Schadstoffen in einem kontaminierten Bodenmaterial einer Sanierungsfläche

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Immobilisierung von organischen und anorganischen Schadstoffen in einem kontaminierten Bodenmaterial einer Sanierungsfläche gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.

Es ist bekannt, dass quellfähige Tonmaterialien zur Adsorption von Schwermetallionen in Abwasserbehandlungssystemen eingesetzt werden, oder dass Organo-Bentonite, welche hohe Ad¬ sorptionseigenschaften besitzen, zur Veredelung von Deponiebar¬ rieren verwendet werden.

In der PS-US 4\'473\' 77 wird ein Verfahren zur kontrollier¬ ten Lagerung von organische Schadstoffe enthaltenden Materia¬ lien beschrieben, welche zur Adsorption in einem organophilen Bentonit (Organoclay) eingebunden werden. Dazu wird ein organphi- ler Bentonit benutzt, um flüssiges oder festes schadstoffbela¬ stetes organisches Material zu binden. Nachteilig ist, dass der ganze Müllkörper mit organophilen Bentonit versetzt werden muss, oder Sickerwasser wird durch einen Filterkörper aus organophilem Bentonit gepumpt, oder als Deponieabdichtung wird eine Lage von reinem organophilen Bentonit vorgeschlagen. Der hohe Aufwand an organophilen Bentonit ist unwirtschaftlich.

Im weiteren ist bekannt, dass Barrierenmaterial, welches eine zu grosse Durchlässigkeit aufweist und eine zu geringe Kationenaustauschkapazität besitzt oder eine zu geringe Schwer¬ metalladsorption aufweist, durch den Zuschlag eines quellfähigen Tones, z.B. eines mit S-Trimercaptotriazin in Form des Natrium¬ salzes behandelten Bentonits, verbessert werden kann. Dies kann durch eine Zwangsvermischung oder einem Einfräsen oder durch Injizierung erfolgen. Dadurch kann die vierfache Adsorption

gegenüber einem herkömmlichen Ca-Bentonit erreicht werden. Zudem wird die quellende Wirkung der Na-Ionen wirksam, die eine wesentliche Verringerung des Durchlässigkeitsbeiwertes bewirkt, welcher auch nach dem Eintausch der Schwermetallionen gegen die Na-Ionen konstant bleibt, da die übrigen quellfähigen Tonmateria¬ lien diese überschüssigen Na-Ionen eintauschen.

Im weiteren sind zur Immobilisierung von Schadstoffen in Böden Verfestigungsverfahren bekannt, bei welchen der kontami¬ nierte Boden beispielsweise mit Zement verfestigt wird. Der dadurch verfestigte Boden ist kein eigentlicher Boden mehr, sondern ein betonähnlicher Körper, welcher mit den üblichen Grundbaugeräten nicht mehr bearbeitet werden kann, was sich nachteilig auswirkt.

Nachteilig bei der Immobilisierung mit Chemikalien ist vielfach deren Toxizität, wobei bei deren Handhabung neue Kon¬ taminationen hervorgerufen werden. Bei herkömmlichen Waschver¬ fahren werden die Schadstoffe in verdünnter Form gewonnen und fallen z.T. durch die langen Behandlungszeiten in grossen Mengen an. Zudem ist eine herkömmliche Waschung nur bei Grobfraktionen durchführbar und nicht bei Feinfraktionen. Auch wird bei dieser Art der Waschung keine Immobilisierung der verbleibenden Schad¬ stoffe erreicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei welchem ein mit Schadstoffen kontaminiertes Bodenmaterial durch eine gezielte Tonzugabe eine Immobilisierung der vorhandenen Schadstoffe bewirkt und/oder durch eine Waschung der Schadstoffgehalt verringert wird.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mittels Verfahren gemäss dem Wortlaut der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Ausführungsformen der erfindungsgemässen Verfahren sind in den Ansprüchen 2 bis 4 und 6 bis 9 umschrieben. Die erfindungsgemässen Verfahren werden unter Bezug auf das Flussdiagramm (Figur) näher erläutert, wobei in der Figur die allgemeinen Schritte dargestellt sind. Dabei

werden für die Beschreibung der verschiedenen Verfahrensschritte diejenigen Referenzzahlen des Flussdiagrammes verwendet, die für die Gliederung der einzelnen Schritte angeführt sind. Als Beispiel wird eine Ausführungsform dazu beschrieben. Die einzige Figur zeigt:

Ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Immobilisierung von Schadstoffen in kontaminiertem Bodenmaterial

Der Begriff Bodenmaterial umfasst einerseits Material gewach¬ sener Böden im bodenkundlichen Sinne und andererseits Auffül¬ lungsmaterialien wie beispielsweise Betonresten, Schotter und Bergematerialien, sowie Anschüttungen beliebiger Art.

