Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gegenseitigen chemischen Behandlung und Verfestigung von anorganischen Deponieabfällen, bei dem die Abfälle als Schüttgüter vorliegen und durch Anwendung hoher Drücke ko paktiert werden.

Verfahren zur chemischen Behandlung und Verfestigung anorganischer Abfallstoffe werden nach dem Stand der Technik unter Zusatz eines großen Wasseranteils und unter hohem Bindemittelverbrauch durchgeführt Das Reak- tionsgemiεch hat dabei zumeist die Konsistenz einer pumpfähigen Masse« Durch die Verwendung der großen Mengen an Zusatzstoffen haben diese Verfahren den Nach¬ teil, daß das Abfallaufkommen stark erhöht wird (1-13),

Ein Verfahren zur physikalischen Behandlung und Ver¬ festigung von anorganischen Abfällen nach dem Stand der Technik stellt die Verpressung des Abfalles unter Druck dar (14, 15). Die anorganischen Abfälle werden

nach geeigneten Rezepturen miteinander gemischt und mit hohen Drücken zu kompakten Festkörpern verpreßt. Durch die geringe Durchlässigkeit der Platten wird die Eluier- barkeit herabgesetzt. Diese Abf llplatten werden zur Deponie transportiert und bausteinartig in den Deponie¬ körper eingebaut. Dieses Verfahren hat zwar gegenüber den obengenannten Verfahren den Vorteil, Deponieraum einzusparen, jedoch sind die Festkörper nicht unter Wasser formstabil und die Inhaltsstoffe sind bei längerer Wassereinwirkung wieder eluierbar.

Ausgehend von diesem Stand der Technik wurde ein Ver¬ fahren entwickelt, bei dem die Vorteile der obenge¬ nannten Verfahren zur chemischen Behandlung und Ver¬ festigung mit denen des obengenannten physikalischen Be¬ handlungsverfahrens kombiniert sind.

Das neue Verfahren ist erfindungεgemäß dadurch gekenn¬ zeichnet, daß verschiedene wasserhaltige anorganische Deponieabfälle, die in Wasser lösliche, miteinander chemisch reaktionsf hige Komponenten enthalten, mit- einander vermischt und unter einem derart hohen Druck gepreßt werden, daß das Porenvolumen der Schüttgut¬ mischung im wesentlichen auf das aus der Schüttgut¬ feuchte der Abfallmischung resultierende Flüssigkeits¬ volumen reduziert wird, so daß die Poren zwischen den Schüttgutkörnern ganz oder nahezu mit Flüssigkeit auf¬ gefüllt werden. Dies hat zur Folge, daß chemische Reak¬ tionen zwischen den in den flüssigen Phasen der Mi¬ schungsbestandteile gelösten reaktionsfähigen Kompo¬ nenten sowie den in den Schüttgutpartikeln enthaltenen reaktionsfähigen Bestandteilen stattfinden, wodurch die

in den Abf llen vorhandenen Schadstoffe vollständig oder zum Teil durch Fällungs-, Neutralisa ions- und Redox¬ reaktionen in umweltverträglichere Stoffe umgewandelt werden.

Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Schadstoffe bei der Umwandlung in schwer lösliche Verbindungen überführt und damit immobilisiert werden.

Gemäß einer Weiterentwicklung wird der für das vollstän- dige Füllen der Poren erforderliche Druck durch Messung des Beginns der Entfeuchtung beim Pressen ermittelt und die Presse mit Hilfe dieses Meßεignalε gesteuert.

Der Preßdruck wird vorteilhaft im Bereich von 20 bar bis 5000 bar, bevorzugt im Bereich von 80 bar bis 400 bar, gewählt .

Zweckmäßig liegt die Restfeuchte der zu verpressenden λbfallmischung zwischen 3 Gew.-'/ι und 50 Gew.-Ϊi, bevor- zugt zwischen 10 Gew.-% und 30 Gew. -54 und kann gegebe¬ nenfalls durch Zugabe von Wasser oder trockener Hilfs- εtoffe auf einen Wert innerhalb dieεer Bereiche ein- geεtellt werden.

