (TS 30/40) Abdichtungsgemisch zusätzlich zu dem Trockenschlamm TS > 70 Wasser¬ glas, vorzugsweise pulverförmig, in solcher Menge zusetzt, daß im Boden- wasser des Abdichtungsgemisches eine 3 bis 10 Gew.-%ige Wasserglaslö¬ sung resultiert. Hierbei besteht eine weitere bevorzugte Arbeitsweise darin, daß man das pulverförmige Wasserglas zusammen mit dem Trok- kenschlamm in einem einzigen Arbeitsgang mit dem Abdichtungsgemisch vermischt.
Der Ausdruck "pulverförmig" bezeichnet hierbei eine feinteilige trockene Form, schließt also auch flockenförmig usw. mit ein. Beispiele für geeig¬ netes Wasserglas sind Natron- und Kaliwassergläser, wobei Natronwasser¬ gläser wegen ihrer Wohlfeilheit bevorzugt sind. Ein besonders geeignetes Handelsprodukt ist unter der Bezeichnung Deposil N erhältlich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden bei der Herstel¬ lung von Abdichtungen zusätzlich zum Wasserglas Weichgelbildner ver¬ wendet. Die Verwendung derartiger Weichgelbildner ist an sich bekannt. Beispiele für geeignete Weichgelbildner sind Natriumaluminat, Natriumhy- drogencarbonat, Natriumacetat und Natriumhydrogenphosphat. Natriumhy- drogencarbonat (ein geeignetes Produkt ist unter der Bezeichnung Depo- sil V im Handel erhältlich) ist bevorzugt, und zwar deshalb, weil gegen Phosphate und Acetate aus Umweltgründen Bedenken bestehen können. In einigen Fällen werden jedoch auch Gemische der Weichgelbildner ver- wendet.
Der Weichgelbildner wird pulverförmig, im allgemeinen in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Menge an freiem Bodenwasser, vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 8 Gew.-% und insbesondere 3 bis 6 Gew.-% verwendet. Der Ausdruck "pulverförmig" bezeichnet hierbei eine feinteilige trockene Form, schließt also auch flockenförmig usw. mit ein.
Daß die beschriebenen Effekte des erhöhten Wasseraufnahmevermögens und der verminderten Schrumpfung tatsächlich auf den erfindungsgemäß eingesetzten Trockenschlamm TS > 70 zurückzuführen sind und mit ande¬ rem Schlamm nicht erreichbar sind, zeigen die in Tabelle I zusammenge¬ stellten Ergebnisse. Der übernäßte Boden des Versuchs 3 (46,3 % Was¬ sergehalt) besitzt einen Schrumpfwert von 24 bis 26,8 %. Ein derartiges Gemisch ist mcht verdichtbar. Setzt man jedoch diesem übernäßten Bo¬ dengemisch je Tonne nur 54 kg Trockenschlamm TS 90 zu (der Wasser¬ gehalt von 46,3 % ändert sich hierdurch nur unmerklich), so erhält man die angegebenen Schrumpfwerte (6,7 bis 8,3 %), die sogar noch deutlich unter denjenigen Schrumpfwerten (16-18 %) für den Boden mit deutlich geringerem Wassergehalt (39,5 %) hegen. Darüber hinaus ist das durch
Zusatz von Trockenschlamm TS 90 erhaltene Bodengemisch trotz des ho¬ hen Wassergehaltes mit den üblichen Maschinen der Bodenmechanik gut einbaubar und verdichtbar.
Für den Fall, daß Schlamme hoch schadstoffbelastet sind, oder im Fall strahlungskontaminierter Schlamme, kommt eine Verwendung für Abdich¬ tungen im Allgemeinen nicht in Frage. Vielmehr muß dann eine Endab¬ lagerung auf Sonderdeponien oder sogar in besonderen Behältern erfol¬ gen, oder die Schlamme müssen verbrannt werden, wobei jedoch stets das Problem der vorherigen Überführung in eine für die Verbrennung technisch geeignete Form besteht, und die gewählte Methode selbstver¬ ständlich wirtschaftlich vertretbar sein muß. Dieser Problemkreis wird nachfolgend behandelt.
