Flugascherückführung. Granulatqualität

Transkript

1 in die Feuerung rückgeführt, um beim erneuten Durchlaufen der Hauptbrennzone zu sintern. Die gesinterte oder geschmolzene Granulat-Grobfraktion enthält noch Anhaftungen feiner Partikel, die in der Wäsche abgespült werden. Die Suspension wird in den Entschlacker rückgeführt, so dass Abwasser aus dem Aufbereitungsprozess nicht anfällt. Flugascherückführung it dem Syncom-Plus-Verfahren werden hohe Brennbetttemperaturen erzeugt, wodurch der Flugstaub sintert. Zur weiteren Reduzierung der Flugaschemenge und Zerstörung der enthaltenen Dioxine wird ein Teil des bei der Abgasentstaubung anfallenden Flugstaubs in den Rostofen gefördert. it Online-essung von Dioxinen und deren Vorläufersubstanzen oder Leitgrößen im Abgas wie CO und C ges können gezielt die Anteile des Flugstaubs rückgeführt werden, die überdurchschnittlich mit organischen Schadstoffen belastet sind. it hohen Betttemperaturen und nassmechanischer Schlackebehandlung wird sichergestellt, dass der Flugstaub das Granulat-Endprodukt nicht belastet. Bei den hohen Temperaturen in der Hauptbrennzone des Ofens werden Flugaschen gesintert und Dioxine zerstört. Die zu entsorgende Flugstaubmenge ist durch die Rückführung merkbar reduziert, ebenso die Dioxin-Frachten. Die Anreicherung von Salzen und Schwermetallen im Flugstaub wird beherrscht, indem maximal 75 Prozent des Flugstaubs rückgeführt werden. Die Rückführung von Reaktionsprodukten aus der Abgasreinigung, z.b. von Kalk- oder Kohleprodukten, wird ausgeschlossen. Wegen der Erhöhung von Schwermetall- und Chloridkonzentrationen im ungereinigten Abgas steigt das Korrosionspotential der Verbrennungsabgase, weswegen korrosionsmindernde aßnahmen im Strahlungsbereich des Dampferzeugers wie Cladding mit Nickelbasislegierungen notwendig sind. Granulatqualität Charakteristisch für das Syncom-Plus-Verfahren ist die Herstellung eines weitgehend inerten Granulats, das gesintert oder geschmolzen und weitgehend frei von unverbranntem Kohlenstoff Glühverlust kleiner 0,1 % und anderen organischen Bestandteilen ist. Die Anforderungen der EU-Direktive [10], die erstmals Qualitätskriterien für Inertstoffe festlegt, werden vom Granulat eingehalten (Tabelle 21). Der Gehalt an Dioxinen und Furanen im Granulat ist kleiner als 0,3 ng I-TEQ/kg (Bild 38). Der Dioxingehalt im unbehandelten Abfall aus Haushaltungen liegt im Unterschied hierzu bei 50 ng I-TEQ/kg [1]. Der PCDD/F-Grenzwert der Klärschlammverordnung zur Ausbringung auf landwirtschaftlich genutzte Böden liegt bei 100 ng I-TEQ/kg [11]. Wegen der Dioxinzerstörung in der Verbrennung und der Rückführung von Teilen des Flugstaubs liegt der Gesamt-Dioxinausstoß der Syncom-Plus-Anlage von unter 5 ng I-TEQ/kg Abfall (Granulat + Sekundärabfälle aus der Abgasreinigung + Abgas) (Bild 39). 177

