Mechanisch-biologische Abfallbehandlung:
Technologien, Ablagerungsverhalten und BewertungHrsg. von Konrad Soyez
Berlin: Erich-Schmidt-Verlag, 2001
[Inhalt]
[Seite] Geleitwort V Vorwort VII Danksagung IX Redaktionelle Hinweise XII Inhaltsverzeichnis XIII Abkürzungen XX 1
Einleitung
1
1.1 Hintergrund des Verbundvorhabens 1 1.2 Entwicklung des Verbundvorhabens 2 1.3 Struktur des Verbundes 3 1.4 Untersuchte Abfälle 6 1.4.1 Herkunft 6 1.4.2 Einheitliche Bezeichnung der untersuchten Abfälle 9 1.5 Behandlungsanlagen 10 1.5.1 Maßstab und gerätetechnische Ausstattung 10 1.5.2 Zielstellungen 12 1.6 Ablagerungsversuche 13 1.6.1 Maßstab und gerätetechnische Ausstattung 13 1.6.2 Zielstellungen 14 1.7 Ökologische Bilanzierung und Bewertung 15 1.7.1 Untersuchungsumfang 15 1.7.2 Zielstellungen 15 1.8 Analytik 16 2
Restabfallbeschaffenheit
18
2.1 Untersuchte Fragestellungen 18 2.2 Verbundinterne Standardisierung 18 2.3 Datengrundlage und -qualität 20 2.4 Zusammenstellung der Ergebnisse 20 2.4.1 Restabfallzusammensetzung 20 2.4.2 Restabfallmengen 24 2.4.2.1 Einflussfaktoren auf das regionale Abfallaufkommen 25 2.4.3 Schadstoffbelastung 27 2.4.3.1 Relevante Schadstoffe im Restabfall 27 2.4.3.2 Entwicklung des Aufkommens an Problemstoffen 29 2.4.3.3 Einschätzung der Schadstoffentwicklung 30 2.5 Interpretation der Ergebnisse 32 2.5.1 Entwicklung der Restabfallzusammensetzung 32 2.5.2 Auswirkungen unterschiedlicher Restabfallzusammensetzungen auf die Behandlungsverfahren 33 3
Beschreibung biologisch inaktiver Abfälle
34
3.1 Untersuchte Fragestellungen 34 3.2 Verbundinterne Standardisierung 35 3.3 Datengrundlage und -qualität 35 3.4 Versuche zur Simulation des Deponieverhaltens 37 3.4.1 Einflussgrößen und Modellsysteme 37 3.4.2 Methoden der Untersuchungen 38 3.4.3 Wasserseitige Untersuchungen im DSR 41 3.4.3.1 Sickerwasserbildung 42 3.4.3.2 Sickerwasserbelastung 43 3.4.3.3 Emissionspotenziale und langfristiger Verlauf der Belastung 48 3.4.3.4 Vergleich mit herkömmlichen Deponien 50 3.4.4 Gasseitige Untersuchungen im DSR 51 3.4.4.1 Mengen und zeitliche Entwicklung der Gasproduktion 51 3.4.4.2 Vergleich der Gasbildung von MBA-Abfall gegenüber unbehandeltem Material 53 3.4.4.3 Methangehalt der Gasphase 55 3.4.4.4 Einfluss von Temperatur und Wassergehalt auf die Gasbildung 56 3.4.5 Verdichtungs- und Setzungsverhalten von MBA-Material 58 3.4.5.1 Untersuchungen zum Verdichtungsverhalten 58 3.4.5.2 Untersuchungen zum Setzungsverhalten 61 3.4.6 Biologische Abbauprozesse im DSR 62 3.5 Parameter zur Beschreibung der Ablagerungsfähigkeit 62 3.5.1 AT4 64 3.5.2 GB21 67 3.5.3 Stoffgruppenanalytik 68 3.5.3.1 Glühverlust und korrigierter Glühverlust 68 3.5.3.2 Aussagefähigkeit des korrigierten Glühverlusts 71 3.5.3.3 C/L-Verhältnis 72 3.5.4 TOC im Eluat 74 3.5.5 Rohfettgehalt 75 3.5.6 Ökotoxikologische Tests für Abfallproben 75 3.5.7 Korrelation der Stabilitätsparameter untereinander 76 3.5.8 Wertebereiche der Stabilitätsparameter 78 3.5.9 Auswahl eines Satzes von Stabilitätsparametern und Zuordnungswerten 79 3.5.10 Begründung der ökologischen Verträglichkeit der Zuordnungswerte 80 3.6 Prognose des Deponieverhaltens 88 3.6.1 Berechnungsszenarien 90 3.6.2 Ergebnisse der Simulation 91 3.6.2.1 Deponiegas- und Wärmeentwicklung 91 3.6.2.2 Sickerwasser 92 3.7 Interpretation der Ergebnisse 92 3.7.1 Kriterien einer inaktiven Deponie 92 3.7.2 Biologische Grenzen des Abbaus 93 3.7.3 Parameterauswahl 94 3.7.4 Gefährdungspotenzial 95 4
