DE4206900A1 - Verfahren zur aufbereitung von schlamm - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Aufbereitung von Schlamm.

Bei industriellen Aufarbeitungs- und Reinigungsverfahren sowie bei Beseitigung von Schlammassen, zum Beispiel von Hafenschlick, entstehen wasserhaltige Gemenge, die zu entsorgen sind. In dem Wasseranteil sind gelöste anorganische und organische Salze wie auch ungelöste organische Substanzen enthalten, wie zum Beispiel Öle, Fette, pflanzliche Bestandteile usw. Der mineralische Gemengeanteil besteht zumeist aus Schluff, Schlick, Klei, Mergel, mehr oder weni­ ger Feinsande und dergleichen.

Der Wassergehalt solcher Gemenge ist im allgemeinen sehr hoch, weil die vorhandenen Feinststoffe strukturbedingt entsprechend hohe Wassermengen binden können. Üblicherweise werden solche was­ serhaltigen Gemenge unabgedeckt oder abgedeckt in Behältern gela­ gert, wo sie infolge Gemengeverdichtung unter Eigengewicht teilwei­ se Wasser verlieren. Das austretende Wasser verdunstet oder wird aufgefangen und je nach Erfordernis entsorgt. Der zurückbleibende Schlamm enthält weitgehend dieselben Bestandteile wie vor dem Wasserverlust und wird als Restschlamm in Deponien eingelagert. Lagerraum hierfür steht jedoch im allgemeinen nur begrenzt zur Verfügung.

Manchmal wird zu entsorgender Schlamm vor seiner Deponierung einer Aufbereitung unterzogen, vor allem dann, wenn er unbelasteten Natursand enthält, der wiedergewonnen werden soll. Zurück bleibt in diesem Fall ein Restschlamm, der oft unweltschädliche Beimengungen in erhöhter Konzentration enthält und daher als Sondermüll entsorgt werden muß. Abgesehen davon, daß auch hierfür entsprechender Deponieraum vorhanden sein muß, verursacht die Sondermüllentsor­ gung sehr hohe Entsorgungs- und Deponiekosten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Verfahrens zur Aufbereitung von Schlämmen in der Weise, daß die Schlämme in jeweils wiederverwertbares, die Umwelt schonendes Material umgewandelt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Patentanspruch 1 angeführt.

Durch diese Lösung wird erreicht, daß die Schlämme, insbesondere solche, die Schadstoffe enthalten und daher die Umwelt belasten, nicht auf Deponien bzw. Sonderdeponien eingelagert werden müssen. Somit entfallen Kosten für Deponieraum und auch diese hohen Ent­ sorgungskosten für die vorangehende Bearbeitung der Schlämme zwecks Deponierfähigkeit. Zugleich wird ein neuer Baustoff gewon­ nen, der gegebenenfalls alle Schadstoffe des angefallenen Schlammes dauerhaft gebunden enthält, so daß Umweltbelastungen nicht ent­ stehen, und der z. B. im Straßen- und Wegebau bevorzugt eingesetzt werden kann.

