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Oct 30, 2023

Die Gänsehaut loswerden

In den letzten zehn Jahren haben Mülldeponien in den USA mit einer klebrigen, polymerähnlichen Substanz namens „Black Goo“ oder „Flubber“ zu kämpfen, die lebenswichtige Geräte verstopfen und Sickerwasser und Gas beeinträchtigen kann

In den letzten zehn Jahren haben Mülldeponien in den USA mit einer klebrigen, polymerähnlichen Substanz namens „Black Goo“ oder „Flubber“ zu kämpfen, die lebenswichtige Geräte verstopfen und die Sickerwasser- und Gassammelvorgänge beeinträchtigen kann.

Die Anomalie, die hauptsächlich auf feuchteren Deponien oder an Standorten auftritt, die Schlamm aus Kläranlagen aufnehmen, hat Wissenschaftler bei der Suche nach der Frage, was der schwarze Feststoff ist und woher er kommt, vor ein Rätsel gestellt.

Auf der diesjährigen WasteExpo, die vom 1. bis 4. Mai in New Orleans stattfindet, diskutieren die Diskussionsteilnehmer der Sitzung „Leachate Management: Ein Update zu „Flubber“ und „Black Goo““ über das Verschmutzungsmaterial, seine Herkunft, Werkzeuge zur Prävention und Sanierung sowie Aktualisierungen zur aktuellen Forschung.

Craig Benson, Diskussionsteilnehmer der Sitzung und emeritierter Professor für Bau-, Umwelt- und Geologieingenieurwesen an der University of Wisconsin, sagte, er sei vor etwa zehn Jahren zum ersten Mal auf schwarze Schmiere gestoßen, als er auf einer feuchten Mülldeponie im Südosten arbeitete.

Der Standort, an dem viele Geruchsbeschwerden eingegangen waren, hatte aufgrund häufig verstopfter Rohre Schwierigkeiten, den Sickerwasserspiegel niedrig zu halten. „Wir konnten die Rohre nicht am Laufen halten; Ständig wurden die Pumpen mit diesem schwarzen, klebrigen Zeug verstopft“, sagte er. „Im Wesentlichen wurden [die Feststoffe] jeden zweiten Tag neu aufgebaut.“

Benson stellte weiterhin an anderen Stellen schwarze Gänsehaut fest, was ihn dazu veranlasste, das Phänomen weiter zu untersuchen.

„Wir würden es immer häufiger sehen, das Vorhandensein dieses schwarzen, klebrigen, klebrigen Materials – anders als die historisch schwarze, biologische Materie, mit der wir alle vertraut sind“, sagte er. „Das war etwas anderes. Es war nicht nur Biofilm; es war ein anderes Material.“

Was ist es?

Um eine Lösung für das Problem zu finden, müsse er laut Benson zunächst verstehen, wie sich der Stoff durch Deponien bewegt und wie er in Sickerwassersammelsysteme gelangt.

Anhand von etwa 30 Proben aus Siedlungsabfalldeponien in den USA, Guam und Puerto Rico ergab Bensons Forschung, dass die meisten Proben unabhängig vom Standort einer Deponie oder der Materialzusammensetzung dieselben physikalischen Eigenschaften aufweisen – ein dehnbares, gummiartiges Material mit starkem Geruch , was wahrscheinlich auf Sulfidverbindungen zurückzuführen ist, die an dem „klebrigen Zeug“ haften.

Um die Substanz weiter zu identifizieren, nutzte Benson die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR), um die chemische Bindung und chemische Struktur von schwarzen Glibberproben zu untersuchen. Bei FTIR wird ein Ultrainfrarotstrahl in die Probe geschickt, wo einige Wellenlängen absorbiert werden und andere nicht. Ein Sensor misst, was reflektiert wird, und erstellt so einen „Fingerabdruck“ der Zusammensetzung des Materials.

Bei der Betrachtung von schwarzen Schmierproben aus 17 verschiedenen US-Deponien sagte Benson, dass sie alle „im Wesentlichen das gleiche FTIR-Spektrum und … die gleiche Art von Bindung hatten“.

Er bemerkte auch, dass die Bindungen denen von Polymeren auf Acrylatbasis ähnelten, die seiner Meinung nach in der heutigen Welt allgegenwärtig seien.

Zusätzlich zur FTIR verwendete Benson die thermogravimetrische Analyse (TGA), um die Zusammensetzung der schwarzen Gänsehaut zu untersuchen. „Wir haben eine sehr einfache … TGA, thermogravimetrische Analyse, durchgeführt, bei der ich eine Probe entnehme, sie in einen Ofen lege, die Temperatur erhöhe und die Masse messe, während sie sich erwärmt. Im Wesentlichen verbrenne ich mit der Zeit Teile dieser Probe.“

Während dieses Prozesses sagte Benson, er habe einen entscheidenden Unterschied erkannt, der ihn zu der Annahme veranlasste, dass es sich bei den Proben um ein kommerzielles Polymer handeln könnte.