Behandlungsverfahren
96
4.1 Untersuchte Fragestellungen 96 4.2 Verbundinterne Standardisierungen 97 4.3 Datengrundlage und -qualität 98 4.3.1 Untersuchungen zur mechanischen Behandlung 98 4.3.2 Untersuchungen zur aeroben biologischen Behandlung 99 4.3.3 Untersuchungen zur anaeroben biologischen Behandlung 100 4.3.4 Untersuchungen zur aerob/anaeroben Wechselbehandlung 101 4.3.5 Untersuchungen zur thermischen Nachbehandlung der Produkte aus der MBA 102 4.3.6 Untersuchungen zur Abgas- und Keimbelastung 103 4.4 Leistungsstand der mechanischen Behandlung 104 4.4.1 Ausgangssituation 104 4.4.2 Untersuchte Verfahren 108 4.4.3 Ergebnisse 111 4.4.3.1 Stör- und Problemstoffabtrennung 111 4.4.3.2 Massenbilanz 111 4.4.3.3 Korngrößenverteilung 114 4.4.3.4 Materialtrennung 116 4.4.3.4.1 Recyclierbare Wertstoffe 116 4.4.3.4.2 Inertstoffe 118 4.4.3.4.3 Heizwertreiche Fraktion 120 4.4.3.4.4 Biologisch abbaubare Fraktion 120 4.4.3.5 Optimierung im Anlagenbetrieb 122 4.4.3.6 Grundüberlegungen für die Ableitung von Trennkriterien 124 4.5 Leistungsstand der aeroben biologischen Behandlung 128 4.5.1 Untersuchte Verfahren 128 4.5.1.1 Unbelüftete Mieten 128 4.5.1.2 Mietenrotte nach dem Kaminzugverfahren 129 4.5.1.3 Belüftete Mieten 129 4.5.1.4 Boxen- und Containerrotte 130 4.5.1.5 Tunnelrotte 131 4.5.1.6 Rottetrommeln 132 4.5.2 Ergebnisse 133 4.5.2.1 Verfahrensoptimierung 133 4.5.2.1.1 Rottedauer 133 4.5.2.1.2 Begasung 134 4.5.2.1.3 Optimale Feuchte 137 4.5.2.1.4 Klärschlamm- und Nährstoffzugabe 137 4.5.2.2 Massenverlust 138 4.5.2.3 Eigenschaften der Behandlungsprodukte 140 4.5.2.3.1 Stabilisierungsgrad nach dem AT4 Wert 141 4.5.2.3.2 GB21 144 4 5.2.3.3 TOC im Eluat 144 4.5.2.3.4 Deponiebautechnische Eigenschaften 145 4.6 Leistungsstand der anaeroben biologischen Behandlung 147 4.6.1 Untersuchte Verfahren 149 4.6.1.1 Einstufige Vergärung nach dem BRV-Verfahren 150 4.6.1.2 Zwei- oder mehrstufige Vergärung nach dem Schwarting-Uhde-Verfahren 151 4.6.1.3 Ein- oder mehrstufige Vergärung nach dem BTN/FHH-Verfahren 153 4.6.2 Ergebnisse 154 4.6.2.1 Verfahrensoptimierung 154 4.6.2.1.1 Leistungspotenzial des ein- und mehrstufigen Anlagenaufbaus 154 4.6.2.1.2 Variation der Betriebstemperatur 157 4.6.2.1.3 Variation der Verweilzeit und der Substratkonzentration 159 4.6.2.1.4 Beimischung nährstoffhaltiger Substrate 161 4.6.2.1.5 Zwischenschaltung einer aeroben Behandlungsstufe 161 4.6.2.1.6 Bedeutung der aeroben Nachrotte 163 4.6.2.2 Eigenschaften der Behandlungsprodukte 164 4.6.2.2.1 Ablagerungseigenschaften der Vergärungsrückstände 164 4.6.2.2.2 Menge und Qualität des erzeugten Biogases 168 4.6.2.3 Massenbilanzen 169 4.7 Leistungsstand der aerob/anaeroben Wechselbehandlung 172 4.7.1 Untersuchte Verfahren 172 4.7.1.1 Alternierende Behandlung an der TU Braunschweig 173 4.7.1.2 Aerob/anaerob/aerobe Wechselbehandlung nach dem 3A Verfahren 175 4.7.2 Ergebnisse 177 4.7.2.1 Verfahrensoptimierung 177 4.7.2.2 Eigenschaften der Behandlungsprodukte 178 4.7.2.2.1 Alternierende Behandlungsversuche an der TU Braunschweig 178 4.7.2.2.2 3A-Verfahren 180 4.8 Nachbehandlung der Produkte aus der MBA 181 4.8.1 Thermische Behandlung 181 4.8.1.1 Untersuchte Verfahren 182 4.8.1.1.1 Eingesetzte mechanisch-biologisch vorbehandelte Abfälle 182 4.8.1.1.2 Untersuchte thermische Verfahren 183 4.8.1 2 Ergebnisse 185 4.8.1.2.1 Verbrennungsverhalten 185 4.8.1.2.2 