Ein bevorzugtes Material, um den zu verarbeitenden Schlamm oder Restschlamm mit herkömmlichen Maschinen wirtschaftlich verarbeit­ bar zu machen, ist sogenanntes, im Handel erhältliches Porenbeton­ material, welches dem jeweiligen Schlamm in fein zerkleinerter Form zugemischt wird. Ein Zusatzstoff, der die gewünschte Festigkeit des letztlich entstehenden Baustoffes mitbewirkt, ist natürlicher Sand. Als hydraulisch wirksames Bindemittel wird schließlich vorzugsweise Zement verwendet, um die gewünschte Endfestigkeit des entstehenden Baustoffes zu erhalten und um dabei umweltbelastende Schadstoffe dauerhaft einzubinden. Nach dem Aufbringen des nunmehr bestim­ mungsgemäß verarbeitbaren, neuen Baustoffes auf eine vorbereitete Fläche härtet der neue Baustoff aus, wobei er nach einer Aushärte­ zeit die gewünschte Endfestigkeit aufweist und danach insbesondere mechanisch belastbar ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Der an sich zu entsorgende Neuschlamm oder Restschlamm, welch letzterer abgelagert oder voraufbereitet ist, weist im allgemeinen einen Wassergehalt von wenigstens etwa 50% auf, der aber auch einen Wert von 90% und mehr erreichen kann. Der zu entsorgende Schlamm weist somit im allgemeinen eine breiige Konsistenz auf, mit welcher der Schlamm nicht wirtschaftlich verarbeitbar bzw. weiter­ verarbeitbar ist. Daher wird diese Konsistenz verändert, indem eine Eindickung des Schlammes vorgenommen wird, wobei jedoch der absolute Wassergehalt nicht reduziert wird, sondern nur der prozentu­ ale, so daß für die später folgenden Abbindungsprozesse im wesentli­ chen ausreichend Wasser zur Verfügung steht (Einbauwassergehalt) mit der Folge, daß Zusatzwasser für Abbindeprozesse nicht oder nur geringfügig erforderlich ist.

Die Trockendichte des als Ausgangsmaterial verwendeten Schlammes liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,8 t/m³. Diese Trocken­ dichte muß angehoben werden, weil sich herausgestellt hat, daß sonst im fertigen Baustoffgemisch, also im resultierenden Endprodukt, die erforderliche mechanische Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, in Verbindung mit einem hydraulischen Bindemittel nicht erreicht wird. Neben den Festigkeitseigenschaften, die für die spätere Benut­ zung des verarbeiteten neuen Baustoffes in mechanischer Hinsicht erforderlich sind, ist es jedoch auch notwendig, daß der neue Bau­ stoff umweltschädigende Beimengungen nicht herauslösbar bindet, so daß solche Beimengungen je nach Anwendungsfall des neuen Baustof­ fes nicht eluiert werden dürfen. Die schädlichen Beimengungen müssen also durch die mörtelartige Matrix des neuen Baustoffes dauerhaft gebunden sein.

Um die vorgenannten Bedingungen zu erfüllen, hat sich sogenanntes Porenbetongranulat als zunächst in den Schlamm einzumischender Feststoff als vorteilhaft herausgestellt. Dieses Granulat ist in der Lage, Wasser aus dem Schlamm aufzusaugen und zu speichern, so daß das entstehende Gemisch eine Konsistenz aufweist, welche es ermöglicht, daß das Gemisch mit herkömmlichen Fördereinrichtungen und Mischmaschinen wirtschaftlich gefördert und dosiert weiterver­ arbeitet werden kann. Der absolute Wassergehalt des Ausgangsschlammes ist dadurch nicht verlorengegangen, sondern ist in dem entstehenden Zwischengemisch als Einbauwassergehalt für die spätere Verarbeitung weiterhin vorhanden.

Die jeweilige Menge an einzumischendem Porenbetongranulat hängt von der jeweiligen Konsistenz des entstehenden Zwischengemisches ab, welche die wirtschaftliche weitere Aufbereitung des entstehenden Gemisches im Hinblick auf den jeweiligen Einsatz des verfahrens­ mäßigen Endproduktes erfordert. Die notwendige Zugabe von trocke­ nem Porenbetongranulat bewirkt also unter anderem durch die we­ sentliche Herabsetzung des Wassergehaltes die Weiterverarbeitbarkeit des Schlammes. Die Korngröße des Granulates beträgt im allgemei­ nen 0-3 mm, insbesondere 1-2 mm.

Weil sich der Transport des Ausgangsschlammes umständlich und kostenaufwendig gestaltet, geht man praktischerweise so vor, daß das Porenbetongranulat zu dem Schlammlagerort geliefert wird. Dort wird dann das Granulat in einem vom jeweiligen Anwendungsfall des Endgemischproduktes abhängigen Mischungsverhältnis mit dem Schlamm vermischt. Hierbei kann so vorgegangen werden, daß die Vermischung der beiden Komponenten mit einem üblichen Schaufella­ der vorgenommen wird, indem in an sich bekannter Weise ein Ein­ fügen des Granulates und mehrmaliges Umsetzen des Gemischhaufens vorgenommen wird. Hierbei entsteht eine Mischung aus mehr oder weniger kleinklumpiger Masse, die, im Gegensatz zum Ausgangs­ schlamm, nunmehr über Förder- und Dosiereinrichtungen und Do­ siertrichter in einer normalen Betonmischanlage dosierbar bzw. weiterverarbeitbar ist.