Endlagerung von hochbelasteten Schlammen
Häufig ist es erforderhch, daß zum Beispiel strahlungskontaminierte Klär¬ schlamme oder stark mit Schwermetallen kontaminierte Gewässerschlam¬ me in verdichtetem Zustand zur Endlagerung in Spezialbehälter überführt werden müssen, wobei größtes Augenmerk - auch unter Langzeitbetrach¬ tungen - darauf zu richten ist, daß es nicht zu Schadstoffaustritt oder sonstigen negativen Auswirkungen kommt.
Für derartige Endlagerungen in Spezialbehältern kommt es wegen der hiermit verbundenen hohen Kosten insbesondere darauf an, die Schlam¬ me, die bereits wegen ihres hohen Wassergehaltes nicht verdichtungsfähig sind, in eine möglichst hohe Dichte und damit möglichst geringes Volu¬ men zu überführen. Dies erfolgte bisher durch Abpressen und anschlie¬ ßende Ofentrocknung unter den den Inhaltsstoffen angepaßten Sicherungs- maßnahmen.
Weiterhin mußte Sorge dafür getragen werden, daß es wegen der hohen Korrosionsschutzanforderungen nicht zu Feuchtigkeitsaustritt aus den ver¬ dichteten Körpern kommt.
Im vorliegenden Fall bestand die Aufgabe in der Entsorgung eines strah- lungskontaminierten Klärschlamms aus einem Klärteich mit einem Was¬ sergehalt von 148,2 % (TS 40,3). Bei der Rücktrocknung mit Zement wurde festgestellt, daß 22 Gew.-% Zement, bezogen auf Trockensubstanz des Klärschlamms erforderlich waren, um ein verdichtungsfähiges Gemisch zu erhalten. Eine Volumenverringerung kann bei diesen Mengen nicht mehr erreicht werden. Darüber hinaus kommt es infolge der Abbindewär¬ me zu Schwitzwasserausscheidung, und Entgasungen durch organische Umsetzungsprozesse. Diese konnten nicht vollständig unterbunden werden.
Der Klärschlamm ist bei einem Mischwassergehalt von 148,2 % (nach Bodenmechanik) weder einbau- noch verdichtungsfähig. Durch Zugabe von nur 15 Gew.-% gemahlenem Trockenschlamm TS 90 (berechnet auf 100 % trocken, 60 kg/t Klärschlamm), bezogen auf die Trockenmasse des Klärschlammes wurde nach nur einem 1/2 Tag Liegezeit nach Ein- mischung ein krümmeliges, hoch verdichtungsfähiges Material erhalten. Die Verdichtung im Behälter ergab eine starke Dichtezunahme, so daß trotz der Zugabe an Trockenschlamm TS 90 das Volumen des verdichte¬ ten Körpers gegenüber dem Ausgangsmaterial beim Einbau in einen Be¬ hälter um 17 % reduziert war. Selbst bei einer hohen Zugabemenge von 25 % gemahlenem Trockenschlamm TS 90 ist infolge der besseren Ver¬ dichtungsfähigkeit immer noch eine Volumenverringerung von 12,3 % festzustellen.
Zur Vermeidung biologischer Aktivitäten (zum Beispiel Gasbildung durch organische Umsetzungsprozesse) wurde dem Gemisch zusätzlich Wasser-
glaspulver in derartiger Menge zugesetzt, daß ein pH-Wert über 12 ent¬ stand (die Zugabemenge betrug 50 kg Wasserglaspulver/t, da mit Kalk- konditionerter Klärschlamm mit einem pH-Wert von 11 verwendet wur¬ de). Hierdurch konnte jegliche biologische Aktivität unterbunden werden. Dies wurde an einem verdichteten Klärschlarnmkörper (Durchmesser 9,5 cm, Höhe 10 cm, Rauminhalt 708 ml) in einem geschlossenen Durchläs¬ sigkeitsmeßgerät überprüft, mit dem auch entstehende Bodengasgemische aufgefangen werden konnten. Nach 7 Tagen wurde der k f Wert zu 1,4 x 10 "10 m/s bestimmt. Nur in den ersten 6 Tagen konnte eine sehr geringe Gasentwicklung festgestellt werden, es wurden in diesem Zeitraum 25 ml Bodengas aufgefangen. Nach dem 6. Tag wurde bis zum Abbruch der Untersuchung nach 6 Wochen keinerlei Gasaustritt mehr festgestellt. Der Durchlässigkeitsbeiwert (kf-Wert) blieb während dieser Zeit konstant, was ebenfalls anzeigt, daß keine Entgasung mehr auftrat.
