Müllverbrennungsschlacke

Environmental Sciences Europe, May 1989

D. O. Reimann

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Müllverbrennungsschlacke

UWSF-Z. Umweltchem. Okotox. M/illverbrennungsschlacke D. O. Reimann N e u e s aus der A b f a l l w i r t s c h a f t Zweckverband M/illheizkraftwerk Stadt und Landkreis Bamberg, D - 8600 Bamberg Das Abfallgesetz (AbfG) der Bundesrepublik Deutschland, rechtskrfiftig seit dem 1. 11. 1986, schreibt in ~ 1 Abs. 2 bei der Abfallentsorgung das Gewinnen yon Stoffen oder Energien aus Abffillen (Abfallverwertung) und das Ablagern yon Abf~illen sowie die hierzu erforderlichen Mai~nahmen des Einsammelns, Bef6rderns, Behandelns und Lagerns vor. (Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang auch der ~ la.) Betreiber genehmigungsbed/irftiger Anlagen - worunter auch die thermischen Abfallverwertungsanlagen (M/illverbrennungsanlagen) fallen - sind nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz ~ 5 (BlmSchG) verpflichtet, reststoffarme Verfahren einzusetzen oder Reststoffe durch Verwertung zu vermeiden. In der Bundesrepublik Deutschland fallen j/ihrlich 2 5 - 30 Mio Mg Hausm/ill, hausmiillfihnlicher Gewerbemfill UWSF-Z. Umweltchem. Okotox. (1989) 2: S. 1 8 - 2 5 © ecomed verlagsgesellschaft mbh, Landsberg • Miinchen • Zfirich Einleitung Auch ~ 3 Abs. 2 AbfG zieh in diese Richtung, wonach die Abfallverwertung Vorrang vor der sonstigen Entsorgung hat, wenn sie technisch m6glich ist, die hierbei entstehenden Mehrkosten im Vergleich zu anderen Verfahren der Entsorgung nicht unzumutbar sind und fi& die gewonnenen Stoffe oder Energien ein Markt vorhanden ist oder insbesondere durch Beauftragung Dritter geschaffen werden kann. In der Kombination von ~ 1 mit $ 3 AbfG und ~ 5 BImSchG wird f/ir die thermische Abfallverwertung neben der Energienutzung vordringlich die Wahl reststoffarmer Verfahren bzw. die Reststoffverwertung gezieh gefordert. Voraussetzung zur Erf/illung der gesetzlichen Forderungen sind die genaue Ermittlung und das Bilanzieren der verschiedenen Stoffstr6me bei der thermischen Abfallverwertung. 1 Schlackeanfall Faulschlamml, 35 kg TS/Mg ~lbIenei MLL~ IooOkg IMagllMeOlWlea~utfegaabuef bezogen Werte einschiieOlieh Sehla~verb~ennung Schrott O-6amm Baustoff Bau- ~e ..... schutt Abb. 1: Bamberger M/illverbrennungsschema mit spezifischen Frachtangaben pro M g M/ill [1] und Sperrm/ill an. Davon wurden lt. Angaben des Bundesumweltamtes 1986 = 7,2 Mio Mg verbrannt (1987 um 8 Mio Mg). Abb. 1 stellt den Stoffkreislauf bei der thermischen Umsetzung yon Hausm/ill dar. Durch die oxidative Umwandlung der organischen Inhaltsstoffe des Hausmfills entsteht neben schadstoffbelasteten Rauchgasen und Abwfirme die Schlackefraktion als matggebende R/ickstandsmenge. Sie setzt sich aus den mineralischen und nicht brennbaren Bestandteilen des Aufgabeproduktes Hausm/ill (Unverbranntem ___5 %) sowie der Asche aus den verbrannten organischen Stoffen zusammen und macht mehr als 90 % der Reststoffe aus Verbrennungsanlagen aus. Bei Anstieg des Heizwertes der organischen Substanz eines Hausm/ills verringert sich der Schlackeanteil. Der heute/ibliche Hausm/ill mit einem Heizwert yon 8 000 - 8 500 kJ/kg weist 30 - 35 % mineralische Substanz auf, sodaf~ eine Trockenschlackemenge von 3 0 0 - 350 kg/Mg M/ill anffillt. Die bei 8 0 0 - 1 000 °C in den Ofen entstandene, heitge Schlacke wird im Wasserbad abgeschreckt, nimmt dabei Wasser auf und besitzt nach dem Abzug aus dem Aschebunker in Abh/ingigkeit von dem Feinstanteil einen Wassergehalt von 1 5 - 2 5 %. Das Schlackegewicht feucht erh6ht sich dadurch um 5 0 - 7 0 kg auf 3 5 0 - 4 0 0 k g / M g Mfill. Diese mit Wasser gesfittigte Feuchtschlacke enth~lt neben der Hauptfraktion an mineraiischen Substanzen auch einen merklichen Schrottanteil an Fe- und NE-Reststoffen ( 4 0 60 k g / M g Mfill). Bei getrennter Sammlung von Fe vor der Mfillsammlung kann wegen der damit verbundenen Erfassungsprobleme nur ein unbedeutender Anteil von Schrott der Schlacke entzogen werden [2]. Auch eine Fe-Vorsortierung vor der thermischen Abfallverwertung stellt nut eine Teill6sung dar. Unter dem Gesichtspunkt der stoffiichen Verwertung und damit Vermeidung von Reststoffen aus Verbrennungsanlagen kommt der Wiederverwertung dieser mengenm~f~ig • ausschlaggebenden Schlackefraktion eine besondere Bedeutung zu. Voraussetzung zur Wiederverwertung und zur Beurteilung als z.B. umweltvertretbarer Baustoff ist die Kenntnis fiber die Schlackeinhaltsstoffe und die Einhaltung der Forderungen nach dem LAGA-Merkblatt ,,Verwertung yon festen Verbrennungsrtickst/inden aus Hausmfillverbrennungsanlagen" [ 3 ]. Nur filterstaub- und sorptionsstoffreie Schlacke daft verwertet werden. Des weiteren sind solche Verfahren zu w~hlen, die eine weitgehende Reduzierung m6glicher Schadstoffe aus der Schlacke gew/ihrleisten. 