Das so entstandene Zwischengemisch kann am selben Ort zum End­ produkt weiterverarbeitet werden. Es ist aber auch möglich, dieses Zwischenprodukt zu einer anderen Mischungsanlage zu transportieren, die sich z. B. am Ort der Anwendung des verfahrensmäßigen End­ produktes befindet.

Die Weiterverarbeitung des Zwischengemisches erfolgt z. B. in einem Zwangsmischer, in dem das eingebrachte Zwischengemisch mit einem Zusatzstoff zur Erzielung einer Dichteerhöhung des Schlammes und für die Schaffung einer Grundlage für die angestrebte Druckfestigkeit des verfahrensmäßigen Endproduktes zugegeben wird. Des weiteren wird in den Zwangsmischer ein hydraulisch wirkendes Bindemittel eingegeben, welches bewirkt, daß das verfahrensmäßige Endprodukt später seine gewünschte Festigkeit nach einer Aushärtezeit annimmt. Nach Beendigung des Mischvorganges im Zwangsmischer, z. B. nach einer Mischzeit von etwa 1 bis 2 Minuten, steht ein verwertbarer und umweltschonender Baustoff zur Verfügung.

Dieser so gewonnene Baustoff wird vorzugsweise sofort weiterver­ arbeitet, da er noch nicht abgebunden hat. Es kann aber auch so vorgegangen werden, daß der so gewonnene Baustoff einem Trock­ nungsvorgang unterworfen wird, so daß es möglich ist, den Baustoff in Säcken oder Behältern zu konfektionieren und ihn dann zu einem späteren, beliebigen Zeitpunkt zu verarbeiten. Hierzu muß dann wieder eine gewisse Wassermenge zugegeben werden, um den Ab­ bindevorgang in Gang zu setzen.

Bei einer Probe wurde festgestellt, daß der Ausgangsschlamm schon dann gut weiterverarbeitbar war, wenn sein Wassergehalt, der zu Beginn etwa 90% betragen hat, nur auf etwa 40% abgesenkt wor­ den war. Hierbei wurde ein trockenes Porenbetongranulat mit einer Körnung von 1 bis 2 mm verwendet. Eine Vergleichsprobe zeigte dagegen, daß der Wassergehalt im Ausgangsschlamm bis auf 15% und weniger abgesenkt werden mußte, wenn kein Porenbetongranulat eingemischt wurde, um einigermaßen weiterverarbeitbar zu sein. Alle Prozentangaben sind Gewichtsprozente.

Als vorerwähnter Zusatzstoff kann natürlicher Sand, sogenannter Füller, z. B. Kreidefüller, technischer Füller oder ein anderer, die Dichte des Schlammes erhöhender Stoff verwendet werden. Die jeweilige Menge, die als Zusatzstoff verwendet werden muß, hängt ebenfalls vom jeweiligen Anwendungsfall des verfahrensmäßigen Endproduktes ab und sollte so bemessen sein, daß sie zu einer Troc­ kendichte im Schlamm von etwa 1,2 t/m³ beiträgt. Dieser Wert sollte wenigstens erreicht werden, denn die Trockendichte des Schlammes in seinem Ausgangszustand beträgt im allgemeinen 0,8 t/m³, und dieser Wert gewährleistet nicht, daß die spätere gewünschte Festig­ keit des verfahrensmäßigen Endproduktes erreicht wird. Im allgemei­ nen ist es wünschenswert, daß Trockendichtewerte erzielt werden, die etwa bei 1,7 t/m³ liegen. Bei speziellen Anwendungsfällen können auch höhere Werte erforderlich sein.

