DE2930602A1 - Verfahren zum binden von abwasser und schlamm - Google Patents

Verfahren zum binden von abwasser und schlamm

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Description

Anmelder: Handelskontor Ludbert Graf zu Münster GmbH & Co., München
Verfahren zum Binden von Abwasser oder Schlamm
Industrielle Fertigungsverfahren zeichnen sich häufig durch die Abgabe von umweltschädlichen Stoffen aus, bei denen es sich oft um Schwermetalle handelt. Es wurden zahlreiche technische Verfahren entwickelt, um diese Stoffe in Schlämmen zu konzentrieren. Dadurch stellt sich ,jedoch das Problem der Schlammbeseitigung. Dazu sind zahlreiche auf dem Gebiet des Bausektors angewendete Verfestigungsverfahren vorgeschlagen worden. So beschreiben die US-PSen 3 837 872 und 3 893 656 den Einsatz von Portlandzement und Natriumsilikat als Reaktionsbeschleuniger. In der FR-PS 2 320 266 werden weniger kostspielige Bindemittel beschrieben, die auf Hochofenschlacke und Flugasche als Beimischung basieren. Die erzielten Produkte haben jedoch hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften noch nicht befriedigt.
Erfindungsgemäß wird nun ein Verfahren zum Binden vdn> Abwasser oder Schlamm vorgeschlagen, bei dem man Abwasser bzw. Schlamm mit einem Wassermörtel versetzt und abbinden läßt, wobei dae Verfahren
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130008/0161
dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Gemisch aus Abwasser bzw. Schlamm und Wassermörtel einem MahlVorgang unterwirft.
Durch dieses Vorgehen kann man bessere mechanische Eigenschaften der abgebundenen Produkte erzielen. Überraschenderweise lassen sich selbst dann gute Abbindungsraten- und gute mechanische Eigenschaften erreichen, wenn man in Gegenwart von Hemmstoffen bzw. Inhibitoren arbeitet, z.B. Zink- oder Phosphorverbindungen.
Da also ein Mahlvorgang vorgesehen wird, bietet das erfindungsgemäße Verfahren den zusätzlichen Vorteil, daß grobkörniger Wassermörtel bzw. grobkörnige Wassermörtel-Bestandteile eingesetzt werden können, etwa granulierte Hochofenschlacke.
Man kann Schlamm mit einem Feststoffgehalt von bis zu 60, vorzugsweise 10 bis 50 und insbesondere 15 bis 40 Gew.-% verwenden.
Das Gewichtsverhältnis von Wassermörtel : Schlammfeststoff kann 30 : 1 bis 0,5 J 1> vorzugsweise 10 : 1 bis 1 : 1 und insbesondere 5 : 1 bis 2 : 1 betragen. Diese Werte sollen dem Fachmann jedoch nur einen Anhaltspunkt geben. Dem Fachmann ist ohne weiteres zuzumuten, das geeignete Verhältnis von Wassermörtel : Abwasser bzw. Schlammwasser durch einfache !Tests zu ermitteln.
Beim Mahlvorgang kann man die spezifische Oberfläche der Feststoffe, insbesondere von tonerdereichem Material bzw. Zement im bzw. als Wassermörtel um 50, vorzugsweise 90 und insbesondere 150 % und mehr vergrößern.
Alternativ kann man ein befriedigendes Ergebnis auch dann erhalten, wenn man den Mahlvorgang so durchführt, daß von einer Siebfraktion mit mindestens 10, vorzugsweise 20 und insbesondere 50 Gew.-% der Feststoffteilchen, insbesondere der Teilchen des tonerdereichen Materials und/oder Zements mindestens 10, vorzugsweise 20 und insbesondere 50 Gew.-% und mehr das Sieb nach dem Mahlvorgang passieren.
130008/0169 ORIGINAL WSPECTED
Die Wahl einer geeigneten Mühle kann man dem Fachmann überlassen. Kugelmühlen sind geeignet.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit beliebigen Wassermörteln durchführen.
So kann man Wassermörtel verwenden, die bestehen aus: (1a) kalkreichem Material,
(1b) natürlich oder synthetisch gebranntem tonreichen Material und/oder
(2) Zement und zusätzlich zu (1a) und (1b) und/oder (2)
(3) gegebenenfalls 0,5 bis 20 Gew.-% Gips oder Anhydrit auf Basis des Wassermörtelgewichts,
(4) gegebenenfalls 0,5 bis 10 Gew.-% eines Aktivators auf Basis des Wassermörtelgewichts und
(5) gegebenenfalls 0,5 bis 20 Gew.-% eines polymerisierbaren Harzes oder Harzgemischs auf Basis des Wassermörtelgewichts.
Das optimale Verhältnis von tonreichem Material : kalkreichem Material wird durch Versuche ermittelt. Im allgemeinen ist ein Gewichtsverhältnis von tonreichem Material : kalkreichem Material wie 2 : 1 bis 4:1, insbesondere 2 : 1 bis 9 : 1 vorteilhaft.