2 Karl J. Thomé-Kozmiensky Tabelle 21: Eluatgrenzwerte und esswerte von Syncom-Plus-Granulat 1 Parameter Einheit Deutschland EU Syncom-Plus LAGA AbfAblV AbfAblV 2003/33/EG 2003/33/EG 2003/33/EG Granulat erkblatt Dep.-Klasse I Dep.-Klasse II (ittelwert) (1994) (2001) (2001) Verwertung von Deponierung von Deponierung von Deponien für Deponien für Deponien für (Elution nach Schlacke (Energie Schlacke (Energie Produkten aus der gefährliche nicht gefährliche Inertabfälle DEV-S4) aus Abfall) aus Abfall) mech.-biol. Abfälle Abfälle Behandlung Abdampf- mg/kg < rückstand Antimon mg/kg 5 0,7 0,06 < 0,06 Arsen mg/kg ,5 < 0,1 Barium mg/kg Blei mg/kg 0, ,5 < 0,1 Cadmium mg/kg 0,05 0, ,04 < 0,01 Chlorid mg/kg Chrom mg/kg ,5 < 0,1 DOC mg/kg Fluorid mg/kg Kupfer mg/kg ,3 olybdän mg/kg ,5 < 0,5 Nickel mg/kg 0, ,4 < 0,2 Quecksilber mg/kg 0,01 0,05 0,2 2 0,2 0,01 < 0,002 Selen mg/kg 7 0,5 0,1 < 0,1 Zink mg/kg ,4 1 Elution nach DEV-S4; Angabe entsprechend EU-Richtlinie EU 2003/33/EG, Werte in mg ausgelaugter Schadstoff pro kg Probe Quellen: Verordnung über die umweltgerechte Ablagerung von Siedlungsabfällen und über biologische Abfallbehandlungsanlagen [in Deutschland], Abfallablagerungsverordnung (AbfAblV): Bundesgesetzblatt Teil 1, Nr. 10 (2001), S Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA): erkblatt zur Entsorgung von Abfällen aus Verbrennungsanlagen für Siedlungsabfälle (1994) zitiert in: artin, J.; Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S

3 Konventionelle üllverbrennung 2 (TASi-1) 1 Syncom 0,5 (LAGA) 0,3 0,1 Syncom-Plus 0,1 (TVO) Dioxingehalt ng TEQ/kg Glühverlust % Bleielution mg/kg Bild 38: Qualität von Schlacke und SyncomPlus-Granulat Quelle: Gohlke, O.; Busch,.; Horn, J.; artin, J.: Nachhaltige Abfallbehandlung mit dem SyncomPlus-Verfahren.In: Thomé- Kozmiensky. K. J. (Hrsg.): Optimierungspotential der Abfallverbrennung. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2003, bearbeitet Konventionelle üllverbrennung Syncom Syncom-Plus Dioxin-Input durch Abfall µg TEQ/t üll Dioxin-Gesamtoutput µg TEQ/t üll Flugaschemenge kg/t üll Abgasmenge Nm 3 /kg üll Bild 39: Reduzierung der Abgas- und Flugaschemenge sowie des Dioxin-Gesamtoutputs im Vergleich der konventionellen Abfalllverbrennungsanlagen sowie von Syncom- und Syncom-Plus-Abfallverbrennungsanlagen Quelle: artin, J.; Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S

