Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff in der

Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff
Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff
in der Beton-, Asphalt- und Zementindustrie
Stefan Lübben
1.
Veranlassung ................................................................................................321
2.
Grundlagen ..................................................................................................324
3.
Lösungsansatz ..............................................................................................329
4.
Fazit ...............................................................................................................333
5.
Literatur ........................................................................................................334
1. Veranlassung
Die Stadtreinigung Hamburg (SRH) hat als Unternehmen, welches sich um nachhaltige Abfallwirtschaft bemüht, bereits früh auf Abfallverbrennung gesetzt und ab
1999 alle häuslichen und hausmüllähnlichen Abfälle den vier für die hamburgischen
Abfälle zur Verfügung stehenden Abfallverbrennungsanlagen zugeführt. In 2013 entstanden durch die Verbrennung von 1.130.000 Tonnen Abfall in diesen vier Anlagen
etwa 280.000 Tonnen Rohasche, welche dann den zugehörigen Aufbereitungsanlagen
zugeführt wurden. Erst durch die weitgehende Abtrennung von Unverbranntem,
Eisenschrott und NE-Metallen sowie die anschließende mehrwöchige Lagerung zur
chemischen Stabilisierung der Asche durch Kalzinierung entsteht aus dem anfänglich
kaum verwertbaren Gemenge ein Mineralgemisch, welches als Fertigasche (Hausmüllverbrennungsasche HMVA) einen Ersatzbaustoff darstellt und auf dem freien Markt
angeboten werden kann.
Bild 1 zeigt die Mengenentwicklung bei den abgetrennten Metallen exemplarisch
für eine Aufbereitungsanlage im Raum Hamburg. Die Werte zeigen einen deutlich
rückläufigen Fe-Schrottgehalt seit 1997, welcher ursprünglich bei bis zu zwölf Prozent
lag und inzwischen auf deutlich unter vier Prozent zurückgegangen ist. Die aufgrund
ihres Marktwertes besonders interessanten NE-Metalle werden erst seit 1998 abgetrennt. Durch mehrfache Optimierung der Anlagentechnik konnte der abgetrennte
NE-Anteil auf über ein Prozent der behandelten Rohasche gesteigert werden. Das
technologisch maximal Mögliche ist bei der NE-Abtrennung damit nicht getan, eine
weitere Steigerung der NE-Abtrennung wäre mit konventioneller Technik jedoch kaum
mehr wirtschaftlich.
321
Stefan Lübben
Rohaschemenge
t/a
160.000
140.000
14
120.000
12
100.000
10
80.000
8
60.000
6
40.000
4
20.000
2
0
0
Rohasche 0-32 mm
Bild 1:
Quelle:
Metallanteil
%
16
Fe-Anteil
NE-Anteil
Darstellung der behandelten Rohaschemengen und der jeweils abgetrennten Metallanteile
EEW: Energy from Waste Stapelfeld GmbH, persönliche Mitteilung vom 11. März 2015, 2015
Nach Abtrennung der genannten Wert- und Störstoffe verbleiben letztendlich jährlich
etwa 255.000 Tonnen HMVA, wovon etwa 95.000 Tonnen deponiert werden. Der Grund
für die Deponierung dieser Teilmenge liegt nicht in der möglicherweise minderwertigen
Qualität dieser HMVA, sondern einzig in den entsprechenden, langfristigen vertraglichen Vereinbarungen. Die verbleibenden etwa 160.000 Tonnen HMVA werden über
die Hanseatische Schlackenkontor GmbH als Ersatzbaustoff im norddeutschen Raum
vermarktet (Bild 2). Dabei verbleiben laut HSK (2015) im Durchschnitt der Jahre 2007
bis 2013 etwa sechzig Prozent der HMVA in Hamburg, etwa 23 Prozent werden nach
Niedersachsen, etwa elf Prozent nach Schleswig-Holstein und die verbleibenden etwa
sechs Prozent nach Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern geliefert.
Für die Verwertung werden definierte Korngrößenspektren hergestellt und angeboten,
wobei der weitaus überwiegende Teil als Körnung 0 bis 32 mm (0/32) angeboten wird.
Für spezielle Anwendungszwecke wird ggf. eine andere Absiebung hergestellt. Die
HMVA wird zu 56 % im Industrie- und Gewerbebau, zu 27 % im Deponiebau und zu
15 % im Straßen- und Wegebau eingesetzt [11]. Die Absatzmöglichkeiten für HMVA als
Deponiebaustoff werden jedoch in den kommenden Jahren kontinuierlich zurückgehen,
da die Stilllegungsarbeiten auf Deponien nach der großen Deponieschließungswelle in
2005 nach und nach beendet werden.