2 Einfluf~ der Verbrennungstemperatur und des Wascheffektes auf die Schlackequalitiit Die Inhaltsstoffe der Schlacke werden durch die Miillverbrennungstemperatur beeinflutgt. Je h6her die Verbrennungstemperatur gefahren wird, um so mehr anorganische Schadstoffe wie Salze und auch leichtflfichtige Schwermetalle lassen sich aus dem Abfall in Richtung Rauchgaspfad abtrennen, und um so besser ist die Freisetzung und Trennsch/irfe dieser Stoffe. Das bedeutet, daf~hohe Verbrennungstemperaturen zu einer schadstoff/irmeren Schlacke ffihren und deshalb verfahrensm/ilgiganzustreben sind. Die Qualit~it der Schlacke 1/it~t sich somit durch eine optimale Feuerung und Feuerungstemperatur positiv beeinflussen [4]. Da nach dem LAGA-Merkblatt [ 3 ] u.a. auch die Ausbrandqualit/it, gemessen als Gliihverlust < 5 % eingehalten werden mul~, bedarf es auch hierffir einer weitgehenden Verbrennung der organischen Substanz, gekennzeichnet durch niedrigen Glfihverlust und C-Gehalt. Neben einer feuerungsm~it~ig beeinflut~baren Schadstofftrennung verdient die Behandlung der anfallenden Schlacke direkt nach der Verbrennung Beachtung, denn nach dem LAGA-Merkblatt [ 3 ] dfirfen bei einmaliger Elution nach DEV-S4 nicht mehr als 2 Gew. % der Schlacke in L6sung gehen. 3 Schlackewaschung Zur Schlackeabschreckung wird bereits anderweitig mehrfach benutztes Wasser verwendet. Tabelle 1: [nhaltsstoffe des Abwassers aus Naflentaschung nach 2-stfindiger Sedimentation ohne zus~itzliche Behandlungsverfahren sowie ausgewaschene Fracht aus Schlacke sedimentiertes Abwasser aus NaBentascher - Untersuchungszeitraum 1 9 8 3 - 1988 Anmerkung:Werte gelten f/ir eine spez. Abwassermenge aus Na~entascher von 0,35 - 0,40 m3/Mg M/ill, T 55 - 60 °C, Aufenthaltszeit 15' Die Schlacke einschliel~lich Kesselasche wird im Naf~entascher durch den Transport auf einem Plattenbandf6rderer bei Wassertemperaturen von 55 - 60 °C und einer Aufenthaltszeit von 15 min gewaschen. Wfihrend dieses Waschvorganges betr~igt die Wasseraufnahme der Schlacke ca. 2 0 - 3 0 %, die sich im anschliet~enden Schlackebunker durch natfirliche Nachentwfisserung auf ca. 15 - 25 % verringert. Die Abwassermenge, die z.Zt. aus dem Nat~entascher sowie der Nachentw~isserung aus dem Schlackebunker anf~illt, betr~igt zwischen 3 5 0 - 400 1/Mg Mfill, gleichbedeutend 1 1/kg Schtacke. Die in ~ T a b e l l e i angegebenen Mittelwerte zeigen, da~ im wesentlichen leichtl6sliche Chloride und nur unwesentlich Schwermetalle, die meistens als schwerl6sliche Metalloxide vorliegen, ausgelaugt werden. Die Inhaltsstoffe im Abwasser [5] liegen ohne zusfitzliche Behandlungsverfahren in der Regel unter den Grenzwerten der Entwfisserungssatzungen bzw. den Richtwerten nach A 115 (ATV) (die zul~issigen Grenzwerte ~ Tabelle 3). 4 Auslaugverhalten der gewaschenen Schlacke Nach dem LAGA-Merkblatt [ 3 ] sollen in gewissen Zeitabst~inden Untersuchungen der Schlacke auf das Auslaugver Bezeichnung der untersuchten Stoffe pH abfiltrierbare Stoffe Abdampf rOckst&nde CSB (02) Sulfat (SO4) Chlorid (CI-) Fluorid (F-) Quecksilber (Hg) Cadmium (Cd) Kupfer (Cu) Nickel (Ni) Chrom (Cr) Zink (Zn) Blei (Pb) Arsen (As) POX Schwankungsbereich mg/I 6,9 17 TabeUe 2: Restauslaugverhalten der im Nat~entascher gewascbenen Schlacke nach DEV-S 4 mit bidestil]iertem H 2 0 (rag/I; mg/kg Schlacke) Auslaugung nach LAGA-Merkblatt DIN 38404/5/6 u. 9 TabeUe 3: Vergleich auflagebedingter Grenzwerte for Trinkwasser und Abwassereinstufung Bezeichnung der untersuchten Stoffe pH Abdampf rOckstand Gl~hverlust (550 °C) Ammonium (NH~) Nitrat (NO~) CSB (O~) BSB5 (o~) Sulfat (so4) Chlond (CL-) Fluorid (F-) Cadmium (Cd) Kupfer (cu) Nickel (Ni) Chrom (or) Zink (Zn) Blei (Pb) Wassergehalt % r-o ~E "O w ~ < ~ N,.~ t - . o ..