4 Karl J. Thomé-Kozmiensky Entwicklungsstand Das Syncom-Plus-Verfahren basiert auf der Abfallverbrennungstechnologie des artin-systems. Voraussetzung für die hohen Brennbetttemperaturen und die Sinterung der Asche/Schlacke ist der Rückschubrost. Die zusätzlichen Komponenten sind großtechnisch erprobt und in halbtechnischen Versuchsanlagen im Einsatz. Die erste Syncom-Anlage wurde im Frühjahr 2004 in Arnoldstein, Österreich, in Betrieb genommen, der Betrieb wurde inzwischen eingestellt. Das Syncom-Plus-Verfahren ist großtechnisch noch nicht umgesetzt (Tabelle 22). Tabelle 22: Entwicklungsstand des Syncom- und Syncom-Plus-Verfahrens Syncom Syncom-Plus Komponenten O 2 -angereicherte Primärluft alle Komponenten des Syncom-Verfahrens Abgasrückführung in den nassmechanische Rostascheaufbereitung Feuerraum infrarot-kamerageführte Rückführung unvollständig gesinterter Verbrennungsregelung Rostaschefraktionen sensorgesteuerte Flugascherückführung erkmale Reduzierung der Abgasmenge alle erkmale des Syncom-Verfahrens um 35 % erhöhte Brennbetttemperatur vollständig gesintertes Inertstoff-Granulat (ohne nachgeschaltete Verglasung) verringerte Flugaschemenge Glühverlust < 0,1 % Schwermetallelution entsprechend Trinkwasserverordnung Flugaschemenge < 7 kg/t üll Gesamtdioxinoutput < 5 µg/t üll Entwicklungs- drei großtechnische Versuchs- Einzelkomponenten großtechnisch erprobt stand anlagen (Deutschland/Japan) zwei großtechnische Referenz- halbtechnische Versuchsanlagen in Japan anlagen im Bau und Deutschland (Österreich/Japan) Quellen: Gohlke, O.; Busch,.: Reduction of combustion by-products in WTE plants: O 2 enrichment of underfire air in the artin Syncom process. In: Chemosphere 42 (2001), S eile, E.; Schreiner, E.: Gezielte Prozessbeeinflussung durch Aufschaltung einer Infrarotkamera am Beispiel der VA Wintherthur. In: Entsorgungspraxis 5 (2002), S Es kann ein mineralisches, weitgehend inertes Produkt erzeugt werden. Der Abfall muss nicht vorbehandelt werden. Versuchsanlagen Die Demonstrationsanlage in Coburg, die Versuchsanlage in Clausthal-Zellerfeld sowie die großtechnische Anlage in Arnoldstein werden im Folgenden vorgestellt. Großtechnische Versuchsanlage in Coburg Die Rückführung von Schlacke-Feinfraktion und Kesselasche wurde im Jahr 2001 großtechnisch mit der Syncom-Demonstrationsanlage in Coburg erprobt. Während dieser Versuche wurden bei Abfalldurchsätzen von etwa 7,5 t/h rund 1,2 t Schlacke-Feinfraktion 180

5 und 20 kg Kesselasche pro Stunde rückgeführt. Der Heizwert des Abfalls betrug im ittel kj/kg und der Anteil der Feinfraktion an der Gesamtschlacke hat sich bei 44 assenprozent stabilisiert. Die assenströme dieser Versuche sind in Bild 40 beispielhaft dargestellt. Abfall Heizwert in kj/kg Abfalldurchsatz in kg/h C 28 % H 4 % O 22 % N 1 % Asche 19 % Wasser 25 % Dampferzeuger Flugstaub 53 kg, trocken/stunde 7 kg trocken/t üll zur Abgasreinigung Aball mit Rückführung Abfalldurchsatz in kg/h C 23 % H 3 % O 19 % N 1 % Asche Wasser Heizwert in kj/kg % 24 % Dampferzeugerasche 20 kg, trocken/stunde 3 kg trocken/t üll Schlacke-Feinfraktion < 8 mm 44 % kg, trocken/stunde Schlacke mit Rückführung kg, trocken/stunde kg feucht/h (15 % H 2 0) 56 % gesinterte Partikel > 8 mm kg, trocken/stunde Bild 40: assenbilanz des Syncom-Plus-Verfahrens basierend auf großtechnischen Versuchsdaten Quelle: artin, J.; Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 608 Halbtechnische Versuchsanlagen in Yokohama und Clausthal-Zellerfeld Auf Basis der Erfahrungen in Coburg wurden in Yokohama in Japan, und in Clausthal in Deutschland zwei halbtechnische Versuchsanlagen mit den Syncom-Plus-Komponenten errichtet: Sauerstoffanreicherung der Primärluft sowie Abgasrezirkulation und Infrarot- Kamera, nassmechanische Schlackeaufbereitung, Schlackerückführung, Flugstaubrückführung. Beide Versuchsanlagen sind mit einem 600 mm breiten Rückschubrost mit einer thermischen Leistung von etwa 1 W ausgestattet. Die nassmechanische Schlackebehandlung 181

