Langfristige Schwermetalleinbindung in Böden und Ersatzbaustoffen durch Behandlung mit Bindemitteln

Abstract

Bodenbehandlungen mit Bindemittel können als technische Sicherungsmaßnahme zur Fixierung von umweltrelevanten Inhaltstoffen angewendet werden. Zur Überprüfung der Dauerhaftigkeit dieser Maßnahmen wurde das Elutionsverhalten von zement- bzw. kalkbehandeltem Boden und Brechsand in Felduntersuchungen, Laborversuchen und geochemische Simulationen analysiert. Für die Felduntersuchungen wurden zwei rd. 15 Jahre alte Einbauorte mit Zement- bzw. Kalkbehandlung gewählt und der Zustand der behandelten Schichten erfasst. Beide Einbauorte wiesen noch alkalische pH-Werte auf, d. h. die Bindemittel sind trotz des Auswaschens durch Regenwasser bzw. Sickerwasser und der hohen CO2-Konzentration der Bodenluft noch nicht vollständig ausgewaschen oder carbonatisiert. In den Laborversuchen wurden ein Portlandzement und ein Branntkalk jeweils mit einem belasteten Boden und einem Brechsand gemischt. Die frisch behandelten Materialien zeigten im Säulenversuch deutlich reduzierte Konzentrationen an Antimon, Vanadium und z. T. Bor, Cadmium und Quecksilber. Barium, Blei und z. T. Kobalt und Nickel wurden dagegen durch die Behandlung verstärkt freigesetzt. Die behandelten Materialien wurden durch eine Schnell-Carbonatisierung, eine Wärmebehandlung bzw. eine Kombination von Carbonatisierung und Wärmebehandlung künstlich gealtert und anschließend im Säulenversuch eluiert. Durch die Alterung wurden eingebundene Schwermetalle z. T. wieder mobilisiert. Gleichzeitig wurde ein Teil der durch Bindemittelbehandlung mobilisierten Schwermetalle wieder eingebunden. Die Mechanismen der Einbindung sind sehr komplex und können allein durch Auslaugversuchen nicht aufgeschlüsselt werden. Daher wurden geochemische Modellierungen durchgeführt und mit Versuchsdaten aus pHstat-Versuchen und Schütteltests abgeglichen. So wurden Mineralphasen identifiziert, die für die Schwermetalleinbindungen relevant sein können. Datei-Upload durch TIB Soil treatments with binders can be used as a technical safety measure for the immobilization of environmentally relevant substances. This research project analysed the leaching behaviour of cementand lime-treated soil and crushed construction waste in field studies, laboratory experiments and geochemical simulations. For the field studies, two approx. 15-year-old locations with cement- or lime-treatment were selected. The status of the treated layers was analysed. Both layers still had alkaline pH values, i.e. the binders are not yet completely washed out or carbonated despite the percolation with rainwater or seepage water and the high CO2 concentration of the soil air. For the laboratory tests, a Portland cement and a quicklime were mixed with a contaminated soil and a crushed construction waste. In the up-flow column tests, the freshly treated materials showed noticeably reduced concentrations of antimony, vanadium and to some extent boron, cadmium and mercury. On the other hand Barium, lead and to some extent cobalt and nickel were increasingly released after treatment. The treated materials were artificially aged by a rapid carbonation, a heat treatment or a combination of carbonation and heat treatment and then leached in a column test. Due to the aging some of the bound heavy metals were re-mobilised. At the same time, some of the heavy metals mobilised by the binder treatment were incorporated. The mechanisms of the immobilization are very complex and cannot be explained by leaching tests alone. Therefore, geochemical modelling was performed and compared with experimental data from pH dependence tests and L/S batch tests. In this way, mineral phases have been identified, which may be relevant for heavy metal immobilization.