Die Figur zeigt das Flussdiagramm für ein Verfahren, wonach ein mit Schadstoffen kontaminiertem Bodenmaterial gewaschen wird oder mit einem Tonmaterial veredelt und bei Bedarf ebenfalls gewaschen wird. Dieses Verfahren wird durch die Schritte 1 - 13 nachstehend beschrieben.

1. Einteilung der Sanierungsfläche.

Die gesamte Sanierungsfläche wird in Abhängigkeit der Schadstoff¬ zusammensetzung, welche vorgängig ermittelt wurde, in Teilsanie¬ rungsfelder mit einer Grosse von beispielsweise 20 x 20 m unterteilt, welche mit 1 bis i bezeichnet werden. Je homogener die SchadstoffZusammensetzung, desto grösser können die Teilsa¬ nierungsfelder gewählt werden. Bei sehr homogener Schadstoff¬ zusammensetzung kann sich im Grenzfall eine Aufteilung sogar erübrigen, wobei dann i gleich 1 wird.

2. Entnahme von Bodenmaterialproben.

Aus den einzelnen Teilsanierungsfeldern werden Bodenmaterialpro¬ ben gezogen, und zwar beispielsweise 8 Proben P\' (I) aus einer Tiefe von 0,5 m und 8 Proben P\'\' (I) aus einer Tiefe von 1,0 .

3. Herstellung einer repäsentativen Probe.

Aus den je 8 Proben P\' (I) und P\' \' (I) nach Schritt 2 wird durch Mischen eine repräsentative, dem i-ten Teilsanierungsfeld zuge¬ ordnete Probe P(i) hergestellt.

4. Chemische Analyse.

Von jeder Probe P(i) werden nun die Art der organischen und anorganischen Schadstoffe und deren Konzentrationen ermittelt. Dies erfolgt im allgemeinen aus der A-nalyse der Trockensubstanz und aus den Eluatversuchen, wie beispielsweise der DEV-S4 in Deutschland. Zusätzlich werden von jeder Probe P(i) Art und Menge der vorliegenden Tonmaterialien bestimmt, woaus sich ein Tonmine¬ ralgehalt bestimmen lässt.

5. Tonmineralgehalt prüfen.

Liegt der in Schritt 4 bestimmte Tonmineralgehalt unterhalb 60 Gew.-% wird das Verfahren mit den Schritten 6 - 10 oder 6 - 10, 12 und 13 fortgesetzt; liegt er oberhalb oder ist er gleich 60 Gew.-% wird das Verfahren mit den Schritten 11 - 13 fortgesetzt.

6. Bentonitrezeptur erstellen.

Ausgehend von den in Schritt 4 ermittelten Resultaten der chemi¬ schen Analyse wird eine spezielle Bentonitrezeptur erstellt, welche einen Zuschlag von Ca-Bentonit, einem Organo-Bentonit oder einem speziellen schwermetallabsorbierenden Bentonit, wie etwa Silitonit (Fa. Südchemie, München), umfasst . Als Kriterien zur Rezepturherstellung dienen charakteristische Parameter, wie der k_.-Wert (Durchlassigkeitsbeiwert) , die Kationenaustauschkapazi- tät, die SchadstoffZusammensetzung und der Mineralbestand des Bodenmaterials .

7. Prüfung der Bentonit-Mischprobe .

Die nach dem Rezept in Schritt 6 hergestellte Mischprobe von kontaminiertem Bodenmaterial und Bentonit wird im Labor auf ihre Eignung geprüft, wobei beispielsweise bodenmechanische Versuche,

Eluat-tests (nach DIN 38414-S4), oder ein Auslaugtest (nach DEV- S4) als Kriterien herangezogen werden.

8. Teilsanierungsfelder auskoffern (I) .

Nachdem für jedes der Teilsanierungsfelder eine nach Schritt 7 geeignete Rezeptur vorliegt, werden diese in bekannter Weise ausgekoffert und die Rezeptur in einem Mixed-in-plant-Verfahren gemischt .