~ ¢,halten einiger definierter Inhahsstoffe durchgefiihrt werd e n . Auch die nach dem Bamberger Verfahren gewaschene Asche wird auf ihr Auslaugverhalten nach den entsprechenden DIN-Normen 3 8 4 0 4 / 5 / 6 und 9 untersucht. Die Ergebnisse vgl. ~ Tabelle 2, wo neben dem Schwankungsbereich der untersuchten Inhahsstoffe auch deren Mittelwerte angegeben sind. Da bei diesem Auslaugverfahren nur jeweils 100 g Schlacke auf 1 1 Waschwasser zugegeben werden, miissen zur Errechnung des Auslaugverhahens in m g / k g gewaschener Schlacke die Konzentrationen mit dem Faktor 10 muhipliziert werden. Bei dem Vergleich der Mittelwertkonzentrationen mit den Grenzwerten nach der Trinkwasserverordnung [6] zeigt sich, daf~mit Ausnahme der organischen Verschmutzungen die Grenzwerte in der Regel unterschritten werden. F~r Kupfer und Zink sind keine Grenzwerte angegeben, da diese Schwermetalle in Wasserleitungsrohren oftmals eingesetzt werden und dadurch zu hohen Konzentrationen im Trinkwasser fiihren k6nnen. Der Sulfatgehalt spieh nut dann eine Rolle, wenn die Best~ndigkeit von Betonrohren zu beachten ist. Die hier gefundenen Auslaugergebnisse werden auch durch Langzeituntersuchungen in Bamberg [7] und bei einer Baumal~nahme nach [22] best/itigt. Im Rahmen einer Felduntersuchung wurde das gesamte Sickerwasser eines Schlackeweges (Breite ca. 3 m, Schlackest/irke 1 5 - 20 cm, L/inge 30 cm) untersucht. Dieser Schlackeweg besaf~ nach oben keine Abdichtung. Das anfallende Sickerwasser wurde in dichten Folien aufgefangen und anschlief~end analysiert. Trotz saurem Regens wies das Sickerwasser keine Analysenergebnisse auf, die die Werte der Trinkwasserverordnung (iberschritten. Grenzwerte nach A l 1 5 [ 1 ] / E W S [2] mg/I 1 2 0,5 3 0,05 _< < < < -_< 60 -< _ < 1 _< 600 _< 5 < 3 _< 200 -< 20 _< 200 _< _ _< lOO -< 5 = E N $ ~ ~"---~ C ~ N -~ ~ < " ( o ~ g "~ a~ ~ - ~ , ~ ~ ~ A b w a s s e r Inhaltsstoffe Arsen Blei Cadmium Chrom ges Cyanide Fluorid Nitrate Quecksilber Selen Sulfate Zink Nickel Kupfer Aluminium Nitrite A m m o n i u m Antimon Phenole halogenierte Kohlenwasserstoffe (As) (Pb) (Cd) (Cr) (CN-) (F-) (NO3-) (Hg) (Se~,_ SO~ ) (Zn) (N0 (Cu) (AI3+) (NO2) (NH~-) (Sb) (C6HsOH) Schwellenwerte nach VGS [ 3 ] mg/I g/h 0,05 0,2 0,02 0,2 0,005 0,2 0,3 0,5 1 8 0,4 8 0,1 _ 8 12 -10 '~ ~ =c ~ a -c =~ O ~ O -~ o~ co .c_ ~ ~_ ~ ~ ~~LL"~ _2~.~ ~el 0 ~ .--~ ~ <~ ~~ t O ~ '~ Trinkwasser Trinkwasser verordnung [41 mgll HSchstkonzentration nach EG [5] mg/I 0,04 0,04 0,005 0,05 0,05 1,5 50 0,001 0,001 240 0,05 0,2 0,1 0,5 N e u e s aus der Abfallwirtschaft MLillverbrennungsschlacke 5 Prozentuale Aufteilung einiger Schadstoffe auf den Schlacke- und Rohgaspfad einschlief~lich deren Auslaugverhahen D u r c h u m f a n g r e i c h e Schadstoffbilanzen u n t e r B e a c h t u n g s~imtlicher Stoffstr6me ist es gelungen, die F r a c h t e n maGgeblicher Schwermetalle u n d Salze [8] for d a s h e t e r o g e n e A u f g a b e p r o d u k t MOll zu ermitteln [ 9, 10, 11, 12 ]. In Spalte 2 sind die F r a c h t e n der wesentlichen E l e m e n t e p r o M g M i l l angegeben. S p a h e 4 u n d 5 zeigen die p r o z e n t u a l e Aufteilung a u f die Schlacke u n d das R o h g a s , Spalte 5 u n d 6 das qualitative A u s l a u g v e r h a h e n der I n h a l t s s t o f f e bei Tabelle 4: Prozentuale Verteilung maggebender Schwermetallein Schlacke und Rohgas sowie deren Auslaugverhalten bet pH = 7 u n d p H = 4 m E @ ..... X ........ ElektroFilterstaub NeutPalisitionsschlamm iiiiiiiiiiiiiiiiiii:i:i!i!i:iii:;:i:i:i:i:i:i:i:iiiiii ~ , = 6o :~'.. ......... ..AII~ 40 " "- - • .:.:,:-:-:v • 3o}~zg~. : : : : : ::&?;,~ 2o{ i ! : : : : ' ~ ' : ~ : : : : ~ : ~ l i;;;i~;~i;;~;======================,o=l=iii ...... .+...-..+..~.~;~ Z 3 ~ 5 6 zu/.Ni < 3mg/l 7 B 9 l0 ii 12 pH =================================================================================== Rohgas 7 ~ ~1~1111111111 1 ..:..!....~.~, zul .Cu <- 2mg/l .:.::~.::?.:::.:-:..':':::::::.:::::::~::.::~.:~ . .~ Z 3 ~ 5 6 7 i0 II 12 p~ . 8 . 9 Rohgas 6~ .., , , ,....,.,., ...... lO0 ! !l.l.I) ! !1!. I 90 1 ::;:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: 7m0 t | "'"'"'"C'r"'"'"'~"2:'5:'0:'g7/"M:'g:':':':M':'O:'i:l':'""" I 5600.~ I::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: +~° "':::':.t~ : : : : ::::::::::: : ::: :::::::::::::::::::::::::: 3o ":::~i :::::s & i L J ~..;.".:.'.:.:.:.::.:.:.:.:.:.::I '° zui .CP. ges~ 3nlg/1 2 3 4 5 6 7 8 9 i0 II IZ pff Schlacke :i! o+ + ", ...