Weitere Beispiele für Zusatzstoffe, die einzeln aber auch in Kom­ bination miteinander verwendet werden können, sind neben Natur­ sand, Kreidefüller, technischem Füller auch Recycling-Materialien, z. B. die bei der Hausmüllverbrennung entstehende Asche mit einer Korngröße von 0 bis 32 mm², und industrielle Nebenprodukte mit gleicher Körnung, z. B. Flugasche, die beispielsweise bei der Kohle­ verbrennung entsteht.

Als hydraulisch wirksames Bindemittel wird vorzugsweise handels­ üblicher Zement verwendet, beispielsweise der Sorte PZ 35 F. Bei Zumischung einer vorbestimmten, vom jeweiligen Anwendungsfall bedingten Zementmenge zu den schon mit Zuschlagstoff zur Dich­ teerhöhung versehenen Gemisch aus Schlamm und Porenbetongranulat werden beträchtliche Druckfestigkeiten des verfahrensmäßigen End­ produktes erreicht, die bis zu 12 N/mm² und höher betragen können, wenn das fertige Endgemisch eine vorbestimmte Zeit abgebunden hat und somit ausgehärtet ist. Bei einer erzielten Trockendichte von etwa 1,7 t/m³ konnte nach Zugabe von 310 kg Zement PZ 35 F pro m³ zu dem mit Zuschlagstoff angereichertem Zwischengemisch eine Druck­ festigkeit von etwa 5,4 bis 5,6 N/mm² nach einer Aushärtezeit von sieben Tagen erzielt werden. Es werden noch höhere Druckfestigkei­ ten des abgebundenen Endproduktes erzielt, wenn die Aushärtezeit entsprechend länger ist. Bei einer Aushärtezeit von 28 Tagen, wie es eine Regel im Bauwesen vorschreibt, können die vorerwähnten hohen Druckfestigkeiten von 12 N/mm² und mehr erzielt werden.

Als alternatives oder zusätzliches hydraulisch wirksames Bindemittel kann auch Kalk bzw. Kalkhydrat verwendet werden. In diesem Zu­ sammenhang ist es möglich, daß die Zementmengen reduziert ange­ wendet werden können, wenn zusätzlich Kalk oder Kalkhydrat zu­ gemischt wird.

Schlamm oder Restschlamm kann Stoffe enthalten, die die Erhärtung des verfahrensmäßigen Endproduktes stören können und die auch die Raumformbeständigkeit des abgebundenen bzw. ausgehärteten Ver­ fahrensendproduktes nicht gewährleisten. Zum Beispiel können sich vor allem Säuren störend für die Aushärtung auswirken. Diese Nach­ teile können unproblematisch mit Kalkhydrat ausgeschaltet werden, das zur Neutralisierung solcher Auswirkungen zugemischt wird.

Da die Bindereaktionen bei Zugabe von Neutralisierungsmittel zeit­ verzögernd ablaufen, wird zweckmäßigerweise die vorgenannte Zwi­ schenmischung, die wie beschrieben aus Schlamm und Porenbeton­ granulat besteht, in einer Dicke von etwa 15 bis 25 cm über eine größere Fläche verteilt aufgebracht und mit einer bestimmten Menge an Kalkhydrat überstreut. Anschließend wird das Kalkhydrat in das Zwischengemisch eingearbeitet, indem das mit Kalkhydrat überstreute und ausgebreitete Zwischengemisch mit einem entsprechenden Gerät mischend durchgearbeitet wird. Es folgt dann eine Ruhezeit von etwa 24 Stunden. Die so entstandene Mischung wird dann wieder dosiert in einen Zwangsmischer eingebracht, wo der Mischung wie vorste­ hend beschrieben Zuschlagstoff und Bindemittel zugemischt werden, um das verfahrensmäßige Endprodukt herzustellen.