Zur Verbesserung der Verfestigung beim Verpressen können den Abfällen 2 Gew.-/ ^* . bis 50 Ge ,-'/., vorzugsweise 5 Gew.-X bis 30 Gew.-% Bindemittel zugesetzt werden. Übliche Bindemittel sind z.B. Zement, Wasserglas, Puz- zolane etc ..

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Abfälle, die als Schüttgüter mit unterschiedlichen Korngrößen vorliegen, so miteinander vermischt, daß die Körner der feineren Schüttgutfraktion die Poren gröberer Schüttgut¬ fraktion ausfüllen, wodurch das Porenvolumen der zu ver¬ pressenden Abfallmischung erniedrigt wird und eine ge- ringere Flüssigkeitsmenge zur Füllung der Poren erfor¬ derlich ist. Zu diesem Zweck braucht lediglich das Mischungsverhältniε passend gewählt werden.

Bei dem neuen Verfahren werden also anorganische, in Schüttgutform vorliegende, kompak ierbare Abfälle nach Maßgabe ihrer chemischen Inhaltsstoffe, ihrer Korn¬ größenverteilung und ihrem Feuchtigkeitsgehalt gezielt miteinander gemischt, um chemische Reaktionen zwischen reaktiven Komponenten der Abfälle auszunutzen. Das reaktive Potential der Abfallstoffe wird somit gezielt ausgenutzt, um chemische Reaktionen durchzuführen, die sonst mit Hilfe von Behandlungschemikalien in geson¬ derten Verf hrensschritten durchgeführt werden müßten. Im Regelfall weisen anorganische Deponieabfälle stets eine gewisse Restfeuchte (Wassergehalt) auf. Beim Ver¬ pressen werden die Hohlräume (Poren) zwischen den Schüttgutkδrnern stark verringert, was zur Folge hat, daß sich die aus der Restfeuchte resultierende Flüssig¬ keit in den Poren sammelt und diese nahezu vollεtändig auffüllt. Die Porenflüεsigkeit dient dann als Reaktions¬ medium für chemische Reaktionen zwischen den reaktiven Komponenten der Abfallstoffe. Beim Verpressen entstehen zusammenhängende, unter Wasser formbeständige Festkörper mit hoher mechanischer Stabilität und niedriger Eluier- barkeit.

Die Restfeuchte des Abfallgemiεcheε kann durch Mischung der Abfälle gezielt eingestellt werden. Dadurch ist es möglich, weitgehend auf den Zusatz von Wasser zu ver¬ zichten. Weiterhin führt das Verpressen zu einer deut¬ lichen Verminderung des Abfallvolumens, was zu einer weiteren Einsparung an Deponieraum führt.

Zusammengefaßt bietet das Verfahren die folgenden Vor¬ teile zur Verbesserung der Omweltverträglichkeit von Abfalldeponien:

- Verringerung der Schadstoffelution aus Abfällen durch chemische Umwandlung und Immobilisierung,

- Vermeidung unkontrollierbarer chemischer Reaktionen im Deponiekörper gegenüber Einbaumethoden nach dem Stand der Technik,

- Verringerung der Schadstoffelution aus Abfällen durch Verfestigung,

- Einsparung von Behandlungschemikalien gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik,

- weitgehender Verzicht auf Wasserzugabe,

Einsparung von Deponievolumen gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik,

Erzeugung stapelfähiger Blöcke zum systematiεchen Einbau in die Deponie.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs- beiεpielen und Zeichnungen näher erläutert. Eε zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Volumen¬ reduzierung beim Pressen von feuchten εchütt- gutförmigen Abfällen

Fig. 2 das Gesamtvolumen, Porenvolumen und Feεtεtoff- volumen eines feuchten Schüttgutes sowie die Durchläsεigkeit und die Feεtigkeit der ge¬ preßten Blöcke als Funktion des Preßdrucks und