Für den Einsatz dieses Ersatzbaustoffes ist die Mitteilung zwanzig der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA M 20) das maßgebliche Regelwerk, welches – zumindest für
Hamburg – noch ergänzt wird um verschiedene Technische Regeln (TR Bauschutt, TR
Schlacken aus Hausmüll-Verbrennungsanlagen, TR Straßenaufbruch, TR mineralische
322
Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff
Abfälle aus den Landkreisen
Niedersachsens 120.000 t
120.000 t
200.000 t
MVR
Rugenberger Damm
Hamburg 320.000 t
Abfälle der Stadtreinigung
Hamburg (SRH) 850.000 t
320.000 t
MVB
Borsigstraße
Hamburg 320.000 t
Abfälle aus den Landkreisen
Schleswig-Holsteins 160.000 t
130.000 t
MVA Stellinger
Moor Hamburg
130.000 t
200.000 t
160.000 t
EEW Energy from
Waste Stapelfeld
360.000 t
HMV-Rohschlacke
280.000 t
Schlackeaufbereitung
Abscheidung
von Eisenmetallen
22.000 t
Abscheidung
von Nicht-Eisenmetallen
3.000 t
HMV-Fertigschlacke
255.000 t
Vermarktung von HMV-Fertigschlacke durch
Hanseatisches Schlackenkontor GmbH (HSK)
160.000 t
Bild 2:
Beseitigung von HMV-Schlacke
auf der Deponie Damsdorf/Tensfeld
95.000 t
Massenströme bei der HMVA-Entstehung und -Vermarktung in Hamburg
Quelle: HSK: Hanseatisches Schlackenkontor GmbH. Zitiert in: Entwurf des Abfallwirtschaftsplanes Siedlungsabfälle der
Freien und Hansestadt Hamburg. Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Abteilung Abfallwirtschaft, Stand 02.02.2015,
unveröffentlicht, 2015
Abfälle aus Gießereien, TR Schlacken und Aschen aus steinkohlebefeuerten Kraftwerken, Heizkraftwerken und Heizwerken). Ferner sind § 7 Bundesbodenschutz-Gesetz
und §§ 9 ff Bundesbodenschutz-Verordnung zu berücksichtigen. Um die Komplexität
dieser zahlreichen zu berücksichtigenden, jedoch nicht sauber auf einander abgestimmten Regelwerke zu vereinfachen und zudem zu einer rechtssicheren Basis für
die Verwertung mineralischer Abfälle zu gelangen, wird seit 2006 beim BMUB an der
Mantelverordnung gearbeitet. Diese Mantelverordnung soll die Anforderungen des
Grundwasser- und Bodenschutzes berücksichtigen, die Altlastenverordnung anpassen
und eine spezielle, sog. Ersatzbaustoffverordnung für die Verwendung von Ersatzbaustoffen in technischen Bauwerken beinhalten. Die mittlerweile neunjährige, teils sehr
kontroverse Diskussion über die verschiedenen Arbeitsentwürfe der Mantelverordnung
323
Stefan Lübben
hat bei potenziellen HMVA-Abnehmern viel Verunsicherung hervorgerufen.
Scharfe Richt-, Grenz- oder Vorsorgewerte, wie auch die Forderung von HMVAMindesteinbaumengen von 1.500 m³ je Baustelle haben bei Kunden den Eindruck
erweckt, es handele sich um einen Gefahrstoff, dessen Einsatz unkalkulierbare Risiken
birgt. So verwundert es nicht, dass auch im Großraum Hamburg, wo der HMVA-Absatz
bislang noch vergleichsweise gut lief, die HMVA-Vermarktung zunehmend Probleme
bereitet und die HMVA-Lagerflächen zeitweise überlaufen. Angesichts dieser Tatsache,
verbunden mit dem aktuellen Kauf einer Abfallverbrennungsanlage und der Erhöhung
der Eigentumsanteile bei einer weiteren Abfallverbrennungsanlage durch die Stadtreinigung Hamburg, hat die Stadtreinigung Hamburg den Entschluss gefasst, sich selbst
mehr um die HMVA-Vermarktung zu kümmern. Die im zweiten Referentenentwurf
der Mantelverordnung vorgesehene Mindesteinbaumenge von 1.500 m³ pro Baustelle
würde für Hamburg bedeuten, dass der weitaus größte Teil der mit Hamburger HMVA
beschickten Baustellen künftig zu klein und deren Belieferung somit nicht mehr zulässig
wäre [7]. Eine HMVA-Vermarktung in die bisherigen Absatzfelder wäre dann nicht mehr
möglich. So ist es ein Ziel der Stadtreinigung Hamburg, neue Verwertungswege für die
HMVA zu finden, um eine mittelfristig drohende weitgehende Beseitigung von HMVA
auf Deponien zu verhindern.
Aktuell wird über einen dritten Arbeitsentwurf der Mantelverordnung gesprochen, welcher noch in 2015 als Referentenentwurf vorgelegt werden soll. Auch wenn dieser Entwurf
gelockerte Forderungen hinsichtlich der Mindesteinbaumenge (100 m³ je Baustelle statt
bislang 1.500 m³) und des Sulfatwertes im Eluat für RC1 aufweisen soll (650 mg/l statt
bislang 450 mg/l) [15], bleibt die Stadtreinigung Hamburg bei dem Ziel, höherwertige
Verwertungswege für die gesamte HMVA oder aber Teilströme daraus zu suchen und
so das nachhaltige Handeln der Abfallwirtschaft voran zu treiben.
2. Grundlagen
Laut Greinert [9] handelt es sich bei der fertig aufbereiteten HMVA aus Hamburger
Anlagen von Anfang an um ein Produkt, weil die Rohasche feste Aufbereitungsschritte
regelhaft mit dem Ziel durchläuft einen Ersatzbaustoff bereitzustellen. Da es für die HMVA
einen Markt und eine Nachfrage gibt und die HMVA alle technischen Anforderungen,
Rechtsvorschriften und anwendbare Normen erfüllt, ist die HMVA, die die Aufbereitungsanlagen in Hamburg verlässt, als Produkt anzusehen. Trotzdem hat die HMVA in
der Öffentlichkeit ein relativ schlechtes Image und wird in der allgemeinen Wahrnehmung
mit Abfall gleichgesetzt. Da der Absatz der HMVA in letzter Zeit phasenweise schwierig
ist, nehmen die Bemühungen zur weiteren Produktverbesserung auch in Hamburg zu.