6 Karl J. Thomé-Kozmiensky ist unterschiedlich konfiguriert. An der Clausthaler Versuchsanlage (Bild 41) wurde die Schlacke auf einem Plansieb gesiebt und gewaschen (Bild 42); in der Anlage in Yokohama wurde dem Planarsieb eine Sieb-Waschtrommel nachgeschaltet (Bild 43). Bild 41: Syncom-Plus-Versuchsanlage bei der Cutec in Clausthal Quelle: artin, J. J. E.; Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall Integration von Schlackeaufbereitung und Flugascheentsorgung in den Verbrennungsprozess. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung, Band 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 610 Bild 42: Nassmechanische Aufbereitung der Syncom-Plus-Schlacke in der Versuchsanlage bei der Cutec in Clausthal Quelle: artin, J. J. E.; Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall Integration von Schlackeaufbereitung und Flugascheentsorgung in den Verbrennungsprozess. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung, Band 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S

7 Bild 43: Aufbereitungs- und Rückführungsaggregate an der Syncom-Plus-Versuchsanlage in Yokohama Quelle: artin, J. J. E.; Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall Integration von Schlackeaufbereitung und Flugascheentsorgung in den Verbrennungsprozess. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung, Band 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 611 Konzept für Neuanlagen am Beispiel der TBA Arnoldstein Auf Basis der Erfahrungen mit den Versuchsanlagen in Deutschland und Japan wurde ein Anlagenkonzept entwickelt, mit dem mit überschaubarem Aufwand und erprobten Komponenten das Syncom-Plus-Verfahren großtechnisch realisiert wird. Hierfür wurde beispielhaft die Syncom-Anlage in Arnoldstein, Österreich, als Basis verwendet. Syncom-Komponenten An der TBA Arnoldstein wird das Syncom-Verfahren erstmals großtechnisch in einer Neuanlage realisiert. Der Sauerstoff wird mit einer Linde-Druckwechseladsorptions- Luftzerlegungsanlage vor Ort hergestellt. Die wesentlichen technischen Daten der TBA Arnoldstein sind in Tabelle 23 dargestellt, die Energiebilanz und die Outputströme in Tabelle 24. Die Komponenten dieser Anlage sind im Längsschnitt in Bild 44 dargestellt. Die Anlage besteht aus den Hauptkomponenten Rückschubrostfeuerung, Luftzerlegungsanlage, Vier-Zug-Vertikalkessel, Wirbelschicht-Adsorptionsreaktor, Gewebefilter, Herdofenkoks-Festbettfilter, Saugzug, SCR-DeNOx-Anlage, Kamin, Turbine und Generator. Die Anlage ist für eine Fernwärmeauskopplung bis 9 W th, Prozessdampfauskopplung bis 13 t/h sowie Stromerzeugung von 0,8 bis 5 W el ausgelegt. Syncom-Plus-Komponenten Die zusätzlichen Syncom-Plus-Komponenten nassmechanische Schlackeaufbereitung, Rückführung der Schlacke-Feinfraktion und Rückführung der Flugasche sind bei der Anlage in Arnoldstein nicht realisiert. Im Folgenden werden diese Komponenten für den Einsatz in zukünftigen großtechnischen Syncom-Plus-Anlagen beispielhaft beschrieben (Bild 45). Dieses Konzept beruht auf Erfahrungen, die mit den Versuchsanlagen in Coburg, Yokohama und Clausthal-Zellerfeld gewonnen wurden. Auch andere Varianten können eingesetzt werden. 183

