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.