Die Erfahrungen der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass die Aufbereitung der Rohasche aus dem Nassentschlacker durch verschiedene Stufen der Metallabscheidung und die
kaltmechanische Klassierung nur bedingt in der Lage ist, aus Rohasche eine hochwertige
und zudem leicht vermarktbare HMVA zu machen. Auch die etwa dreimonatige Lagerung der Rohasche nach erfolgter Metallabscheidung zur Verbesserung verschiedener
Anforderungen seitens der Bauphysik und des Umweltschutzes an HMVA (Rückgang
324
Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff
der Eluierbarkeit von Chloriden, Sulfaten, Schwermetallen, Absenkung der Reaktivitätsmöglichkeiten, Erhöhung der Volumenstabiltät, Entfeuchtung) führen nicht zu einem
in allen Teilbereichen optimalen Ersatzbaustoff. Die Eigenschaften der fertigen HMVA
sind zwar weitgehend gleichbleibend, womit HMVA ein berechenbarer Ersatzbaustoff ist,
die hohen Salzgehalte sowie die gelegentlich erhöhten Metallgehalte (Kupfer, Molybdän,
usw.) können durch die konventionelle Aufbereitung aber nicht nennenswert beeinflusst
werden und sind hauptverantwortlich für die stagnierende oder gar rückläufige Akzeptanz von HMVA als Ersatzbaustoff. Es gibt zwar die grundsätzliche Möglichkeit, einen
Nassentschlacker mit Wasserüberschuss zu fahren [20], diese Möglichkeit wird aber in
der Praxis kaum, bzw. nur sehr eingeschränkt genutzt. Untersuchungen von Hirschmann
et al. [10] haben gezeigt, dass der Chloridgehalt der fertigen HMVA durch Erhöhung des
Wasserdurchsatzes im Entschlacker zwar verringert werden kann, es wurde aber auch
aufgezeigt, dass das restliche Chlorid durch die Lagerung/Kalcinierung der Rohasche
nicht eingebunden wird sondern mobil bleibt. Die vergleichsweise aufwendige Reinigung
des Waschwassers aus dem Nassentschlacker führt letztendlich aus wirtschaftlichen
Erwägungen heraus zu einer Reduzierung des Wasserdurchsatzes und dadurch bedingt
zu einer rückläufigen Reduzierung der Chlorid- und Sulfatgehalten der HMVA. Vergleichende Langzeituntersuchungen an den HMVA aus drei Abfallverbrennungsanlagen
im Hamburger Raum haben gezeigt, dass die Chlorid- und Sulfatgehalte im Eluat von
HMVA um etwa fünfzig Prozent reduziert werden können, wenn die Nassentschlacker
mit Wasserüberschuss betrieben werden. Bei zwei der Anlagen konnte durch die Schlackenwäsche der Chloridgehalt im Eluat auf unter 100 mg/l, der Sulfatgehalt auf etwa 200
mg/l gesenkt werden, ohne Wäsche lag er hingegen bei etwa 180 mg/l Chlorid und etwa
360 mg/l Sulfat [5].
Untersuchungen von Kluge [12] zum Einsatz von HMVA in bituminösen Tragschichten
als Ersatz für Kiessand kamen zu positiven Ergebnissen. Seegrön und Damm [17, 18]
erprobten die Herstellung von Kaltmischgut aus HMVA mit Bitumenemulsion im Technikumsmaßstab und stellten fest, dass das Mischgut sehr wasser- und frostempfindlich
ist, ein deutlich erhöhtes Hohlraumvolumen aufweist und diverse Mindestanforderungen nicht erfüllt werden können. Bei der nachfolgenden Erprobung von Kaltmischgut
aus HMVA 0/16 und Bitumenemulsion auf einer Versuchsstrecke konnten zwar etwas
verbesserte Ergebnisse erzielt werden, hohes Hohlraumvolumen, Aufblühungen, Risse
und unbefriedigende Verdichtbarkeit zeigten aber auch hier, dass dieser Ansatz nicht
erfolgversprechend ist.
Fast die gesamte als Ersatzbaustoff verwertete HMVA-Menge wird als HMVA-Gemisch
mit dem vollständigen Kornspektrum (z.B. 0 bis 32 mm) verwendet. In den vergangenen
zwanzig Jahren sind von den Abfallverbrennungsanlagen im Raum Hamburg und vom
Hanseatischen Schlackenkontor über dreißig Gutachten zur Verwendung von HMVA
als Ersatzbaustoff in Auftrag gegeben worden, dabei wurde in keinem der bis 2007 erstellten Gutachten das Korngrößenspektrum der HMVA im unteren Bereich reduziert.
Das oftmals bezüglich der Salzfrachten eher kritisch zu sehende Fein- und Feinstkorn (<
200 µm) wurde stets in der HMVA belassen. In 2007 wurden im Auftrag der HSK-GmbH
erste Untersuchungen zur Wäsche von beraubter Rohasche in einer Kieswaschanlage
325
Stefan Lübben
(Schwertwäsche) vorgenommen und die Feinanteile kleiner 100 µm abgetrennt [13].