Der vorgenannte Versuch zeigt somit, daß ein strahlungskontaminierter Klärschlamm durch die erfindungsgemäße Einmischung von Trocken¬ schlamm TS > 70 unter Mitverwendung von Wasserglas so stabilisiert und konditioniert werden konnte, daß der ursprünglich Klärschlamm kein Wasser mehr abgab, trotz der Zugabe von Trockenschlamm TS 90 -infol¬ ge der Verdichtungsfähigkeit des Gemisches - das Gesamtvolumen niedri¬ ger als dasjenige des Klärschlamms war, und darüber hinaus keine Gas¬ bildung auf längere Zeit auftrat. Versuche mit Zement führten nicht zum Erfolg.
Konditionierung breiiger bis dickflüssiger Schlamme zur erdbautechni- schen Ablagerung beziehungsweise zur Verbrennung
Für diese Art der Entsorgung/Verwertung sind neben den natürlichen Schlammen, wie Klär- oder Gewässerschlamm, Ölschlamme und chemi-
sehe Schlamme zu nennen. Beispiele für letztere sind Farbschlamme oder Destillationsrückstände. Hierbei kann es sich um Schlamme mit einer wassrigen Phase, einer organischen Phase oder mit einer Gemischtphase handelt.
Diese Schlamme besitzen oftmals eine hohe Viskosität, so daß sie nicht ohne weiteres kontinuierlich, zum Beispiel wie niedrigviskose Flüssigkeiten oder trockene Stäube, in den Verbrennungsvorgang eingespeist werden können. Bekannt ist es, derartige Schlamme, zum Beispiel mit Kohlestaub oder Sägemehl in derartiger Menge zu vermischen, daß eine für die Ver¬ brennung geeignete krümmelige oder pelletierbare Konsistenz entsteht. Hierzu ergaben Versuche mit einem breiigen bis flüssigen, hoch mit Kohlenwasserstoffen belasteten Klärschlamm, daß durch Zumischung von nur 25 Gew.-% (berechnet auf die breiige Ausgangsmasse) von Trocken- schlämm TS 90 (Mahlfeinheit 15 %, < 0,06 mm) im Zwangsmischer ein krümmeliges Material erhalten werden konnte. Verwendet man den Trockenschlamm mit einer Mahlfeinheit von 50 %, < 0,06 mm, kann die Zugabemenge von 25 auf 16,5 Gew.-% erniedrigt werden.
Hingegen benötigt man zur Erzielung eines vergleichbaren Materials bei Verwendung von Kohlestaub die 5-fache Menge (bezogen auf die Aus¬ gangsmasse) und bei Verwendung von trockenem Sägemehl die 3-fache Menge. Bei Zugabe von 25 Gew.-% hydraulischem Kalk besitzt das er¬ haltene Material noch eine sehr weiche Konsistenz und ist nicht verar- beitbar; nach 1 bis 2 Tagen bindet das Gemisch ab und nimmt eine fes¬ te bis harte Konsistenz an. Zur Erzielung eines krümmeligen Materials ist die Zugabe von 75 Gew.-% Kalk erforderlich; bei dieser hohen Kalk- zugabe ist der Brennwert jedoch entsprechend niedrig wobei darüber hin¬ aus der Ascheanfall sehr hoch ist.
Das erfindungsgemäß durch Zusatz von Trockenschlamm TS 90 erhaltene krümmelige Material kann einerseits pelletiert und dann der Verbrennung zugeführt werden. Andererseits ist es jedoch auch zur Herstellung eines Reststoffgemisches geeignet, das in einem verdichteten Abdichtungsge- misch unter erdbautechnischen Gesichtspunkten auf den hierfür zulässigen Sonderdeponien abgelagert werden kann.
Eine besondere Eigenschaft der erfindungsgemäß mit Trockenschlamm TS > 70 versetzten Schlamme besteht darin, daß sie ein größeres Rückhalte- vermögen für organische Schadstoffe und Schwermetalle besitzen. Mit an¬ deren Worten, diese Schadstoffe werden durch Niederschlagswasser in ge¬ ringerem Umfang eluiert. Trogversuche ergaben Eluatverminderungen nach 3 bis 4 Tagen um mehr als 90 %. Bei der Ablagerung derartiger Stoffe auf gesicherten Deponien ist somit eine Beeinträchtigung der Schutzgüter Wasser, Boden und Luft weit weniger zu befürchten.