8 Karl J. Thomé-Kozmiensky Einheit Wert Abfallmenge pro Jahr t/a Anzahl der Einheiten 1 Abfalldurchsatz (Auslegungspunkt) t/h 10,7 Heizwert (Auslegungspunkt) kj/kg Heizwertbereich kj/kg Rostbreite mm Tabelle 23: Technische Daten der thermischen Behandlungsanlage Arnoldstein Quelle: artin, J.; Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall. In: Thomé- Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 612 Tabelle 24: Energiebilanz und Outputströme der TBA Arnoldstein Einheit Abfalldurchsatz t/h 10,7 t/a Energie zugeführte Wärme, Abfall W th 29,72 Betriebspunkt max. typisch min. Stromerzeugung netto W el 0,8 2,5 5 Fernwärmeauskoppelung W th Prozessdampfauskoppelung t/h Frischdampf Turbineneintritt bar a 39 C 397 t/h 35,2 Output Abgasvolumen Nm 3 /h tr Schlacke t/h 3 t/a Fe-Schrott + NE-etalle t/h 0,5 t/a Rückstände Abgasreinigung t/h 0,4 t/a Abwasser t/h 1,5 Quelle: Gruber, K. H.; Zellinger, G.: Die thermische Abfallbehandlung als bestmögliche ökologische und ökonomische Lösung der nachhaltigen Abfallwirtschaft am Beispiel Kärnten, Vortragsreihe zur Wasserwirtschaft, TU Graz ( ) zitiert in: artin, J. E., Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S.612 Die Schlacke wird am Ende der Feuerung mit einem Nassentschlacker ausgetragen und mit Förderbändern in eine neben der Verbrennungsanlage liegende Halle gefördert. Eisen- und Nichteisenmetallschrott werden mit einem agnetscheider und einem Wirbelstromscheider abgeschieden, sodann wird die Rohschlacke zwischengelagert. Sie wird mit einem Radlader aus dem Zwischenlager einer Siebmaschine aufgegeben. 184

9 Bild 44: artin-syncom-anlage in Arnoldstein Quelle: artin, J.; Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S

10 Karl J. Thomé-Kozmiensky Bild 45: Vorschlag für eine Aufstellungsübersicht für die nassmechanische Schlackeaufbereitung beim Syncom-Plus-Verfahren der artin GmbH Quelle: artin, J.; Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S

11 Die Feinfraktion wird in eine ulde gefördert und einem vor dem Anliefertor des Abfallbunkers aufgestellten Stahlbehälter mit Schubboden zugeführt. Aus diesem wird die Schlackefeinfraktion kontinuierlich mit einem Förderband in den Abfallbunker gefördert. Das Förderband ist für die Dosierung und Registrierung mit einer Waage ausgerüstet. Die Grobfraktion wird über ein weiteres Förderband dem Waschaggregat zugeführt. Das dabei entstehende Abwasser wird in einen Behälter im Kesselhaus gepumpt, der als Vorlage für das Nachfüllen des Entschlackers dient. Die Wasserverluste des Entschlackers werden kontinuierlich ersetzt. Das gewaschene Granulat-Endprodukt wird in der Produkthalle zwischengelagert und mit Radladern zum Abtransport verladen. Flugstaubrückführung Die Flugstaubrückführung wird in Abhängigkeit vom System der Abgasreinigung ausgestaltet. In Bild 37 ist ein für moderne japanische Anlagen typisches System mit zwei Gewebefiltern skizziert. Für diesen Fall wurde das Syncom-Plus-Verfahren mit der Rückführung von 75 % des Gesamtflugstaubs und beladenem Aktivkoks oder -koksstaub konzipiert. Der Gesamtflugstaub ist die Summe aus Kesselasche und Flugstaub aus der Staubabscheidung. In Europa sind jedoch trockene und quasitrockene Abgasreinigungsverfahren verbreitetet, bei denen in nur einem Gewebefilter Flugstaub und Reaktionsprodukte der Abgasreinigung als Calciumsalze abgeschieden werden (Bild 46). Dioxinzerstörung Energiegewinnung Abgasreinigung Abgasrezirkulation Hausmüll IR-Kamera Kalk und Koks oder Aktivkohle Kessel Netto-Stromerzeugung > 500 kwh/t üll Abgasmenge reduziert um 35 % Aschesinterung Brennbetttemperaturen > C Rückführung der Kesselasche (über Entschlacker und Schlacke-Feinfraktion) Sauerstoffanreicherung LUVO etalle Granulat Glühverlust < 0,1 % Pb-Auslaugung < 0,01 mg/l Erhöhung der Brennbetttemperatur Nass-mechanische Behandlung Bild 46: Kesselascherückführung durch den Entschlacker beim Syncom-Plus-Verfahren der artin GmbH 187