Zur Erzielung des verfahrensmäßigen Endproduktes als neuer Bau­ stoff kann auch teilweise das sogenannte Baumischverfahren angewen­ det werden. Nach Herstellung des Zwischengemisches, ggf. unter Anwendung eines Neutralisierungsvorganges mit einer zwischenge­ schalteten Ruhezeit, wird das Zwischengemisch auf der vorgesehenen Fläche, beispielsweise ein vorbereitetes Straßenbett, ausgebreitet und mit den erforderlichen Mengen an Zusatzstoff und Bindemittel über­ streut. Das gesamte ausgebrachte Material wird dann beispielsweise mit einer Bodenfräse gut durchmischt, derart, daß die insgesamt ausgebrachten Materialien eine homogene Masse ergeben. Abschlie­ ßend wird diese homogene Masse gewalzt, um eine Vorverfestigung und eine mehr oder weniger ebene Oberfläche zu erhalten, wenn es sich beispielsweise um die Herstellung einer befestigten Straße oder Weges handelt.

Ein bevorzugtes Mischungsrezept zur Verarbeitung eines zu einem Baustoff zu verwertenden Schlammes setzt sich folgendermaßen zusammen:

• 1. Etwa 500 bis 1500 kg nasser Schlamm bzw. Restschlamm (im Mittel 800 kg),
• 2. etwa 50 bis 800 kg trockenes Porenbetongranulat (im Mittel 150 kg),
• 3. etwa 500 bis 1500 kg Zuschlagstoff, z. B. feuchter Sand (im Mittel 700 kg) und
• 4. etwa 100 bis 500 kg hydraulisch wirksames Bindemittel, z. B. Zement (im Mittel 230 kg).

Hieraus ergibt sich ein zügig weiter zu verarbeitendes feuchtes End­ gemisch von etwa 1600 bis 2000 kg oder nach Trocknung ein Troc­

kengemisch von 1300 bis 1800 kg.

Es ist bekannt, daß bei Versuchen über die Eluierbarkeit von Schad­ stoffen aus hydraulisch gebundenen Massen festgestellt worden ist, daß ein Herauslösen bzw. Eluieren von Schadstoffen aus der zement­ mörtelartigen Matrix des abgebundenen Endproduktes nicht oder nur in vernachlässigbarem Umfang stattfindet. Diese Tatsache wird auch bei dem erfindungsgemäßen Endprodukt ausgenutzt.

Endprodukte nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren eignen sich besonders zur Verwendung auf allen vorbereiteten Flächen im Rahmen des klassifizierten und nicht klassifizierten Straßen- und Wegebaus, auch dann, wenn das vorgeschlagene Endprodukt mit einer Pflastersteinüberdeckung versehen wird. Jedoch kann das Endprodukt auch als Hinterfüllung von Bauwerken zu Isolierzwecken oder als Auflageaufbau für Gleisbetten im Schienenwegebau angewendet wer­ den.

Claims (6)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Schlamm, dadurch gekennzeich­ net, daß einer Schlammenge ein trockenes, wasserspeicherndes Fest­ stoffgranulat als den Wassergehalt dieser Menge herabsetzendes Mittel zugemischt wird, um den Schlamm besser weiterverarbeitungs­ fähig zu machen, und daß dem entstandenen Gemisch zumindest ein die Dichte der Schlammenge auf mindestens 1,2 t/m³ erhöhender Zusatzstoff und ein hydraulisch wirksames Bindemittel zur Schaffung eines verwertbaren, umweltgefahrfreien Baustoffes mit einer Druck­ festigkeit von mindestens bis zu 12 N/mm² nach Aushärtung nach erfolgter Verarbeitung des hergestellten Baustoffes zugemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffgranulat fein zerkleinertes, sogenanntes Porenbetonmaterial verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hydraulisch wirksames Bindemittel Zement und/oder hydraulischer Kalk bzw. Kalkhydrat verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff natürlicher Sand, Kreidefüller, technischer Füller oder andere die Dichte des Schlammes erhöhende Stoffe verwendet wird bzw. werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor dem Zumischen des hydraulischen Bindemittels und eines Zusatzstoffes ein chemisch neutralisierendes Mittel zugemischt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es teilweise im sogenannten Baumischverfahren durch­ geführt wird.