Emissionen 186 4.8.1.2.3 Qualität der Reststoffe 187 4.8.1.2.4 Massenbilanzen 189 4.8.2 Pedogene Immobilisierung 190 4.8.2.1 Verfahren 190 4.8.2.2 Untersuchungsprogramm 191 4.8.2.3 Ergebnisse 192 4.9 Emissionen und Keimbelastung im Anlagenbetrieb 193 4.9.1 Schadstoffe im Abgas 193 4.9.1.1 Abgasbelastung 193 4.9.1.2 Abgasreinigung 200 4 9.2 Keim- und Staubbelastung 204 4.10 Interpretation der Ergebnisse 205 4.10.1 Mechanische Behandlung 205 4.10.2 BiologischeBehandlung 207 4.10.3 Thermische Nachbehandlung der Produkte aus der MBA 212 4.10.4 Emissionen und Keimbelastung 212 5
Schadstoffverhalten und Langfristbewertung
213
5.1 Untersuchte Fragestellungen 213 5.2 Verbundinterne Vereinbarungen 213 5.3 Datengrundlage und -qualität 214 5.4 Zusammenstellung der Ergebnisse 214 5.4.1 Schadstoffverhalten in Deponien 214 5.4.1.1 Wasserseitige Schadstoffe 214 5.4.1.1.1 Organische Schadstoffe 214 5.4.1.1.2 Schwermetalle 217 5.4.1.2 Gasseitige Schadstoffe 217 5.4.2 Auf- und -abbau von Huminstoffen 218 5.4.3 Biologische Dekontamination ausgewählter organischer Schadstoffe 223 5.5 Interpretation der Ergebnisse 224 6
Ökologische Bilanzierung
226
6.1 Untersuchte Fragestellungen 226 6.2 Verbundinterne Standardisierungen 227 6.3 Datengrundlage und -qualität 228 6.4 Ausgangssituation 230 6.5 Vorgehensweise 233 6.5.1 Sachbilanz 233 6.5.2 Wirkungsabschätzung 233 6.5.2.1 Wirkungskategorien 234 6.5.2.2 Ökologische Relevanz der Umweltwirkungen 236 6.5.2.3 Spezifischer Beitrag 237 6.6 Ergebnisse 238 6.6.1 Sachbilanz 238 6.6.2 Verfahrensvergleich und ökologische Relevanz 238 6.6.2.1 Globale Wirkungen 239 6.6.2.2 Regionale Wirkungen 240 6.6.2.3 Wirkungen auf die menschliche Gesundheit 241 6.6.2.4 Ökotoxizität 242 6.6.2.5 Relevanz der Emissionen der Restabfallbehandlung im nationalen Kontext 243 6.6.2.6 Kumulierter Primärenergieaufwand 244 6.6.2.7 Verbrauch fossiler Energieträger 244 6.6.3 Resourcenmanagement 245 6.6.3.1 Vergärung 247 6.6.3.2 Thermische Verwertung hochkalorischer Fraktionen 248 6.6.3.3 Stoffliche Verwertung von NE-Metallen und Kunststoffen 250 6.6.4 Verfahrensoptimierung 252 6.6.4.1 Methanfracht aus der Intensivrotte 252 6.6.4.2 Optimierung der Abgasreinigung 254 6.6.5 Einfluss externer Rahmenbedingungen 255 6.6.6 Ökobilanzielle Begründung von Zuordnungswerten für alternative Stabilitätsparameter 256 6.7 Interpretation der Ergebnisse 259 7
Zusammenfassung
261
7.1 Zielstellung des Verbundvorhabens 261 7.2 Untersuchungsumfang 261 7.3 Beschreibung inaktiver Abfälle 263 7.3.1 Umwelteffekte nach der Ablagerung 263 7.3.2 Stabilitätsparameter 264 7.4 Leistungsstand der Behandlungstechnik 266 7.4.1 Geeignete Abfälle 266 7.4.2 Mechanische Behandlung 267 7.4.2.1 Ziel der Untersuchungen 267 7.4.2.2 Korngrößenverteilung und Zerkleinerungswirkungen 267 7 4.2.3 Materialtrennung 268 7.4.3 Biologischer Abbau in der MBA 270 7.4.3.1 Grunderkenntnisse zum biologischen Abbau 270 7.4.3.2 Technologische Leistungsfähigkeit 271 7.4.3.3 Dekontamination 272 7.4.4 Thermische Nachbehandlung 273 7.4.5 Emissionen und Emissionskontrolle 273 7.4.5.1 Abgaszusammensetzung 273 7.4.5.2 Zeitlicher Verlauf der Emissionen 274 7.4.5.3 Abgasreinigung 276 7.5 Ökologische Gesamtbewertung 276 7.6 Zusammenfassende Empfehlungen für die Praxis 277 Quellen
278
Anhang
290
Al Systematik der Bezeichnung der untersuchten Abfallchargen mit Äquivalenzliste 291 A2 Liste der Projekte des Verbundvorhabens 293