Ein erster Effekt dieser Wäsche war, dass auf eine anschließende Kalcinierungsphase
verzichtet werden konnte, da die Kalcitintensität der gewaschenen HMVA von Anfang
an bereits bei etwa 170 Counts lag und sich bei längerer Lagerung nicht weiter verringerte. In anschließenden Eluattests (S4 und EN 1744-3) lagen annähernd alle gemessenen Werte unterhalb der Prüfwerte für den Wirkungspfad Boden - Grundwasser [2],
lediglich bei den Elementen Antimon und Chromat (bestimmt als Chrom VI) lagen die
Werte häufig oberhalb der Prüfwerte. Beim Kupfer gab es mehrfach Gehalte im Eluat,
die den Prüfwert erreichten oder knapp überschritten. Diese Prüfwertüberschreitungen sind jedoch kein Hinweis für eine unmittelbare Gefährdung, da bei beiden o.g.
Eluattests die HMVA intensiv mit Wasser vermengt und geschüttelt wird und dabei
wesentlich mehr Ionen in Lösung gehen, als dieses in der normalen Bodenlösung erfolgen würde. Vor einem möglichen Eintrag ins Grundwasser findet zudem noch eine
weitere Verdünnung oder aber Adsorption im Unterboden statt [21]. Anschließende
Eignungsprüfungen in einem Hamburger Asphaltmischwerk zeigten, dass auch bei
Ersatz von bis zu dreißig Prozent des Splitts durch gewaschene und von groben Glaspartikeln befreite HMVA der Körnung 2/22 ersetzt werden konnten, ohne dass die
Messwerte die zulässigen Spannweiten der verschiedenen Prüfnormen überschritten
[1]. Nachfolgende Eignungsprüfungen der Deutag [6] führten zu der Empfehlung,
nicht mehr als zwanzig Prozent an gewaschener HMVA zuzusetzen, da andernfalls
die Eigenschaften der Asphalttragschichten, insbesondere die Wasserempfindlichkeit,
messbar negativ beeinflusst werden, auch wenn die Anforderungen der technischen
Regelwerke noch eingehalten werden, wenn dreißig Prozent HMVA zugesetzt werden.
Untersuchungen von Müller und Rübner [14] zum Einsatz von HMVA verschiedener
Körnungen zeigten, dass durch den HMVA-Zusatz das Porenvolumen in Betonkörpern erheblich – bis zum Doppelten – zunimmt und die Druckfestigkeit entsprechend abnimmt. Besonders bei Kontakt mit Wasser kommt es um die in der HMVA
enthaltenen Aluminiumpartikel zur Bildung von Aluminiumhydroxiden mit entsprechender Quellung und Abplatzungen des Betons nahe der Oberfläche. Um die in der
HMVA enthaltenen Glaspartikel entstehen langfristig voluminöse Alkalisilikatgele,
welche ebenfalls in der Lage sind, Risse im Beton hervorzurufen. Rübner et al. [16]
stellten fest, dass sich mit HMVA als Gesteinskörnung Normalbetone gut herstellen
lassen, die im Vergleich zu Naturkies deutlich erhöhten Gehalte an metallischem Aluminium, Glas und Chloriden führen jedoch zu deutlichen Schäden an Betonkörpern,
wenn diese in Kontakt mit Wasser kommen. Die Autoren empfehlen daher, den Gehalt
der für die Betonherstellung eingesetzten, auf HMVA basierenden Gesteinskörnungen
an metallischem Aluminium erheblich (auf max. 0,2 Massenprozent) zu reduzieren.
Der Chloridgehalt sollte auf unter 0,04 Massenprozent gesenkt werden, um Bewehrungsstahlkorrosion zu verhindern. Der Glasanteil sollte ebenfalls soweit wie möglich
reduziert werden, wobei hier keine Empfehlungswerte für Maximalgehalte gegeben
werden. In den Versuchen wurden HMVA mit etwa drei bis sieben Massenprozent
Glas eingesetzt, bei diesen Gehalten wurden Langzeitschäden durch Glaskorrosion
nicht ausgeschlossen.
326
emvau-schlacke – der Baustoff
für starke Beanspruchung
UMWELTBEWUSST
GÜTEÜBERWACHTE QUALITÄT
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... ein Baustoff mit Zukunft
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Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff
3. Lösungsansatz
Im Rahmen eines vom BMBF geförderten Projektes mit diversen Partnern aus dem
Großraum Hamburg soll beginnend ab Juli 2015 geprüft werden, ob gezielt erzeugte
Teilströme des weitgehend mineralischen Konglomerats HMVA leichter und wirtschaftlicher vermarktet werden können als das vollständige Gemisch.
Bereits erste Untersuchungen an Proben aus der TARTECH-Aufbereitungsanlage in
Wiesbaden haben gezeigt, dass die Aufbereitung der HMVA-Mineralik nach Prallzerkleinerung mit etwa 750 km/h Aufprallgeschwindigkeit in verschiedenen Siebschnitten
einen deutlichen Qualitätsvorsprung gegenüber der konventionellen Aufbereitung
bringt. Durch die Auftrennung der HMVA in die Fraktionen 0/2, 2/5, 5/18, 18/45 mit
jeweils eigener NE-Abscheidung für jedes Kornspektrum konnten die Ausbeuten an
NE-Metallen von durchschnittlich 1,1 % vom Rohascheinput (Durchschnitt der letzten
sechs Jahre in einer Schlackenaufbereitungsanlage im Raum Hamburg mit mehrstufiger
NE-Abscheidung) auf 2,3 % gesteigert werden (Durchschnittswert von zwei Chargen
aus unterschiedlichen Monaten mit zusammen etwa 1.500 Tonnen HMVA). Die gewonnenen NE-Metalle haben durchschnittlich 16,5 % mineralische Anhaftungen, sind
also durch die Prallzerkleinerung bereits wesentlich reiner als aus konventionellen
Schlackenaufbereitungsanlagen. In der im März 2015 noch weiter aufgerüsteten Anlage
sind evtl. weitere Steigerungen der NE-Metallrückgewinnung möglich. Entsprechende
Versuche finden aktuell im laufenden r³-Verbundvorhaben ATR statt (http://www.