12 Karl J. Thomé-Kozmiensky Die Rückführung des Filterstaubs ist bei dieser Schaltung nicht zweckmäßig, weil die Salze als Reaktionsprodukte der Abgasreinigung nicht in das Schlackegranulat eingebunden werden können und sich bei der Rückführung im System anreichern würden. Hierfür ist es vorteilhafter, die gesamte Kesselasche rückzuführen; der mit Reaktionsprodukten beladene Gewebefilterstaub muss anderweitig entsorgt werden. Im hier beschriebenen Beispiel wird die Kesselasche mit Förderschnecken und Fallrohren in den Entschlacker gefördert. Nach der Siebung und Wäsche der Schlacke wird sie dann mit der abgesiebten Schlacke-Feinfraktion wieder dem Verbrennungsprozess aufgegeben Sekundärabfälle Auch bei Anwendung des Syncom-Plus-Verfahrens fallen weiterhin Sekundärabfälle aus der Abgasreinigung Salze und schwermetallhaltige Stäube an, da diese nicht in beliebiger enge rückgeführt und in die Schlacke eingebunden werden können. Bei der in Bild 37 dargestellten Verfahrensschaltung müssen sieben Kilogramm Flugstaub sowie zwanzig Kilogramm Reaktionsprodukte aus dem zweiten Filter der Abgasreinigung unter Tage deponiert oder behandelt werden. Syncom-Plus Aktivkoks 3 kg/t üll Kalk 10 kg/t üll Abfall Aschegehalt 200 kg/t üll Syncom Rostfeuerung Kessel Erster Gewebefilter Zweiter Gewebefilter Reingas Nm 3 /t üll Schlacke Kesselasche 7 kg/t üll Filterstaub 7 kg/t üll Reaktionsprodukte 20 kg/t üll Rückführung Feinfraktion Granulat 193 kg/t üll 50 % 7 kg/t üll Kombination von Rostfeuerung oder Vergasung mit Verglasung 50 % 7 kg/t üll Aktivkoks 3 kg/t üll Salzfracht zur Untertagedeponierung 27 kg/t üll Kalk 10 kg/t üll Abfall Aschegehalt 200 kg/t üll Rostfeuerung (oder Vergasung mit Nachverbrennung) Kessel Erster Gewebefilter Zweiter Gewebefilter Reingas Nm 3 /t üll Schlacke 182 kg/t üll Kesselasche 8 kg/t üll Filterstaub 10 kg/t üll Reaktionsprodukte 20 kg/t üll Granulat 190 kg/t üll Verglasung Sekundärstaub 10 kg/t üll Salzfracht zur Untertagedeponierung 30 kg/t üll Bild 47: 188 Beispiel eines assenflussdiagramms des Syncom-Plus-Verfahrens im Vergleich zu einer Kombination von Rostfeuerung oder Vergasung mit Ascheverglasung Quelle: artin, J.; Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 617