9. Überprüfung (I) .

Die Ergebnisse zur Einhaltung der vorgegebenen Richtlinien werden überprüft, d.h. mit der Schadstoffparameterliste, etwa der Hollandliste, oder der Berlinerliste (Amtsblatt für Berlin, 40. Jahrgang , Nr. 65, 28. Dezember 1990, Bewertungskriterien für die Beurteilung kontaminierter Standorte in Berlin) oder ähnlichen verglichen.

Ist die Überprüfung in Schritt 9 positiv verlaufen, so wird das Verfahren mit Schritt 10 fortgesetzt.

Ist die Überprüfung in Schritt 9 negativ verlaufen, d.h. die vorgegebenen Richtlinien sind nicht oder nur teilweise eingehal¬ ten worden, so wird die Bentonitrezeptur in Schritt 6 modifi¬ ziert .

10. Einbau mit Gütekontrolle.

Ist die Überprüfung in Schritt 9 positiv verlaufen, d.h. die vorgegebenen Richtlinien sind eingehalten worden, so erfolgt der Einbau, bzw. die Sanierung des Teilsanierungsfeldes i nach der erstellten Rezeptur unter laufender Gütekontrolle (erdbautechni- sche Kontrolle) , womit nach abgeschlossener Sanierung ein mit Bentonit veredeltes Bodenmaterial vorliegt, welcher die immobili¬ sierten Schadstoffe enthält. Verläuft die Gütekontrolle negativ, so wird eine Waschung nach Schritt 12 durchgeführt.

11. Teilsanierungsfelder auskoffern (II) .

Wurde in Schritt 4 für ein Teilsanierungsfeld ein Tonmineralge-

halt grösser oder gleich 60 Gew.-% bestimmt, so wird dieses in bekannter Weise ausgekoffert.

12. Waschung

Die Waschung des kontaminierten Bodenmaterials, nach erfolgten Schritten 1 - 5 und 11, oder des bereits mit Bentonit veredelten, kontaminierten Bodenmaterials, nach erfolgten Schritten 1 - 10, erfolgt mit einer Alkylammonium-Lösung. Dadurch wird einerseits der Schadstoffgehalt im System Bodenmaterial-Ton reduziert, indem u.a. die Schadstoffe gegen die Alkylammoniumionen eingetauscht werden, und andererseits werden die verbleibenden Schadstoffe stärker fixiert, wodurch das Gemisch Bodenmaterial-Ton nur noch geringfügig eluiert werden kann. Bei diesem Waschprozess fällt eine leicht aufkonzentrierte Schadstofflösung an.

13. Überprüfung (II) .

Die Effizienz der Waschung wird durch Eluatversuche (nach DEV- S4) überprüft.

Ist die Effizienz der Waschung genügend, so liegt jetzt ein veredeltes und gewaschenes Bodenmaterial vor, welcher die durch den Waschprozess erheblich verringerten und immobilisierten Schadstoffe enthält.

Ist die Effizienz der Waschung ungenügend, so wird mit einer wiederholten Waschung (Schritt 12) die Effizienz verbessert.

Für jedes Teilsanierungsfeld kann der Ablauf des Verfahrens nach der Einteilung der Sanierungsfläche (Schritt 1) unterschied¬ lich verlaufen. So können beispielsweise unterschiedlich viele Waschschritte (Schritt 12) notwendig werden, oder es müssen verschiedene Bentonitrezepturen (Schritt 6) erstellt werden, bis die Überprüfung (Schritt 9) ein genügendes Resultat ergibt.

Das in den Schritten 1 - 13 beschriebene Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Vorteile aus: a) Für jede beliebige SchadstoffZusammensetzung kann eine

optimale Tonmaterialmischung zugesetzt werden. b) Das Gemisch Bodenmaterial-Ton kann mit Proctordichte (DIN 18127) vor Ort eingebaut werden, ohne dass eine Gefahr für das umgebende Medium (Grundwasser) besteht. c) Durch die Zugabe von Tonmaterialien und der anschliessen- den Waschung mit einer organischen Lösung werden einerseits der Schadstoffgehalt im Bodenmaterial-Ton reduziert und andererseits die verbleibenden Schadstoffe stark fixiert. d) Eine etwaige Deponierung auf einer Sondermülldeponie kann dadurch umgangen werden, da durch die minimale Eluierbarkeit nur eine Deponierung auf einer Deponie der Klasse 2 oder 3 erforder¬ lich wird (Vorgehensweise und Rahmenbedingungen bei der Altla¬ stensanierung in der Bundesrepublik Deutschland, MuA Lfg. 4/88, S. 282 ff. Beseitigung von Abfällen durch Ablagerung/ Herausge¬ ber Umweltbundesamt, Berlin)