r3-innovation.de/de/15424). Durch die Prallzerkleinerung in der TARTECH-Anlage
kann der Anteil mineralischer Anhaftungen an den gewonnenen Fe- und NE-Metallen
deutlich reduziert und der Erlös für den Verkauf dieser Metalle entsprechend gesteigert
werden. Untersuchungen am nicht weiter aufbereiteten Grobschrott der MVA Stellinger
Moor ergaben, dass durchschnittlich sieben Prozent des Grobschrotts aus Anhaftungen
bestehen, wobei dieser Wert stark variiert (Median 3,9 %).
Bild 3:
Siebfraktion 2-5 mm von HMVA
der Anlage Stellinger Moor aus der
Tartech-Anlage Wiesbaden
Bild 4:
Siebfraktion 5-18 mm von HMVA
der Anlage Stellinger Moor aus der
Tartech-Anlage Wiesbaden
Die Bilder 3 und 4 zeigen Proben der Mineralikfraktionen 2/5 und 5/18 aus der TARTECH-Anlage, welche arm an Metallen und Unverbranntem sind. Die hohen Gehalte
an Glas sind deutlich erkennbar, sie könnten einer Verwendung als Baustoffkomponente
329
Stefan Lübben
entgegenstehen und sind ggf. zu entfernen. An diesen Materialproben werden zz. im
ATR-Projekt diverse Untersuchungen vorgenommen. Auf die Fraktion 2/5 entfallen
etwa 18 % des Rohascheinputs, auf die Fraktion 5/18 etwa 13 %. Erste Eluattests nach
DIN 12457 mit diesen Proben zeigten, dass die Cr-, Mo- und Sb- Konzentrationen
im Eluat im DK0-Bereich liegen, die Cu-Konzentrationen liegen teilweise im unteren
DK1-Bereich (IUE 2015).
Dieses Probenmaterial wird im hier vorgestellten Projekt als Referenzmaterial aus
einer Trockenaufbereitung verwendet. Beide Materialproben rufen bei den im Projekt beteiligten Asphaltmischbetrieben und Betonherstellern bereits großes Interesse
hervor und werden auch dort zur Herstellung von Testkörpern und Testmischungen
verwendet werden.
Auch wenn es bereits möglich sein sollte, für die beiden o.g. Fraktionen aus der Trockenaufbereitung einen hochwertigen Verwertungsweg aufzuzeigen, so soll im anstehenden Projekt ein weiterer Verfahrensschritt bei der Aufbereitung erprobt werden.
In Bild 5 ist dargestellt, mit welchem Ansatz die Auftrennung der Stoffströme vorgenommen werden soll. Dabei zeigt die Darstellung den geplanten Ansatz, der in
Abhängigkeit von den im Projekt gemachten Erfahrungen auch variiert werden kann.
Die im Projekt tätigen Unternehmen gehen zum jetzigen Zeitpunkt davon aus, dass
eine vorgeschaltete Schlackenwäsche Sinn macht, da nur so die für einen Ersatzbaustoff
immer noch recht hohen Chlorid- und Sulfatgehalte sicher reduziert werden können.
Bei der anschließenden Abtrennung der NE-Metalle verfolgen die Aufbereiter jedoch
unterschiedliche Strategien, welche hier im Projekt auch berücksichtigt werden.
Ausgangsmaterial
Rohschlacke
MVB/MVR
(ohne Grobschrott)
Ggf.
Glasabtrennung
(Multispektralsortierer)
Weitergehende
NE-Abtrennung
durch
Nassaufbereitung
(Vertikalsetztisch)
Bild 5:
330
Fe-Abtrennung
Absiebung/
Zerkleinerung auf
max. Korngröße
Trockene
NE-Entfrachtung
durch
Hanseatisches
Schlackentor
Schlackenwäsche
zur Abtrennung von
Salz und Feinstkorn
(z.B. < 100 µm)
Wasseraufbereitung,
MineralikFeinstfraktion
wird abgetrennt
Feinstfraktion
geht an BAM für
Zentrifugalsortierung
und Hydrozyklon
Gewaschene
Schlacke
ohne Feinstkorn
Wasserreinigung
und
Reststoffentsorgung
Feinstfraktion geht an
Zementwerk für
weitere
Untersuchungen
Herstellung
verschiedener
Siebschnitte,
weitere
Fe-Entfrachtung
Herstellung
verschiedener
Siebschnitte,
weitere FeEntfrachtung
Verschiedene
Körnungen
nach Wäsche
(ohne
Feinstfraktion)
Verschiedene
Körnungen
nach Wäsche
(ohne
Feinstfraktion)
Betonhersteller
testet
verschiedene
Körnungen
Asphaltmischbetrieb testet
verschiedene
Körnungen
Trockene
NE-Entfrachtung
durch Heidemann
Recycling
Darstellung der im Projekt vorgesehenen Verfahrensschritte
Ggf.