13 In Bild 47 wird das Syncom-Plus-Verfahren der Kombination einer Rostfeuerung oder Vergasung mit Flugstaubverglasung gegenübergestellt. Diese Darstellung beruht auf japanischen Erfahrungswerten und verdeutlicht beispielhaft die Zusammenhänge. Die tatsächlichen assen variieren in Abhängigkeit vom Verfahren und von der Abfallzusammensetzung. Quellen [1] Chandler, A.; Eighmy, T.; Hartlen, J.; Hjelmar, O.; Kosson, D.; Sawell, S.; van der Sloot, H.; Vehlow, J.: An International perspective on characterisation and management of residues from municipal solid waste incineration. International Ash Working Group. December 1994, S. 25 [2] Gohlke, O.; Busch,.: Reduction of combustion by-products in WTE plants: O2 enrichment of underfire air in the artin Syncom process. In: Chemosphere 42 (2001), S [3] Gohlke, O.; Busch,.; Horn, J.; artin, J.: Nachhaltige Abfallbehandlung mit dem Syncom- Plus Verfahren. In: Thomé-Kozmiensky (Hrsg.): Optimierungspotential der Abfallverbrennung. Neuruppin: TK Verlag Karl J. Thomé-Kozmiensky, 2003 [4] Gohlke, O.; Busch,.; Horn, J.; Takuma,.; Kuranishi,.; Yanagisawa, Y.: New grate-based waste-to-energy system producing an inert ash granulate. In: Waste anagement World, ISSN , Juni 2003, S [5] Gruber, K. H.; Zellinger, G.: Die thermische Abfallbehandlung als bestmögliche ökologische und ökonomische Lösung der nachhaltigen Abfallwirtschaft am Beispiel Kärnten. Vortragsreihe zur Wasserwirtschaft, TU Graz ( ) [6] Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA): erkblatt zur Entsorgung von Abfällen aus Verbrennungsanlagen für Siedlungsabfälle (1994) [7] artin, J. E., Gohlke, O.: Energie und Inertstoffe aus Abfall. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S [8] eile, E.; Schreiner, R.: Gezielte Prozessbeeinflussung durch Aufschaltung einer Infrarotkamera am Beispiel der VA Wintherthur. In: Entsorgungspraxis 5 (2000), S [9] Schmidt, I.: Ökoeffiziente Restmüllentsorgung BA oder VA? In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Reformbedarf in der Abfallwirtschaft. Neuruppin: TK Verlag Karl J. Thomé- Kozmiensky, 2001 Rechtsnormen [10] Directive on the landfilling of waste, EU/2003/33/EC, Commission of the European Communities [11] Klärschlammverordnung (Verordnung über die Entsorgung von Klärschlamm AbfKlärV), BGBl. I S. 912, 4 Aufbringungsverbote ( ) [12] Verordnung über die umweltgerechte Ablagerung von Siedlungsabfällen und über biologische Abfallbehandlungsanlagen [in Deutschland]. Abfallablagerungsverordnung: (AbfAblV) Bundesgesetzblatt Teil 1 Nr.10 (2001) S Externe Sinterung von Flugstaub U.a. soll mit dem ASH DEC-Verfahren der Flugstaub mit dem Einsatz von Additiven bei Temperaturen von etwa 900 C gesintert werden. Das Verfahren besteht aus Standardaggregaten, die industriell in isch-, Pelletier- und thermischen Prozessen eingesetzt werden. Das Verfahren wurde in einer Versuchs- und Demonstrationsanlage (Bild 48) in Leoben entwickelt. Nach Angaben der Firma sollte eine industrielle Pilotanlage in Wien in Betrieb genommen werden, dies ist allerdings bislang nicht geschehen. 189