Beispielsweise kann der Wassermörtel bestehen aus:
- 10 bis 25 Gewichtsteilen Kalk,
- 30 bis 70 Gewichtsteilen eines gebrannten tonreichen Materials, wie z.B. Puzzolanerde,
- 2 bis 8 Gewichtsteilen Gips,
- 1 bis 10 Gewichtsteilen Aktivator, z.B. Natriumaluminat oder Natriumsilikat, und
- 1 bis 10 Gewichtsteilen eines polymerisierbaren Harzes.
Als kalkreiches Material kann man gebrannten Kalk, Wasserkalk, Bitterkalk oder Dolomit verwenden.
Als tonreiches Material kann man natürliche oder künstliche Puzzolane, Tuffe, Trasse, Plugasche, gebrannte Tone, gebrannte Schiefertone oder Kneiße, gebranntes Sediment, gebrannten Bauxit oder natürlich oder künstlich gebrannte Aluminiumsilikate oder
130008/0169 . _„_
ORIGINAL INSPECTED
-r-
Alkali-Aluminiumsilikate verwenden.
Tonreiche Materialien können gegenüber kalkreichen Materialien unterschiedliche Aktivitäten besitzen. Die Eignung von tonreichen Materialien läßt sich jedoch leicht durch einen Versuch ermitteln. Dazu wird ein Gewichtsteil gebrannter Kalk mit 4 Gewichtsteilen eines gemahlenen tonreichen Materials unter Zumischung der erforderlichen Wassermenge vermischt, "bis eine Paste guter Konsestenz erhalten wird (im allgemeinen mit 2 Gewichtsteilen Wasser). Nach dem Abbinden nach einer vorgegebenen Zeit wird der Kompressionswiderstand bestimmt.
Bei natürlichen Puzzolanerden' handelt es sich im wesentlichen um Vulkanasche mit einer Zusammensetzung, die derjenigen von Tonen entspricht. Sie besitzen beispielsweise die folgende Zusammensetzung (Gewichtsprozent):
Brennverlust SiO2 Al3O, Fe3O5 TiO2 CaO MgO Na3O K3O SO5 10 55 17 5 0,5 5 2 2,5 2,5 0,5
Sie zeichnen sich im allgemeinen durch einen hohen Siliziumgehalt aus. Wesentliche Vorkommen sind: Rheinischer Traß, Puzzolanerden aus Neapel-Bacoli, Tuffsteine der Krim und Bimssteine.
Auch roher Ton und rohes Sediment können gegenüber Kalk aktiv sein.
Gegebenenfalls gibt man einen Aktivator zu. Es sind alle Stoffe geeignet, die Natriumhydroxid freisetzen, beispielsweise Natriumaluminat, Natriumsilikat bzw. Wasserglas, Natriumkarbonat und/oder Ätznatron. Man wendet sie in einer Menge von weniger als 10 Gew.-% auf Basis des Gewichts des hydraulischen Mörtels an.
Als Aktivatoren haben sich auch Lactate, wie Kalzium- und Eisen-.lactat, und Ammoniumnitrat bewährt, insbesondere bei Wassermörteln, die aus den vorstehend angeführten Komponenten (ia)bis(ib) und
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(3) bis (5) bestehen.
Als polymerisierbares Harz kann man ein Harnstoff/Formaldehyd-Harz oder ein Melamin/Formaldehyd-Harz oder ein Acrylharz verwenden.
Als Beispiele für Zemente seien angeführt: Portlandzement, Eisenportlandzement, Romanzement und überschwefelsaurer Zement.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Massen lassen sich zur Herstellung von wasserdichten Schichten, Dämmen, Bausteinen und zur Auffüllung von Minen verwenden.
Nachstehend wird die Erfindung durch Beispiele näher erläutert, wobei alle Mengenangaben auf Gewichtsbasis ausgedrückt wurden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Beispiel Λ
Der Abfall kam aus einem Werk für Oberflächenbehandlung. Seine Eigenschaften waren folgende: Gehalt an Trockenmasse 35 %» pH 7.
Zusammensetzung der Trockenmasse:
Chrom . 15 %
Kupfer 8 %
Zink 2 %
Aluminium 10 %
Eisen 2 %
Nickel o,5 %
Quecksilber 50 ppm
Blei 10 ppm
Kadmium 20 ppm
Eine erste Aufbereitung erfolgte mit auf 100 Teile Schlamm 70 Teilen gebranntem Ton und 20 Teilen Kalk.