Glasabtrennung
(X-Ray)
1
Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff
Zum Einsatz kommen größere Mengen an Rohasche aus einer Hamburger Abfallverwertungsanlage. Die Rohasche durchläuft den Nassentschlacker mit sogenannter
integrierter Schlackenwäsche in gewohnter Weise, ebenso wird der Grobschrott am
Stangensizer abgetrennt. Vorhandene Überband- bzw. Trommelmagnete werden
gröbere Fe-Partikel abtrennen, danach wird die Rohasche zur eigentlichen Schlackenwäsche transportiert. Diese besteht aus einer Vertikalsetzmaschine, wie sie Bräumer
[4] vorgestellt hat (Bild 6).
Aufgabe
Überlauf:
Leichtgut
Organik, Kunststoffe, Gummi,
Holz, Fasern, Lehm, Schluff
Organiksieb
Gegenstromwasser
Austragsventil
Sortierschlauch
Optional:
Metallkonzentrat
Bild 6:
Mittelgut:
gereinigte
mineralische
Fraktion:
Sand, Steine,
Porzellan, Glas
Schematische Darstellung der Vertikalsetzmaschine der Firma mbb-Separation
Quelle: Bräumer, M.: Vertikalsetzmaschine zur Aufbereitung von Stoffgemischen zu Ersatzbrennstoffen – Einsparungspotential
durch Aufbereitung für die energetische Verwertung. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Erneuerbare Energien,
Band 2. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2009, S. 51-58
Das Kernelement dieser Anlage besteht aus dem Sortierschlauch, in welchen über
einen Aufgabetrichter mit Waschrutsche das zuvor auf dreißig Millimeter abgesiebte
mineralische Gemisch eingetragen wird. Der Sortierschlauch mit dreißig Zentimeter
Innendurchmesser wird durch eine Erregereinheit in Schwingungen hoher Frequenz
versetzt, zusätzlich durchströmt Prozesswasser den Schlauch von unten nach oben
und trägt dabei alle leichten Partikel nach oben in Richtung Waschrutsche aus dem
Sortierschlauch heraus (Bild 7). Dabei werden organische und Kunststoff-Partikel
331
Stefan Lübben
ebenso ausgetragen, wie alles Feinstkorn in der Korngröße von Ton oder Feinschluff.
Alle gröberen und schweren Partikel durchlaufen den Sortierschlauch entsprechend der
Schwerkraft nach unten gegen den Prozesswasserstrom und werden unten ausgetragen.
Durch diese Dichtetrennung ist es möglich, alle Fremdstoffe, wie auch das Feinstkorn,
von der restlichen Mineralik abzutrennen. Besonders schwere Metallpartikel könnten
theoretisch, wie in Bild 6 gezeigt, abgetrennt werden. Die für das Projekt vorhandene
Anlage verfügt aber nicht über diese Möglichkeit. Das aufsteigende Prozesswasser
läuft im Aufgabetrichter über ein Wehr und wird in nachgeschalteten Sieben und
Hydrozyklonen gereinigt und im Kreislauf gefahren. Mit Hilfe von Flockungsmitteln
und nachgeschalteter Siebbandpresse wird aus dem abgetrennten Feinstkorn ein
Filterkuchen hergestellt, welcher zur weiteren Aufbereitung an ein Zementwerk und
an die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) gegeben wird. Im
Zementwerk wird geprüft werden, ob die Inhaltsstoffe im Filterkuchen den Einsatz
dieses Feinstkorns als Zuschlagstoff bei der Zementklinkerherstellung zulassen. Wenn
dieses möglich ist, ist die Durchführung von kostenintensiven Brennversuchen vorgesehen, um die Eignung der mineralischen Feinfraktion (max. Korngröße 200 µm)
als Zuschlagstoff zu erproben. Die BAM wird prüfen, ob es durch verschiedene physikalische Maßnahmen (z.B. Zentrifugalsortierung oder Hydrozyklon) möglich ist, den
Gehalt des Filterkuchens an bestimmten im Zementklinker störenden Metallen (z.B.
Cadmium) zu reduzieren.
Die unten ausgetragene mineralische Fraktion wird anschließend in unterschiedlichen
Aufbereitungsanlagen beim Hanseatischen Schlackenkontor und bei HeidemannRecycling in verschiedene Kornspektren aufgetrennt und weitestgehend von Fe- und
NE-Metallen befreit. Für diese Aufbereitung wird z.B. eine Aggregatkombination
bestehend aus 2 Fe- und 4 NE-Abscheidern plus 2 Windsichtern eingesetzt. Ebenso
wird ein neuartiger Wirbelstromabscheider zum Einsatz kommen, der bislang nur als
Prototyp getestet wurde. In Abhängigkeit von den Anforderungen der nachfolgenden
Verwerter an die Mineralik werden bei Bedarf ein Multispektralsortierer und die
Röntgenfluoreszenz-Technologie für die Fein-Aufbereitung eingesetzt. Mittels der
Magnetinduktionstomographie (EMCAM) könnten bei Bedarf Metalle gezielt eliminiert werden.