„[Das] Gewicht der Probe nahm mit der Zeit ab, … es handelt sich also im Wesentlichen um Wasser, das extrahiert wird, und dann sinkt es einfach ab.“ Und dann nimmt es weiter ab“, sagte Benson, als er eine Grafik der TGA-Analyse beschrieb. „Dieser Rückgang liegt im Bereich der Polymerzersetzung; Das ist ein synthetisches Polymer. Es ist kein natürliches Material.“

Bei den meisten kommerziellen Polymeren wie Polyacrylat sollte es laut Benson möglich sein, „dieses hydratisierte, klebrige Zeug zu nehmen, es zu trocknen und fest zu machen, und dann kann ich es wieder anfeuchten, und es sollte sich wie zuvor neu formieren.“

Dabei stellte Benson fest, dass sich das „schwarze Zeug“ in der schwarzen Gänsehaut ablöste und eine gelatineartige Gänsehaut zurückblieb – ein häufiges Phänomen beim Testen synthetischer Polymere.

Beim Vergleich der Ergebnisse mit herkömmlichen Polyacrylaten sowie einigen kommerziellen Produkten, die diese Substanz enthalten, sagte Benson, dass die FTIR-Ergebnisse nahezu identisch seien. Haushaltsgegenstände, die häufig Polyacrylate enthalten, sind Windeln, Fleischeinlagen, Hygieneeinlagen, Haustiereinlagen und Entwässerungsmittel. In Kläranlagen werden manchmal auch lösliche Polymere eingesetzt, um Schwebstoffe und/oder Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen.

Mit einer sichereren Vorstellung davon, was schwarzer Schleim ist, versucht Benson nun, eine Definition und Schlüsselparameter für die Substanz zu erstellen.

„Eine Sache, die wir mit Sicherheit sehen, ist, dass alle Materialien, die eine ähnliche chemische Struktur haben, typischerweise mindestens 45 Prozent organischen Anteil haben“, sagte er. „Wenn es weniger als 45 [Prozent] beträgt, ist es unwahrscheinlich, dass es bei diesem Polyacrylatmaterial zu dieser Art von schwarzem Schleim kommt.“

Sanierungsbemühungen

Progressive Environmental Services mit Sitz in Gaffney, South Carolina, stieg 2019 in den Bereich Umweltdienstleistungen ein, nachdem es zuvor hauptsächlich mit der US-Marine an chemischen Rohrreinigungsdiensten zusammengearbeitet hatte.

Das Unternehmen beschäftigte sich hauptsächlich mit Ablagerungsproblemen in Sickerwasserleitungen, bis es von Kunden mit Problemen im Zusammenhang mit schwarzer Schmiere konfrontiert wurde, sagt Diskussionsteilnehmer Steve Carl, Gründer und Präsident von Progressive Environmental.

Nach einigen Begegnungen mit der Substanz kam Carl zu dem Schluss, dass sie „völlig wasserunlöslich“ sei. Es ist ein schwarzes Teermaterial.“ Als er erfuhr, dass der Schleim im Wasser schwimmt, sagte er, sein Unternehmen habe einen Weg gefunden, durch den Stoff verstopfte Rohre zu reinigen.

„Ich glaube nicht, dass die Polymere nach unten wandern, weil der klebrige Stoff und das ‚Toffee‘ schwimmt. Ich denke, wenn die Sickerwasserspiegel steigen, heben sie die Polymere an und bilden eine Schicht, die auf der Sickerwasseroberfläche schwimmt, die sich in der Deponie befindet“, sagte er.

Mithilfe einer schaumbasierten Reinigungsmethode sagte Carl, dass die Schaumreaktion die Ansammlung von schwarzem Schleim vertikal durch die perforierten Rohre eines Sickerwassersammelsystems drückt. Wie weit die Schmiere horizontal herausgedrückt wird, wird durch die erzeugte Reaktion begrenzt, fügte er hinzu.

Bei Arbeiten an einer neuen Deponie schaltet Progressive Environmental zunächst das Sickerwassersammelsystem vollständig ab. Anschließend lässt das Personal das System laufen, um zu sehen, wie schnell das Sickerwasser einströmt und wie schnell das System abpumpt.

„Ich sage Ihnen, fast immer sehen wir, wie Ihre Pumpen herunterpumpen, und irgendwo zwischen 20 und 40 Sekunden schalten wir [das System] ein und dann brauchen sie mehr als eine Stunde, manchmal zwei Stunden, um wieder aufzuladen. “, sagte Carl. „Diese Pumpe pumpt 50 Gallonen pro Minute, sie hat zur Vereinfachung der Berechnung in 30 Sekunden abgepumpt, das heißt, ich habe gerade 25 Gallonen aus einem 10 Fuß x 18 Zoll großen Rohr gefördert, das 130 Gallonen bewegt.

„Ich habe 25 Gallonen herausgepumpt und die Pumpe wurde eingeschaltet. Und dann hat es zwei Stunden gedauert, diese 25 Gallonen wieder aufzufüllen – irgendetwas verstopft diese Löcher. Eine geplante Wartung zur Gewährleistung der Systemintegrität ist besser als eine Krisenbehebung.“