•.. +o. 3 4 5 6 , 7 , 8 , 9 , . i0 ii o iZ pH Rohgas/SchlackeverLeilung Auslaugverhal£en pH-abh~ngig Abbildung 2a und 2b: Schwermetalle Hg, Cd, Pb, Zn, Ni, Cu, Cr und As im M/ill - Verteilung auf Rohgas/ Schlacke und Auslaugverhahen p H - - - 7 und p H = 4. Besondere Bedeutung k o m m t dabei denjenigen Schadstoffen und Sahen zu, die hauptsfichlich in der Schlacke enthalten sind, und die eine hohe Fracht und gleichzeitig ein mittleres bzw. grofCes Auslaugverhahen aufweisen. Wegen ihres Auslaugverhahens bet niedrigen p H - W e r t e n (pH 4 dutch saueren Regen bzw. C O 2 innerhalb Deponien) sind insbesondere Chlorid, C a d m i u m , Z i n k und Nickel zu beachten. Fluorid und Kupfer weisen demgegenLiber nur ein mittleres Auslaugverhalten auf. Die in ~ Tabelle 4 angegebenen qualitativen Bewertungen 0bet das Auslaugverhalten bet p H 4 und 7 sind in den Abb. 2a und 2b 0 b e t dem pH-Bereich von 2 - 1 2 dargestelh [ 12, 13 ]. Bet Einsatz der Schlacke in der N a t u r kann durch saueren Regen bzw. in Deponien durch CO2 nur eine p H - A b s e n k u n g erwartet werden, s o d a g Untersuchungen mit dem p H - W e r t > 12 for die Schlackeverwertung nicht von Bedeutung sind. C a d m i u m gelangt z.B. bet ether N o r m a l v e r b r e n n u n g s t e m peratur von 8 0 0 - 1 000 °C zu 90 % ins Rohgas, nur 10 % verbleiben in der Schlacke. Bet h6heren Verbrennungstemperaturen kann der Anteil in der Schlacke noch wetter vermindert werden. Die Fracht in der Schlacke ist sehr gering und f/ihrt auch bei sehr hohem Auslaugverhalten und niedrigem pH-Wert zu keiner kritischen Konzentration. Weitere Details -~ Abb. 2a, 2b. 6 I n h a h s s t o f f e in E r d k r u s t e u n d in M V A - S c h l a c k e Soil Schlacke als Baustoff Verwendung finden, bedarf es nicht nur der Kenntnis fiber die Inhaltsstoffe, sondern ebenfalls einer umweltrelevanten Beurteilung dieser Stoffe. In -+ TabeIle 5 sind in der 2. Spalte die in der Erdkruste vorhandenen Frachten verschiedener Elemente [14, 15] aufgef/ihrt. Bei der vergleichenden Beurteilung der Inhaltsstoffe Schlacke - Erdkruste wurden nur die m6glicherweise unerw/inschten Inhaltsstoffe einbezogen. In den Spalten 3 und 4 der --' Tabelle 4 sind die Inhaltsstoffe der Schlacke aufgef/ihrt, wobei fast alle Bamberger Schadstoffkonzentrationen durch gute Feuerffihrung im unteren Bereich der Schweizer Ergebnisse liegen [16]. Ein erh6hter Wert stellt sich fiir Quecksilber ein. Da jedoch Quecksilber (Hg), wie - ' Abb. 2a zeigt, fast nicht auslaugbar ist, spielt Hg bei der Betrachtung m6glicher Geffihrdung durch die Schlacke eine untergeordnete Rolle. Neben den Inhaltsstoffen wurde auch ein Anreicherungsfaktor (AF) aufgefiihrt. Als Anreicherungsfaktor wird dabei das Verh/iltnis zwischen Inhaltsstoffen der Schlacke zu Inhaltsstoffen der Erdkruste deftniert [16], Bei unbehandelter Schlacke liegt der AF ffir Chlorid bei ca. 30. Das bedeutet, datg ca. 30 real soviel Chloride in der unbehandelten Schlacke anzutreffen sind wie in der Erdkruste. Bei Fluorid liegt der umgekehrte Fall vor; es wird bedeutend weniger Huorid in der Schlacke gefunden als in der Erdkruste. Die AF-Werte f/ir unbehandelte Schlacke liegen ffir Nickel, Chrom und Quecksilber unter 10, ffir Cadmium, Kupfer und Chlorid zwischen 20 und 30, und fiir Zink und Blei bei 60 - 80. Wie bereits erwfihnt, wird in Bamberg die Schlacke gewaschen. Durch dieses Waschverfahren lfit~t sich im wesentlichen der leichtl6sliche Chloridanteil (50 % des C1) reduzieren, sodaf~ der AF-Faktor von 30 auf 15 abgesenkt werden kann. Die/ibrigen Salze und Schwermetalle liegen in der Regel als Oxide und Karbonate oder auch als Hydroxide vor und sind, wie die Auslaugversuche zeigen, meist schwerl6slich. Der nach dem LAGA-Merkblatt [ 3 ] vorgeschriebene Nachweis des Auslaugverhaltens ~ h r t zu den in den Spalten 9 und 10 aufgeffihrten Daten. Diese Ergebnisse besditigen ebenfalls die in -~ Abbildung 2a und 2b dargestellten Auslaugtrends. Selbst der nach dem DEV-S4 Verfahren ermittelte, viel zu ungfinstige und realit~tsfremde Auslaugnachweis f/ihrt bei den meisten Schwermetallen auch nur zu Auslaugwerten _ 1%0. Besondere Beachtung verdient dabei das Auslaugverhalten von Chloriden, die unabh/ingig vom pH-Wert immer noch bis zu 47 % auswaschbar sind. Hier k6nnte - falls auflagenbedingt gefordert - eine Verbesserung der Waschung eine m6gliche weitere C1-Reduzierung erbringen. In der Schweiz nahe Zfirich werden z.Zt. in einer Grof~versuchsanlage Auswaschversuche f/ir Schlacke in einer Drehtrommel mit anschliet~ender Trocknung und Windsichtung zur Feinstoffabscheidung durchgef/ihrt. Die Betriebsergebnisse stehen noch aus. In Spake 12 sind die AF-Werte f/it kesselaschefreie, gewaschene Schlacke aufgef/ihrt. Nur bei Cadmium ist fiberhaupt eine merkliche Verringerung des AF-Wertes ohne Kesselasche erzielbar. Die in -" Tabelle 5 aufgeffihrten AF-Werte vergleichen die Inhaksstoffkonzentrationen von Schlacke mit denen der Erdkruste. Tats/ichlich m~@en anstelle von Erdkruste die Inhaltsstoffkonzentrationen der Naturbaustoffe wie Schotter, Kalk u.