Es wurde auch beobachtet, daß die Oberflächen derart - durch Zusatz von Trockenschlamm TS > 70 - konditionierter Stoffe wasserabstoßende Eigenschaften besitzen. Dies bedeutet, daß Schlamme aller Art mcht nur zu einer verdichtungsfähigen, krümmeligen Masse auf höchst wirtschaftli¬ che Weise rückgetrocknet werden, sondern auch in Schüttlageπ bei wech¬ selnder Witterung als dichter Deponiekörper eingebaut werden können, ohne daß Aufweichungen durch einwirkenden Niederschlag und ein schädliches Eluatverhalten unter Berücksichtigung der zugelassenen Grenz- werte der Deponie zu befürchten sind. Dies könnte die Möglichkeit er¬ öffnen, die bisher vorgeschriebene Einlagerung derartiger Stoffe in kost¬ spielige Spezialbehälter zu vermeiden.
Ein weiterer besonderer Vorteil bei der Aufbereitung von Schlammen, deren Inhaltsstoffe durch Verbrennung entsorgt werden müssen besteht
darin, daß der erfindungsgemäß für die Aufbereitung dieser Schlamme eingesetzte Trockenschlamm TS > 70 in diesen Fällen bevorzugt aus solchen Schlammen (Klärschlamm, Gewässerschlamm) gewonnen wird, die selbst für die Verbrennung vorgesehen sind. Die Verbrennung derartiger Schlamme verursacht Kosten von DM 300.- bis DM 600.- pro Tonne. Diese Kosten können nahezu ganz eingespart werden, wenn hieraus Trockenschlamm TS > 70 hergestellt und dieser dann für die Aufberei¬ tung anderer Schlamme zur Verbrennungsentsorgung verwendet wird.
Hierbei ist auch zu berücksichtigen, daß durch den Zusatz von Trocken¬ schlamm TS > 70 keine Volumenerhöhung des Materials stattfindet. Auch bei einer Berechnung der Verbrennungskosten nach Gewicht können auf¬ grund der sehr geringen Zuschlagsmengen von Trockenschlamm TS > 70 gegenüber anderen Verfahren erhebliche Kosten eingespart werden.
Durch das Verfahren der Erfindung wird ein weiterer interessanter An¬ wendungsbereich für Chemikalienschlamme eröffnet, die häufig nur in besonders hierfür zugelassenen und eingerichteten Verbrennungsanlagen verbrannt werden dürfen. Versuche mit Destillationsrückständen (Anilin- derivate) haben gezeigt, daß diese durch Zusatz von Trockenschlamm TS > 70 in eine feste, verdichtungsfähige Konsistenz überführt werden kön¬ nen, wobei dieses Material dann einer Feststoffverbrennungsanlage zu¬ geführt werden kann.
Bei der Konditioniening von Schlammen für die Verbrennung durch Zu¬ satz von Trockenschlamm TS > 70 hat sich herausgestellt, daß die güns¬ tigsten Brennwerte mit geringsten Ascheanteilen dann erreicht werden, wenn für die Herstellung des Trockenschlamms TS > 70 ein Schlamm mit möglichst hohem organischen Anteil, zum Beispiel kommunaler Klär-
schlämm mit einem organischen Anteil von 50-55 Gew.-% bezogen auf Trockensubstanz, verwendet wird.
Für den Fall, daß stark kontaminierte Schlamme lediglich verlade- und transportfähig gemacht werden sollen, genügt selbstverständlich ein gerin¬ gerer Zusatz an Trockenschlamm TS > 70.
Konditioniening von Industrieschlamm
Bei der Verbrennung von lösemittelhaltigem Industrieschlamm, wie Farb¬ reste hat sich folgendes gezeigt:
Lösemittelhaltige flüssige Farbreste benötigen etwa 75 bis 100 Gew.-% Trockenschlamm TS 90 um die Flüssigkeit in einen stichfesten Köφer zur Vorbereitung für eine Verbrennung zu überführen.
Setzt man jedoch zunächst nur 30 Gew.-% Trockenschlamm TS 90 zu und mischt gut durch, so ergibt sich eine Trennung zwischen dem pola¬ ren Lösemittel und den mit Trockenschlamm TS 90 vermischten Farb- pigmenten. Diese Trennung kann durch äußeren Zwang (z.B. Zentrifuge oder Presse) beschleunigt werden.
Next Patent: METHOD FOR ENCLOSING AN OBJECT WITH A TRANSPARENT ENCAPSULATION