Nach erfolgter weitestgehender Metall- und ggf. auch Glasabtrennung gehen die gewaschenen und von Feinkorn und Salzen befreiten Mineralikströme zu den Verwertern
(Asphaltmischbetrieb und Betonwerk) und werden dort erst eingehend untersucht
und anschließend in Testmischungen im Labor- und später auch Technikumsmaßstab
erprobt. Wenn die Untersuchungen im kleinen Maßstab erfolgreich verlaufen sind,
werden im Anschluss Testkörper bzw. Testflächen hergestellt.
Alle Arbeiten werden von der TU Hamburg-Harburg, Institut für Umwelttechnik
und Energiewirtschaft begleitet. Chemische Analysen aller Input- und Outputströme
insbesondere auf Chlorid- und Sulfatgehalte, aber auch auf kritische Metalle werden
an der TU durchgeführt, ebenso sind Elutionsversuche vorgesehen. Eine vollständige Vorhabensbilanzierung (Stoffstrombilanz) sowie eine systematische ökologische und ökonomische Bewertung aller Aufbereitungsschritte sowie der erzeugten
332
Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff
Sekundärrohstoffe sollen den Nutzen der
im Projekt erarbeiteten Prozessschritte
aufzeigen. Sofern ein ökologisch und
ökonomisch sinnvoller Verwertungspfad
für Teilströme der HMVA in Richtung
einer Verwertung als Beton-, Asphaltoder Zementklinkerzuschlagstoff aufgezeigt werden kann, soll auch versucht
werden, das rechtliche Umfeld für diesen
Verwertungsweg abzuklopfen und eine
Zertifizierung oder Anerkennung dieser
Baustoffkomponente vorzubereiten. Dazu
sind zu gegebener Zeit Gespräche mit
Baustoffprüfern und Fachverbänden zu
führen.
4. Fazit
In den vergangenen Jahrzehnten war die
Vermarktung der Hamburger HMVA als
hochwertiger Ersatzbaustoff mit hochwertiger Güteüberwachung und gleichbleibenden Produkteigenschaften in den
Bereichen Industrie- und Gewerbebau,
Deponiebau, Straßen- und Wegebau relativ problemlos möglich. Da das Hanseatische
Schlackenkontor von der hohen Qualität des Produktes emvau-schlacke überzeugt
ist, gibt es eine Rücknahmegarantie für die seit 1992 in öffentlichen Baumaßnahmen
verbauten HMVA. Die seit 2006 laufende Diskussion zur Mantelverordnung und die
darin erhaltenen Grenz-, Richt- oder Vorsorgewerte für die HMVA-Verwendung
schaden der Akzeptanz von HMVA als Ersatzbaustoff jedoch zusehens. Die Vermarktung wird erschwert, der Mengenabsatz ist rückläufig und die Lager laufen über. Die
Stadtreinigung Hamburg als größter Erzeuger von Rohasche aus Hausmüllverbrennung
in der Metropolregion Hamburg wird daher im Rahmen eines vom BMBF geförderten Projektes zusammen mit regionalen Partnern aus der HMVA-Aufbereitung und
-Vermarktung, der Zement-, Asphalt- und Betonindustrie unter wissenschaftlicher
Begleitung durch die TU Hamburg-Harburg untersuchen, inwieweit die Herstellung und Vermarktung von gezielt als Zuschlagstoff für die Bauindustrie erzeugten
Teilströmen der Rohasche erfolgversprechend ist. Aus diversen Untersuchungen
vergangener Jahre ist bekannt, dass dieser Ansatz im Grundsatz funktioniert, dass
jedoch die Gehalte an Salzen, Aluminium oder Glas die limitierenden Faktoren waren.
Durch besondere Behandlungsverfahren – allem voran die Schlackenwäsche, aber auch
die nachgeschaltete selektive Sortierung auf Glas und/oder Aluminium sollen diese
Störstoffgehalte minimiert werden. Die Partner der Betonindustrie werden Testkörper
herstellen, die Partner der Asphaltindustrie Testflächen und die der Zementindustrie
Bild 7:
Sortierschlauch mit Erregereinheit
als zentrale Baugruppe der im
Projekt zum Einsatz kommenden
Vertikalsetzmaschine
333
Stefan Lübben
werden Brennversuche zur Zementklinkerherstellung mit auf Rohasche beruhenden
mineralischen Komponenten durchführen. Alle Prozesse werden am Ende ökonomisch
und ökologisch bewertet. Es besteht der Wille, am Ende des Projektes mindestens einen
klar definierten, nachhaltig erzeugten und vermarktungsfähigen Zuschlagstoff für die
Bauindustrie herstellen zu können.
5. Quellen
[1] Asphalt-Labor: Untersuchung der Eignung von gewaschener HMV-Asche für Asphalttragschichten und Asphaltbinderschichten, Teil 1.- Gutachten Nr. 0607, 2006
[2] BBodSchV: Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung, Anhang 2.- http://www.gesetzeim-internet.de/bbodschv/anhang_2.html, 1999, abgerufen am 6.03.2015
[3] BMUB:
http://www.bmub.bund.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Bodenschutz/
entw_mantelverordnung.pdf, 2012, abgerufen am 6.03.2015
[4] Bräumer, M.: Vertikalsetzmaschine zur Aufbereitung von Stoffgemischen zu Ersatzbrennstoffen – Einsparungspotential durch Aufbereitung für die energetische Verwertung. In: ThoméKozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Erneuerbare Energien, Band 2. Neuruppin: TK Verlag
Karl Thomé-Kozmiensky, 2009, S. 51-58
[5] BUG: Schlackenbericht 2002 – Untersuchung von Schwermetallen, Chlorid und Sulfat in Hamburger Müllverbrennungsschlacken 1997–2002.- Institut für Hygiene und Umwelt Hamburg im
Auftrag der Behörde für Umwelt und Gesundheit der Freien und Hansestadt Hamburg, 2003
[6] Deutag: Abschlussbericht – Einsatzmöglichkeiten von HMV-Asche in Asphalttragschichten,
Untersuchung im Auftrag der HSK-GmbH, 2007
[7] Dieckmann, M.: Rechtsgutachterliche Stellungnahme zur rechtlichen Begründbarkeit der Vorgabe eines Mindesteinbauvolumens von 1.500 m³ in der Ersatzbaustoffverordnung. Esche, Schümann, Commichau – Partnerschaftsgesellschaft im Auftrag der HSK-GmbH, 2013
[8] EEW: Energy from Waste Stapelfeld GmbH, persönliche Mitteilung vom 11. März 2015, 2015
[9] Greinert, J.: MV-Schlacke – vom Abfall zum Produkt in einer Sekunde? VKS-News Recht, 164.