~i. herangezogen werden. Sobald entsprechende Untersuchungsergebnisse fiber Schotter von dem Bundesverband Naturstein-Industrie vorliegen, sollte eine vergleichende Beurteilung der AF-Werte erfolgen. Tabelle 5" Vergleich Inhaltsstoffe Erdkruste zu unbehandelter, gewaschener und kesselaschefreier MVA Schlacke, Restauslaugbarkeit nach DEV $4 (neutral) Schlacke unbehandelt Element Erdkruste Schweiz [14] g/kg 0,13 0,65 0,00008 0,0002 0,06 0,08 0,1 0,07 0,013 [15] g/kg Mfillverbrennungsschlacke 7 Aufbereitung der Schlacke Die Absiebung und Enteisenung der Schlacke erfolgt nach bew~ihrten Techniken, wobei aus 1 Tonne Hausmfill ca. 300 kg Baustoff in den Korngr6f~en von 0 - 64 mm, 60 kg Schrott und ca. 2 0 - 3 0 kg lDberkorn mit einem ® > 64 m m anfallen [17]. Die Langzeitergebnisse zeigen, dat~ Schrott mit ca. 1 0 - 15 % in der Schlacke enthalten ist, gleichbedeutend 4 - 6 % im Aufgabegut MOll. Der ben6tigte Platz for die Zwischenlagerung und die Oberfl/ichen- sowie Sickerwassererfassung der Schlacke ist zu beachten. 7 . 1 0 b e r k o r n O > 64 m m Das lDberkorn besteht meistens aus Grobschlacke, aus Bausteinen, die im M/ill mitangeliefert werden und aus verkohltem Holz, angesengten B/ichern, Papier- und Kunststoffresten sowie Textilballen und betr/igt ca. 5 - 10 % der Gesamtschlacke. Zur Verhinderung eines zu hohen organischen Anteils im lDberkorn kann diese Restschlacke nochmals in den M/illbunker aufgegeben, mit dem MOll vermischt und anschlietgend ein zweites Mal verbrannt werden. Grundsiitzlich besteht die M6glichkeit einer Uberkornaufbereitung, wobei jedoch wegen der geringen Menge der daf/ir erforderliche Aufwand z.Zt. kaum vertretbar erscheint. Die Eluatuntersuchungen des Bamberger lDberkorns weisen mit Ausnahme yon Zink und Quecksilber identische Ergebnisse zu der ausgelaugten, gewaschenen Schlacke nach -~ Tabelle 5 (vorletzte Spalte) auf. Die Quecksitberkonzentration liegt bei 50 %, die yon Zink sogar nur bei 10 % der Vergleichswerte. 7.2 Schrott Bei dem Schrott mit ca. 40 - 60 k g / M g MOll (Schrott aus MVAs 1987 ca. 4 x 10 s Mg) handelt es sich um ein relativ verschmutztes Produkt. Die Untersuchungen der schrottverwertenden Industrie [2] belegen, dai~ der Fe-Gehatt in diesem M/illverbrennungsschrott nut bei ca. 50 % liegt. Das verursacht bei der mit Schrott angereicherten Stahlherstellung eine Stahlwerksschlacke mit einem sehr hohen Rest-Fe-Anteil und damit einen schlechten Nutzungsgrad. Die Verwertung des M/illverbrennungsschrotts erschwert sich zus/itzlich durch den im Vergleich zum Normalschrott relativ hohen Kupfergehalt (ca. 0,8 %). Aus vorgenannten Gr/inden ist es z.Zt. wegen geringer Nachfrage und damit niedriger Schrottpreise/iuf~erst schwierig, die Schrottfraktion aus der Schlacke zu verwerten. Eine Verbesserung lfif~t sich durch wiederholtes Shreddern sowie Mischen mit hochwertigeren Schrottsorten erreichen, wodurch jedoch zusfitzliche Kosten entstehen, die gegebenenfalls zu subventionieren sind. Von seiten der Stahlindustrie bzw. der Schrottaufbereitung werden bis zu 40 DM Subvention e n / M g Schrott aus MVAs genannt [2]. Nach Angaben yon MVA-Betreibern bzw. Schlackeaufbereitern [ 19 ] kann trotz der ung/instigen Marktsituation f/it die Schrottverwertung mit einem NullerlOs kalkuliert werden. Abh/ingig von der Marktsituation, Entfernung zum Stahlwerk, Reinheit des Schrottes usw. lassen sich bestenfalls auch Ertrfige bis zu 20 D M / M g Schrott erwirtschaften. Vor Jahren konnte noch die Schlackeaufbereitung durch Einnahmen aus dem Schrottgesch/ift mit Gewinn betrieben werden. Heute sind diese Einnahmen so stark geschrumpft, datg die gesamte Schlackeverwertung aus 6konomischen Grfinden in Frage gestellt werden mut~, falls sich die Schrottpreise nicht wieder erholen. Bis zu 60 D M / M g Mfillschrott k6nnten bei getrennter Sammlung des Schrottes aus dem Abfall z.Zt. erzielt werden. Problematisch mut~ dabei das wenig ertragreiche und nur unwirtschaftlich zu betreibende Erfassungssystern von Schrott und Blech eingestuft werden, da trotz getrennter Erfassung ein Grof~teil yon Fe-Teilen im MOll verbleibt und damit weiterhin in die MOllverbrennung gelangt. Deshalb kann auch for diesen Fall bei einer Schlackeaufbereitung nicht auf eine Entschrottung verzichtet werden. 