Fig. 3 eine εchematische Darstellung der Poren- volumenreduzierung durch Miεchen von feuchten Schüttgütern (Abfällen) unterschiedlicher Teilchengröße,

Fig. 1 zeigt εchematisch für ein Gemisch aus feuchten Abfallstoffen, wie mit wachsendem Druck das Porenvolumen abnimmt. Zwiεchen den Schüttgutkörnern 1 befinden εich die partiell mit Wasser gefüllten Hohlräume (Poren) 2. Bezeichnet man das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen (Porosität) mit ε, so beträgt der Feεt- stoffvolumenanteil 1-e, Während das Feststoffvolumen konstant bleibt, nimmt der Hohlraumvolumenanteil folg- lieh mit wachsendem Druck ab. Alε Ausgangsbaεis für die Volumenreduzierung ist das Abfallgemisch bei einem Druck von 3 bar dargestellt. Eine derartige Verdichtung wird bestenfalls mit sonst üblichen Verdichtungsmethoden wie Rütteln oder Stampfen erreicht. Ein Druck von 150 bar

ist ausreichend, um das Porenvolumen auf 1/3 zu reduzie- ren (von 45 % auf 15 % des Ausgangεvolumenε bei 3 bar). Bei einer ursprünglichen Füllung der Poren zu 1/3 mit Flüsεigkeit und zu 2/3 mit Luft iεt also ein Druck von 150 bar erforderlich, um eine vollständige Flüssigkeits¬ füllung der Poren zu erreichen und damit die chemische Reaktion zwischen den Abfallkomponenten bzw. Hilfs¬ stoffen auszulösen und durchzuführen. Die vollständige Flüssigkeitsfüllung der Poren ist an einer beginnenden Entfeuchtung zu erkennen. Sie kann meßtechnisch anhand der plötzlich ansteigenden elektrischen Leitfähigkeit durch den Austritt der Porenflüsεigkeit erfaßt werden.

In Fig. 2 ist für eine ähnliche Abfallmischung der Verlauf von Gesamtvolumen und Porenvolumen als Funktion des Druckes dargestellt. Zusätzlich zeigt das Diagramm die mit wachsendem Druck zunehmende Festigkeit und die mit wachsendem Druck abnehmende Durchlässigkeit eines Preß1ings .

Wenn bei der Abfallmischung systematisch Abfälle mit Teilchen unterschiedlicher Größe ausgewählt werden, dann läßt sich von vornherein das Porenvolumen reduzieren.

Wie Fig. 3 zeigt, läßt sich die Flüssigkeitεεättigung der Poren daher εchon bei geringeren Drucken erreichen.

Die kleineren Feststoffpartikel sind hier mit 3 be- zeichnet.

Ausf hrunqsbeispiele

Beispiel 1

Eine Abfallmischung bestehend aus 25 V, Abfall A (die wichtigsten Komponenten der Abfälle sind in Tabelle 1 zusammengefaßt) 50 V. Abfall B und 15 V. Abfall C sowie den Hilfsstoffen 5 '/, Wasserglas und 5 % Calciumchlorid wird bei einem Druck von 140 bar verpreßt. Die Rest¬ feuchte des Gemisches beträgt ca. 15 Gew. -54. Der bausteinartige, unter Wasser formstabile Preßling zeigt S4-Analysenergebniεεe (16) von: Cu ²⁺ <0,1 mg/ 1 , Cr VI <0,1 mg/1, Sulfat 1081 mg/1 und eine Waεserlöslichkei von 5,0 %. Daε Cr VI deε Abfalles B wird durch das im Abfall C vorhandene Fe II reduziert, während Sulfat der wasserlöslichen Eisen- und Natriumsulfate durch den Überschuß an Ca ²⁺ des Abfalles A und des Calcium-

Chlorides als Gips und Cu aus dem wasserlöslichen Kupfersulfat des Abfalles C aufgrund des alkalischen pH- Wertes des Abfalles A als Kupferhydroxid gefällt wird. Gleichzeitig nimmt durch die Fällungsreaktionen die Wasserlöslichkeit der Abfallmischung ab.