Ausgabe, April 2012
[10] Hirschmann, G.; Haase, I.; Förstner, U.: Optimierung der Salzauslaugung aus der MV-Schlacke
im Stößelentschlacker.- Gutachten des AsphaltLabors in Kooperation mit der TU HamburgHarburg, Institut für Umweltschutztechnik im Auftrag der MVB, 1995
[11] HSK: Hanseatisches Schlackenkontor GmbH. Zitiert in: Entwurf des Abfallwirtschaftsplanes
Siedlungsabfälle der Freien und Hansestadt Hamburg. Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Abteilung Abfallwirtschaft, Stand 02.02.2015, unveröffentlicht, 2015
[12] Kluge, G.: Einsatz von MV-Asche im Straßenbau, Überprüfung der physikalischen Eigenschaften im Langzeitverhalten. UFOPLAN Forschungsbericht 14506164, 1991
[13] Meo, D.; H. Zwahr: Technology selected for city of Los Angeles waste-conversion facility sets
new standards for sustainable waste management using WTE.- Proceedings of the 20th North
American Waste-to Energy Conference, NAWTEC 20-7018, 2012
[14] Müller, U.; Rübner, K.: The microstructure of concrete made with municipal waste incinerator
bottom ash as an aggregate component.- Cement and Concrete Research 36, S. 1434 - 1443, 2006
[15] Paul, M.: Rechtliche Anforderungen – Aktueller Stand.- Vortrag 14. Münsteraner Abfallwirtschaftstage 24. – 25.02.2015. Der Vortrag ging über den Beitrag im Tagungsband hinaus und
enthielt weitere Informationen. Tagungsband: 14. Münsteraner Abfallwirtschaftstage, Münsteraner Schriften zur Abfallwirtschaft, Band 16, Herausgeber: Flamme, S. et al., ISBN 978-39811142-5-6, 2015
334
Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff
[16] Rübner, K.; Haamkes, F.; Linde, O.: Untersuchungen an Beton mit Hausmüllverbrennungsasche
als Gesteinskörnung.- Tagung Bauchemie in Siegen, GDCh-Monographie Bd. 37, S. 253-259,
2007
[17] Seegrön, A.; Damm, K.: Untersuchung von Kaltmischgut aus MV-Asche und Bitumenemulsion.Asphaltlabor im Auftrag der HSK GmbH, 1999a
[18] Seegrön, A.; Damm, K.: Weiterführende Untersuchungen an Kaltmischgut aus MV-Asche 0/16
und Bitumenemulsion.- Gutachten 9926, Asphaltlabor im Auftrag der HSK GmbH, 1999b
[19] TU Hamburg-Harburg, Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft (IUE), per. Mitteilung
durch V. Enzner, 2015
[20] Zwahr, H.: MV-Schlacke – Mehr als nur ein ungeliebter Baustoff? – 10. Fachtagung Thermische
Abfallbehandlung, Schriftenreihe des Instituts für Abfallwirtschaft und Altlasten, TU Dresden,
Hrsgb. Bilitewski, B. et al., 2005
[21] Zwahr, H.: Nachbehandlung von MV-Schlacke zur Erschließung neuer Einsatz- und Verwertungsmöglichkeiten.- Untersuchungen im Auftrag der HSK-GmbH, unveröffentlicht, 2008
335
MARTIN - Trockenentschlackung
Hol das Beste raus!
„Dauerhafte Entwicklung ist Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne zu riskieren, dass künftige
Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können.“
(1713 - Hans Carl von Carlowitz)
Metalle werden bei der Verbrennung nicht zerstört. Deshalb ermöglichen Abfallverbrennungsanlagen mit
MARTIN-Rostsystemen nicht nur eine effiziente Energiegewinnung aus dem Restabfall sondern auch
hohe Metall-Recyclingquoten. Selbst der komplizierte Materialmix unserer modernen Produktwelt stellt für
unsere Anlagen kein Problem dar.
Mit der MARTIN-Trockenentschlackung können die Metalle sauber und mit hohem Wirkungsgrad zurückgewonnen werden. Der Eisenschrott wird direkt von der Stahlindustrie verwertet. Nicht-Eisenmetalle wie
Aluminium, Kupfer, Edelmetalle u.v.m. lassen sich weiter aufkonzentrieren und dann ebenfalls zu neuen
Produkten verarbeiten. Aus der Feinfraktion kann ein keramischer Werkstoff hergestellt werden.
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