8 Schlacke als Baustoff Bei der Schlackeverwertung fallen 80 % der Menge als m6glicher Baustoff mit einem SchOttgewicht von 1 , 2 1,3 M g / m 3 und einem verdichteten Raumgewicht von 1 , 8 - 1,9 M g / m 3 bei 1 3 - 15 % Wassergehalt an. Die hydraulischen Bindeeigenschaften bewirken einen Durchl~ssigkeitsbeiwert von kf = 10 .7 - 10 -8 m/s, der fast einem Ton (kf = 10 -9) entspricht. Die zugeh6rige Tragffihigkeit liegt um 9 0 - 9 5 M N / m 2. Dabei sind u.a. das LAGAMerkblatt [ 3 ] nnd auch das ,,Merkblatt fiber die Verwendung von industriellen Nebenprodukten im Strat~enbau Teil: M/illverbrennungsasche" der Forschungsgesellschaft for Straiten- und Verkehrswesen [ 20 ] zu beachten. Trotz der geringen verbleibenden Salzgehalte ist der Einsatz dieses Baustoffes beispielsweise als Dammsch/ittmaterial, AuffOllstoff, Strat~enunterbaumaterial usw. nicht in Wasserschutzgebieten erlaubt. Wegen m6glicher korrosiver Beeinflussung metallischer Leitungen in Verkehrsfl~chen soll zwischen metallischen Einbauten und der Schlacke ein Mindestabstand von 0,5 m eingehalten werden. Neu zu verlegende Leitungen sind mit Umf/illungen zu versehen, die gegen stark aggressive B6den sch/itzen. Um die Schlacke auch als Trag- und Frostschutzschicht im Stratgenbau mit einem kf ca. 10 -4 einsetzen zu k6nnen, bietet sich die Mischung mit nicht bindigem Material wie Steinkohlenkesselgranulat im Verhfiltnis yon 1:1 bis 1:2 an. Zur Einhaltung der Raumbest/indigkeit soll Schlacke vor ihrem Einbau mindestens 3 Monate feucht lagern, um sicherzustellen, dal~ m6gliche Oxidationsprodukte aus Aluminiumhydroxid in dieser Zeit ausgasen k6nnen und die Auskristallisation yon Sulfoaluminaten abgeschlossen ist [26, 29]. Zur Abdeckung yon GarantieansprOchen an Schlackeverwerter im Stratgenbau werden z.Zt v o n d e r Forschungsgesellschaft f/ir Stratgen- und Verkehrswege die RAL-RG M011verbrennungsschlacke 501/2 zur GUte- und PrUfbestimmung von Schlacke sowie weitere Merkbl~itter und Anforderungen erarbeitet [27, 28]. Sie liegen zum Teil bereits als Entwfirfe vor. Von ausschlaggebender Bedeutung ist auch die gezielte und psychologisch richtige Einsatzart dieser Baustoffe, da u.a. Schlackebaustoffe bei entsprechender Belastung durch Fahrzeuge (Mahleffekt) in Trockenzeiten zu Staubentwicklung, und das Glitzern von Glassplittern in Schlackebel~igen zur Ablehnung durch die Schlackeabnehmer f/ihren k6nnen. Schlacke als Baustoff sollte aus vorgenannten ,,optischen" GrUnden grunds~itzlich nur abgedeckt als Tragschicht, Unterbau, DamminnenschUttungusw. Verwendung finden. Dichte Abdeckmaterialien Uber dem Schlackebaustoff wie Bitumen, Bitukies, Hattenbel~ige usw. verringern oder unterbinden sogar den Anfall von Sickerwasser und damit die Auslaugungm6glicher Salze und Schwermetalle. 9 V e r b e s s e r u n g der Schlackeabsatzm6glichkeiten Ein weiterer Schritt zur Verbesserung der Akzeptanz und zum Abbau der Vorurteile wegen mOglicher Umweltbelastungen von Schlackebaustoffen ist durch Abtrennung der Feinstfraktion < 1 mm aus dem Baustoff zu erwarten. Die Absiebung, Windsichtung o.~i. dieser schadstofftr~ichtigen Feinstfraktion ermOglicht eine weitere Schadstoffverringerung im Baustoff, auch wenn dies nicht durch Auflagen vorgeschrieben und gefordert wird. Die dabei anfallende Feinstfraktion ( < 5 % der Schlackemenge) besitzt bis zu 20 % G1Uhverlust und ist entweder zu deponieren oder kann gemeinsam mit den St~iuben aus der Rauchgasreinigung behandelt werden. 10 B e d e u t u n g der Kessel- und Rostasche in der Schlacke Aufgrund der Bamberger Kesselasche-Untersuchungsergebnisse aus den 3 Eckkesseln der MUllverbrennung, deren Heizfl~ichen dutch Ruf~blasen mit kalter Druckluft yon Bel~igen intervallweise gereinigt werden, fallen w~ihrend der Ruf~blaszeit ca. 7 kg Kesselasche/Mg M/ill, w~ihrend der ruf~blasfreien Zeit ca. 3,5 - 3,9 k g / M g MOll an. Im Mittel entspricht dies einem Kesselascheanfall yon 4,8 kg/Mg MUll. Der Ruf~blaseffekt selbst bewirkt einen Kesselaschemehranfall von ca. 3 , 5 - 4 , 0 kg grobe Kesselasche/Mg Miill mit ca. 45 % < 1 mm. Die Inhaltsstoffe der Kesselasche liegen mit Ausnahme yon Thallium bei ca. 2 0 - 60 % der Konzentrationen yon Filterstiiuben. Einer Verringerung der Inhaltsstoffe ist mOglicherweise dutch Verwendung yon heit~em, Uberhitztem Dampf statt kalter Druckluft und bei Einsatz kontinuierlich arbeitender Reinigungssysteme (z.B. Klopfer) zu erwarten. Der prozentuale Anteil yon Kesselasche in der Gesamtschlacke liegt fur Fluorid, Kupfer, Nickel, Zink, Quecksilber und Blei unter 4 % ~iut~erst niedrig und damit in der Gr6f~enordnung yon Ublichen Mef~ungenauigkeiten. Bei Chrom mit 6,5 %, Chlorid 10 % und Cadmium ca. 23 % erscheinen vergleichsweise hohe prozentuale Anteile aus der Kesselasche. Ein Eliminieren dieser anteiligen Inhaltsstoffe durch getrennte Erfassung der Kesselasche wUrde zu keiner mat~geblichen Verringerung der Anreicherungsfaktoren (AF) in der Schlacke fiihren, da die Konzentrationen for diese 3 Inhaltsstoffe auch in der Schlacke relativ niedrig siud. M6glichkeiten zur Verringerung bzw. getrennten Erfassung der Kesselasche in Schlacke sind aus der Ver6ffentlichung ,,Einflu~ der Kesselasche auf die Qualitst yon M/illverbrennungsschlacke" [24] zu entnehmen. Wegen der im Gegensatz zur Schlacke in der Kesselasche in Minimalkonzentrationen (ppt) nachweisbaren Dioxine und Furane scheint eine getrennte Erfassung der Kesselasche und erneute thermische Behandlung vertretbar. lDber den Einflut~ der Asche aus dem Feuerrostdurchfall auf die Schlackequalit~it liegen bisher noch keine allgemeingU1tigen quantitativen und qualitativen Aufschlfisse vor. 11 Vermarktungschancen Der Schlackebaustoff, der Naturprodukte wie Sand, Schotter und Kies ersetzen soil, l~iI]t sich nur zu niedrigeren Preisen als for Naturprodukte und hauptsfichlich in Gebieten mit geringen Naturproduktvorkommen vermarkten. Der m6glichen Einnahme von 3 - 5 D M / M g aufbereitetes Schlackematerial stehen Aufwendungen zur Aufbereitung der Rohschlacke von 2 0 - 2 5 D M / M g und erhebliche Transportkosten gegeniiber. Auch bei weitgehender Schlackeverwertung ist f~r Notf~ille und f/ir unverwertbare Reststoffe ausreichendes Deponienvolumen bereitzustellen. Von den insgesamt aufbereiteten zwei Drittel Rohschlacke gelangen zur Zeit 80 % in Privatbaumat~nahmen und nut 20 % in den Straiten- und allgemeinen Tiefbau. Wichtig bei der Verwertung der Schlackebaustoffe ist die Gr6~e des Absatzgebietes. Wenn fiberregionale Entsorgungsgebiete for die thermische M/illverwertung geschaffen werden [23], mut~ auch die RUcknahme und Verwertung der aufbereiteten Schlacke innerhalb dieser iiberregionalen Gebiete erfolgen und nicht auf Einzelregionen beschr~inkt bleiben. Wird dieser Grundsatz befolgt, lfii~t sich die anfallende Schlacke tatsfichlich absetzen, wie die Betriebsergebnisse einiger MUllverhrennungsanlagen belegen. Mehr als 60 % der Schlacke wird dutch Privatunternehmen aufbereitet, auf Halden zwischengelagert und, soweit m6glich, verwertet und vermarktet. Ausschlaggebend for eine erfolgreiche Vermarktung sind neben dem Nachweis und der Einhaltung der geforderten Grenzwerte umfassende Beratung und zuverl~issige Betreuung der Schlackeabnehmer. M6gliche Konkurrenzsituationen yon Schlackeverwertern (z.B. Bauunternehmern) sollteu vermieden werden. Auch extrem ,,giinstige" Schlackepreise k6nnen den Absatz negativ beeinflussen. Zu beachten ist, daf~ bei m6glichem Konkurs eines Privatunternehmens die Schlackehalden in den Besitz der Kommunen zurfickfliel~en kOnnen. Da sich Obersch/isse aus deN Schrottverkauf z.Zt. nicht erwirtschaften lassen und die erzielbaren Preise ffir den Recyclingbaustoff Schlacke zum Tell sehr niedrig liegen, k6nnen die Schlackeaufbereiter meistens nicht mehr Nit Gewinn arbeiten. Um dennoch die gesetzlich geforderte Schlackeaufbereitung zur Verwertung der Reststoffe auch in Zukunft betreiben zu k6nnen, muf~ deshalb in einigen Ffillen subventioniert werden. Von den Schlackeverwertern werden im Gegensatz zu if/iher heute schon Aufbereitungskosten in Rechnung gestellt. Diese schwanken zwischen 2 - 2 0 D M / M g Rohschlacke. Sie liegen in der Regel jedoch bedeutend niedriger als die Deponiekosten f/it unaufbereitete Schlacke. Ein direktes Deponieren yon Schlacke steht nicht im EinHang Nit deN Verwertungsgebot nach deN Abfallgesetz. (Die in einigen Bundeslfindern sogar vorgeschriebene Deponierung aufbereiteter Schlacke ist kaum verst~ndlich.) Darunter f~illtnicht die sinnvolle Verwertung von aufbereiteter oder unaufbereiteter Schlacke auf Deponien, wenn sie dort z.B. f/ir Fahrwegbefestigungen, Abdeck- und Zwischenschichten eingesetzt und dadurch auf andere Naturbaustoffe verzichtet wird. Eine weitere M6glichkeit zur Nutzung aufbereiteter Schlacke besteht in der Zumischung problematischer Reststoffe wie St~iube und Schlfimme aus der Rauchgasreinigung, kombiniert Nit Bindemitteln wie Zement zur Verbesserung des Deponieverhaltens und zur Verringerung der Auslaugbarkeit [ 9, 11 ]. Sollten die laufenden Grof~versuche des Bayerischen Landesamtes ffir Umweltschutz (LfU) den gew/inschten Erfolg bescheren, kann dutch Mischung yon aufbereiteter Schlacke Nit Reaktionsprodukten aus der Rauchgasreinigung und dutch Zementzugabe ein so dichtes Reaktionsprodukt geschaffen werden, dag ein Sickerwasseranfall fast ausgeschlossen wird [21]. Die R/ickstfinde aus der Rauchgasreinigung k6nnten dann problemloser entsorgt werden. Auch die Verwendung yon aufbereiteter Schlacke zur Herstellung von Schlackesteinen wird, Nit z.Zt. noch m~it~igem Erfolg, praktiziert. 