Beispiel 2

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60 V. deε Abfalles A mit seinem hohen Ca ⁶ -Überschuß werden mit 30 V. Abfall D und 10 V- Portlandzement zur

Behandlung des wasserlöslichen Sulfates in Abfall D ge¬ mischt und bei 200 bar verpreßt. Die Restfeuchte des Gemisches beträgt ca. 14 '/.. Der bausteinartige unter

Wasser formstabile Preßling zeigt nach S 4 einen Sulfat- Eluatwert von 293 mg/ 1 und eine Wasεerlöslichkeit von 2,1 %.

Tabelle 1: Wichtigste Inhaltεstoffe der Abfälle A-D

Abfall I n h a l t ε ε t o f f

A 30 % Calciumhydroxid, 12 7, Eisen( III )-oxid,

10 7. Siliciumdioxid, 20 7, Aluminiumoxid, 5 7. Magnesiumoxid, 8 V. Gipε, 15 7. Wasser

B 36 % Eisen( III )-oxid, 18 7. Aluminiumoxid, 10 7.

Magnesiumoxid, 10 7- Chrom( III )-oxid, 2 7. Siliciumdioxid, 7,5 '/. Natriumsulfat, 0,5 '/. Natriumdichromat, 16 V. Waεser

C 59,8 % Siliciumdioxid, 21 % Eisen( II )-sulfat ,

4 % Schwefelsäure, 0,2 V. Kupfersulfat, 15 7. Wasser

D 63 % Gips, 17 7, Natriumsulfat, 3 % Natrium¬ chlorid, 17 % Wasser

Li eratur

(1) US 3 837 872

(2) US 3 893 656

(3) EP-PS 0 189 062

(4) Stammler, M. ; Haεε, H.J.j

Methoden zur Immobi1iεierung von Bodenkontamina- tionen Chem.-Ing .-Tech. , 59, 1987, 393

(5) Wiedemann, H.U.; Verfeεtigung von Sonderabfällen Chem.-Ing. -Tech. , 56, 1984, 55

(6) Knieper, J.; Printz, H.; May, K,; KFA Jülich Verfeεtigungεverfahren

Technische Inf . , 30

(7) DE 34 26 800 C2,

(8) Diderich, G.J Kirpach, C; Kirsch, N.J Schmit, R. ; Wagner A. ;

Verfestigung von Rückständen aus einer luxemburgischen Müllverbrennungsanlage VGB Kraftwerkstechnik, 69, 1989, 1132

Literatur (Fortsetzung)

(9) Hüller, R. ; Dietl, R. ;

Aufbereitung und Entsorgung von Kraftwerksrest¬ stoffen Techn. Mitt., 78, 1985, 58 und

(10) Sprung, S.j Rechenberg, W.

Einbindung von Schwermetallen in Sekundärstoffen durch Verfeεtigen mit Zement Beton 38, 1988, 193-198

(11) Akhter, H. Butler, L.G.; Branz, S.J Cartledge F.K.; Tittlebaum, M.E.J

Immobi1ization of As, Cd, Cr and PB-Containing Soils by using Cement or Pozzolanic Fixing Agents J. Hazard. Mat. , 24, 1990, 145

(12) The Stabilization Game

Env. Sei. & Technol., 9, 1975, 622

(13) Weitzman, L.j

Factors for Selecting Appropriate Solidification/

Stabilization Methods

J. Hazard. Mat., 24, 1990, 157

(14) DE-OS 38 42 215

(15) Koglin, B.j Beyer, J.J Ring, R.; Roth, J.-E.J

Hochdruck-Verdichtung und Einbau von Abfällen, ein Systembeεtandteil der Bayer Kompakt-Deponie Chem. -Ing .-Tech. , 63, 1991, 605

Literatur (Fortsetzung)

5

(16) Deutsche Einheitsvorεchrif zur Waεser-, Abwasser* und Schlammuntersuchung Schlamm und Sedimente (Gruppe S) DIN 38 414

10

15

20

25

30

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