Folgendes Beispiel beschreibt eine Ausführungsform zum be¬ schriebenen Verfahren mit den Schritten 1 - 5 und 11 - 13.

Eine Sanierungsfläche von ca. 1800 m ² wurde in 5 Teilsanie¬ rungsfelder von je 300 - 400 m ² aufgeteilt (Schritt 1) . Aus jedem dieser 5 Teilsanierungsfelder wurden in den Tiefen von 0,4 m und 0,8 m je 6 Bodenmaterialproben entnommen (Schritt 2) und daraus für jedes der Teilsanierungsfelder eine repräsentative Probe P(l) ... P(5) hergestellt (Schritt 3), welche anschliessend chemisch auf anorganische und organische Schadstoffe analysiert wurde (Schritt 4) . Die Probe P(l) wies eine erhöhte Zinkkonzentration (64 ppm) auf. Für die organischen Schadstoffe wurden keine erhöhten Konzentrationen festgestellt. Die Untersuchung der Tonmaterialien ergab für die Probe P(l) folgende Zusammensetzung (in Gew.-%) : Montmorillonit 54,8 %, Kaolinit 27 %, Illit 5,2 %, Carbonat 1 %, Quarz 12 %. Daraus ergab sich als Tonmineralgehalt eine Summe von 87 Gew.-% (Schritt 5), womit kein Zuschlag eines Tonmaterials erforderlich war und das Teilsanierungsfeld (1) in der üblichen Weise ausgekoffert wurde (Schritt 11) . Das vorlie¬ gende Probematerial P(l) wurde mit einer 0,5 mmol Dioctadecyl-

ammoniumbromid-Lösung im Verhältnis 1:50 (Gewichtsanteile) ange¬ setzt, gerührt und anschliessend filtriert (Schritt 12) . Als Filtrat wurde eine Schadstofflösung erhalten, in welcher noch 12 ppm Zink bestimmt wurden. Als Filterrückstand wurde ein \'Organ¬ obentonit\' erhalten, der mit einem handelsüblichen Produkt verglichen wurde (Adsorption von Diethylketon) , wobei keine signifikanten Unterschiede im Adsorptionsverhalten zwischen den beiden Produkten (bezogen auf Diethylketon) feststellbar waren. Zur Überprüfung der Effizienz dieses Waschprozesses (Schritt 13) wurde der \'Organobentonit\' mit dem starken Komplexbildner EDTA (0,01 m EDTA-Lösung) desorbiert, was zu einer Desorptionskonzen- tration von 13 ppm Zink führte. Für den Eluat-Test nach DEV-S4 bedeutet dies einen viel geringeren Wert (Grenzwert kleiner 1 ppm) , so dass von einem Bodenmaterial mit immobilisierten Schadstoffen gesprochen werden kann. Analog wurde mit den Proben P(2) ... P (5) verfahren, welche alle ähnliche Resultate ergaben.

Erfindungswesentlich ist, dass jedes Teilsanierungsfeld in der beschriebenen Weise optimal saniert werden kann, indem vor Ort ein Einbau erfolgt, bei welchem für das umgebende Medium (Grundwasser) keine Gefahr besteht.

Bei einem Tonmineralgehalt grösser oder gleich 60 Gew.-% werden mittels einer allenfalls mehrfach durchgeführten Waschung mit einer Alkylammoniumverbindung die Schadstoffe, organische wie auch anorganische, verringert und immobilisiert.

Bei einem Tonmineralgehalt kleiner als 60 Gew.-% wird mittels einer erstellten Bentonitrezeptur ein kontrollierter Einbau durchgeführt, wodurch die Schadstoffe immobilisert werden oder allenfalls noch zusätzlich gewaschen werden.

Das Verfahren eignet sich besonders zur Sanierung von Altlasten, wenn organische und anorganische Schadstoffe gleich¬ zeitig vorliegen.