12 Zusammenfassung Durch eine optimale Feuerf/ihrung Nit hohen Verbrennungstemperaturen sowie einer gezielten Schlackebehandlung und -aufbereitungbesteht die M6glichkeit, die Hauptffaktionen der Reststoffe aus der Miillverbrennungsanlage Nit 3 5 0 - 4 0 0 kg/Mg M/ill (Schlackeanfall 1987 ca. 2,8 Mio Mg) schadstoffarm zu erzeugen und weitgehend wiederzuverwerten. Mehr als 95 % der Reststoffe aus der thermischen M611verwertung lassen sich dadurch in den Wirtschaftskreislauf als Baumaterial zum Einsparen von Naturprodukten wie Kies, Sand und haupts~ichlich Schotter zur/ickf/ihren und nehmen dadurch kein hochwertiges Deponievolumen in Anspruch. Bew~ihrte Verfahrenstechniken wie das Waschen der Schlacke, die Trennung der Feinstfiube aus der Schlacke und das Vermeiden von Kesselasche in der Schlacke k6nnen den Gehalt an Salzen und Schwermetallen in der Schlacke welter verringern, auch wenn dies auflagengemfig nicht gefordert wird. Zur weiteren Verbesserung der Akzeptanz yon Schlacke als Baustoff verhilft nicht nut die Offenlegung der Konzentrationen von Inhaltsstoffen, sondern insbesondere auch die Frachtangabe (mg/m 2) z.B. f6r eine Schlackewegfl~iche. Dazu geh6rt auch das Abdecken von Schlacke wegen der Glassplitter und zur Verhinderung yon Staubentwicklung. Die Abdeckung der Schlacke hat den weiteren Vorteil, dag kaum Sickerwasser zur Auslaugung der restlichen Inhaltsstoffe anffillt. Die Analysen von Sickerwasser aus Schlackebaustoff liefern Ergebnisse, die gr6t~tenteils sogar den Forderungen ffir Trinkwasserqualitfit genfgen. Bei grot~en Sch/itth6hen sind auch Frachtuntersuchungen anzusteUen. Da z.Zt. die Vermarktung der Miillverbrennungsschlacke und des Schrottes aus der Rohschlacke (Schrottaufkommen 1987 ca. 4 x 10s Mg) zu Schwierigkeiten f~hrt, ergibt sich als zeitbedingte Konsequenz neben der Suche nach neuen Einsatzm6glichkeiten und Mfirkten die Subventionierung der Schlackeaufbereitung. Bis vor kurzem haben die privaten Schlackeaufbereiter noch f~r die Rohschlacke bezahlt. Dies hat sich grundlegend ge~indert. Aus diesem Grund k6nnen z.Zt. f6r die Schlackeaufbereitung Kosten entstehen, die yon den Schlackeerzeugern an die Schlackeaufbereiter zu zahlen wfiren [25]. Die vergleichenden Betrachtungen zeigen, dafg die m6glichen Subventionen f/ir anfallende Aufbereitungs-, Verwertungs- und Restentsorgungskosten, die als Gebfihr von den B6rgern zu zahlen sind, bedeutend niedriger liegen als die Deponierungskosten f/ir Schlacke. Die Verwertung der Schlacke aus M/illverbrennungsanlagen ist deshalb nicht nur ein Gebot der Stunde, sondern zur Erf/illung der Forderungen nach Reststoffverwertung und deN Einsatz reststoffarmer Verfahren gem~i~ AbfG und BImSchG vorgeschrieben. Literatur 1 Die Literaturiibersicht stellt eine Auswahl dar. Die in der Folge [1] his [29] nicht angefiihrten Literaturstellen k6nnen auf Wunsch direkt beim Autor abgerufen werden. [3] Merkblatt der L ~mderarbeitsgemeinschaft Abfall: Verwertung yon festen Verbrennungsr6ckst~inden aus Hausm611verbrennungsanlagen . LUMBI Nr . 5 , 31 . 10 . ( 1985 ) [11] Schweizer Bundesamt f6r Umweltschutz: Behandlung und Verfestigung von Rfickst~inden aus Kehrichtverbrennungsanlagen . Schriftenreihe Umweltschutz Nr . 62 ( 4 / 1987 ) [12] D . O . RE , MANN: Schwermetalle, anorganische Schadstoffe im Hausmfill und ihre Verteilung auf die feste und gasf6rmige Phase . VDI-B Handbuch , BW 43 -42-01/02/8208 Febr. ( 1987 ) und Febr . (1988) und VGB-Kraftwerkstechnik, Heft 8 ( 1988 ) [18] D . O . REIMANN : Reststoffe aus der Rauchgasreinigung von M611verbrennungsanlagen . VDI-B Handbuch , BW 43 -42-01/ 02/7468 Febr. ( 1987 ) und Febr . ( 1988 ) [19] B. RIECHMANN , Koo CHEUL SHIN : Stand der Schlackeverwertung in der Bundesrepublik . Wasser, Luft und Betrieb (wlb) Heft 5 ( 1988 ) [20] Forschungsgesellschaft f~r 8trai~en- und Verkehrswesen: Merkblatt fiber die Verwendung von industriellen Nebenprodukten im Straf~enbau - Tell: M~llverbrennungsasche . K61n ( 1986 ) l


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D. O. Reimann. Müllverbrennungsschlacke, Environmental Sciences Europe, 1989, 18-25, DOI: 10.1007/BF02940423