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Der Kompressionswiderstand gemessen an Proben mit Abmessungen von 4x4x16 cm war folgender:
7 Tage : 1 MPa 1 Monat : 8,5 MPa 6 Monate : 15 -MPa
Di-e Fixierung der.giftigen Elemente wurde nach 7 Tagen auf übliche Art geschätzt, indem die Probe bis zu einer Teilchengröße von etwa 1 mm zerkleinert und mit ihrem zehnfachen Gewicht an Wasser in Verbindung gebracht wurde. Man ließ bei einer Temperatur von 20°C drei Tage lang stehen. Nach energischem Rühren sedimentierten die festen Teile;die an der Oberfläche schwimmende Masse wurde analysiert. Die auf Gewichtsbasis ausgedrückten Ergebnisse wurden mit denjenigen verglichen, die mit dem Rohschlamm erzielt wurden. Sie sind folgende (Teile pro Million):
Al Zn Ni Pb Cu Cr
Man kann daraus schließen, daß die Fixierung ausgezeichnet ist. Unter Berücksichtigung der ausgezeichneten mechanischen Leistungen des Materials, die sich mit der Zeit nur verbessern können, hat das Wasser nicht die Möglichkeit, das Material bis ins Innerste zu durchdringen.
Beispiel 2
Es wurde der Einfluß verschiedener Zusätze nach den in MPa ge-•messenen mechanischen Kompressionsfestigkeil-en beurteilt.
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Rohschlamm aufbereiteter Schlamm 0,08
10 <0,05
2 0,01
0,1 0,06
3 0,05'
o,7 0,04
5
- 9 - 1 Monat 2930602
Bindemittel 7 Tap;e 8,5 6 Monate
Puzzolan + Kalk
(70 : 20 Teile)		 1 10 15
Beimischung von 4
Teilen Kalziumsulfat		 1,5 9· 16,5
Beimischung von 5
Teilen Natronaluminat		 1,8 11 14
Beimischung von 4-
Teilen Harnstoff/
Formaldehyd-Harz		 2,5 13
Die verschiedenen Beimischungen drücken sich in einer deutlichen Beschleunigung der Verfestigung aus. Es ist auch möglich, die verschiedenen Beimischungen zu kumulieren. Die Ergebnisse sind dann folgende:
7 Tage 1 Monat b Monate
5,5 25 35
Beispiel 3
Zu einer Mischung von 1 Teil Kalk und 3 Teilen Flugasche gab man 2 Teile Wasser mit einem Gehalt von 2 % NaOH. Eine zweite Mischung führte man danach unter den gleichen Bedingungen durch, wobei man 5 % ZnO auf Basis der Feststoffe zugab. Eine dritte und vierte Mischung führte man unter gleichen Bedingungen wie bei der ersten und zweiten Mischung durch, wobei man jedoch die Bestandteile in eine Kugelmühle einführte, in der man sie einer Zerkleinerung von 30 J/g 0,5 h lang unterwarf. Die spezifische Oberfläche der Asche betrug ursprünglich 1.500 cm /g. Nach der Zerkleinerung betrug sie 3.200 cm /g. Eine fünfte Mischung "stellte man unter gleichen Bedingungen wie die dritte Mischung her, wobei man Jedoch Zinkoxyd nach der Zerkleinerung in den gleichen Anteilen wie in den Mischungen 2 und 4· zugab.
Die Kompressionswiderstände in MPa von geglühten Probekörpern •von 4χ4·χ16 Cm aus diesen verschiedenen Mischungen sind nachstehend angegeben:
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Mischung 7 Tage 28 Tage 180 Tage
Flugasche + Kalk 2 4 17
Flugasche + Kalk + ZnO 0,5 . 2 5
Flugasche + Kalk + Zer
kleinerung 0,5 h lang		 3 15 30
Flugasche + Kalk + ZnO +
Zerkleinerung 0,5 h lang		 2,5 12 25
Flugasche + Kalk + Zer
kleinerung + ZnO		 0,5 2,5 4,5
Die Versuche zeigen, daß erfindungsgemaß die hemmende Wirkung von ZnO mehr als kompensiert werden kann.
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Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE
1.)Verfahren zum Binden von Abwasser oder Schlamm, "bei dem man Abwasser bzw. Schlamm mit einem Wassermörtel versetzt und abbinden läßt, dadurch gekennzeichnet , daß man das Gemisch einem Mahlvorgang unterwirft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Schlamm mit einem Peststoffgehalt von bis zu 60,vorzugsweise 10 bis 50 und insbesondere 15 bis 40 Gew.-% (RestVasser) verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gewichtsverhältnis von Wassermörtel : Schlammfeststoff von 30 : 1 bis 0,5 '· 1i vorzugsweise 10 : 1 bis 1 : 1 und insbesondere 5 '· 1 bis 2:1 anwendet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Mahlvorgang die spezifische Oberfläche der Peststoffe, insbesondere des Wassermörtels um 50, vorzugsweise 90 und insbesondere 15O % und mehr vergrößert.
5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Mahlvorgang so durchführt, daß von einer Siebfraktion mit mindestens 10, vorzugsweise 20 und insbesondere 50 Gewichtsprozent der Peststoffteilchen, insbesondere der Wassermörtelteilchen mindestens 10, vorzugsweise 20 und insbesondere 50 Gew.-% und mehr das Sieb nach dem Mahlvorgang passieren.
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