14 Karl J. Thomé-Kozmiensky Bild 48: Versuchs- und Demonstrationsanlage nach dem ASH DEC-Verfahren Quelle: Karpov, S.; Boutoussov,.; Hermann, L.: Inertisierung von Flug- und Filteraschen der Abfallverbrennung mit dem Pellet-Verfahren. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé- Kozmiensky, 2004, S. 645 it dem Verfahren sollen chemische Verbindungen modifiziert werden. it kontrollierbaren chemischen Reaktionen sollen definierte kritische Elemente insbesondere Cadmium, Kupfer, Quecksilber, Blei und Zink in Verbindungen mit niedrigem Verdampfungspunkt überführt werden. Die verbleibenden Elemente sollen in eine chemisch und mechanisch stabile, silikatische atrix eingebunden werden. it dem Prozess soll die Reaktionsfähigkeit der Stoffe reduziert werden. Die Firma nennt mechanische, chemische und thermische aßnahmen, mit denen sie ihr Ziel erreichen will: mechanische aßnahmen: reaktionsfördernde Aufbereitung der Additive, ischung von Additiven und Flugasche, Granulation, chemische aßnahmen: reaktionsfördernde und matrixbildende Rezeptur für Additive und ischung, thermische aßnahmen: Verdampfung toxischer Verbindungen und Bildung von stabilen, glaskeramischen Silicium-Aluminium-Calcium-atrix. Bild 49 zeigt das Verfahrensfließbild der Versuchs- und Demonstrationsanlage. Verfahrens- und Aggregatedarstellung Im Verfahren werden folgende Aggregate verwendet: Intensivmischer, Pelletierteller, 190

15 Trommelcoater, Heißlufttrockner, indirekt beheizter ehrzonendrehrohrofen. Asche Asche Asche Additive Schwefelsäure Salzsäure Schwefelsäure Salzsäure bestehende Abgasleitung Trommelcoater ischer Hoch- leistungs- Intensivmischer Zwischenbehälter Vibrorinne Heißlufttrockner Trockner Pelletierteller Trommelcoater Container für getrocknete Pellets Pelletieraggregat Frischluft Drehrohrofen Kühler indirekt beheizter ehrzonendrehrohrofen Vibrosieb Unterkorn Fördereinrichtung für Endprodukt Bild 49: Verfahrensfließbild der Versuchs- und Demonstrationsanlage nach dem ASH DEC- Verfahren Quelle: Karpov, S.; Boutoussov,.; Hermann, L.: Inertisierung von Flug- und Filteraschen der Abfallverbrennung mit dem Pellet-Verfahren. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé- Kozmiensky, 2004, S. 646 Intensivmischer: Zu Beginn des Prozesses wird die Flugasche mit dem pulverförmigen Additiv 1 intensiv gemischt. Das flüssige Additiv 2 wird während des ischvorgangs zugegeben. it den Additiven werden chemische Reaktionen im ischprozess aktiviert, die die für die Bildung der vitrokristallinen atrix unerwünschten chemischen Verbindungen in den Aschen brechen und neue, stabilere chemische Verbindungen schaffen. Gleichzeitig werden in der ischphase chemische Bindungen verstärkt, die leicht- und mittelflüchtige Schwermetallverbindungen während der nachfolgenden thermischen Behandlung teilweise zur Verdampfung bringen. Die aterial- und Energiebilanz der Versuchsanlage sind den Tabellen 25 und 26 zu entnehmen. Pelletierteller: Die fertige ischung wird mit einem Pelletierteller zu kugelförmigen Pellets von 5 bis 15 mm Durchmesser geformt. Die Korngröße der Pellets ist einstellbar. 191

16 Karl J. Thomé-Kozmiensky Trommelcoater: Während des Transports zum Trommeltrockner werden die Pellets mit dem pulverförmigen Additiv 1 trocken beschichtet. Die Pellets bilden dadurch eine aus dem Additiv bestehende Außenhaut, die eine Barriere gegen die Auslaugung bildet und das Zusammenbacken der Pellets während des thermischen Prozesses verhindern soll. Heißlufttrockner: Zur Vortrocknung der Pellets wird ein Heißlufttrockner eingesetzt, damit im Drehrohrofen nur wenig Frischluft eingesetzt werden muss. it auf 140 C aufgewärmter Luft werden die Pellets von mehr als zwanzig Prozent Wassergehalt auf etwa drei Prozent getrocknet. Eingesetzt wird ein Bandtrockner, damit die Pellets nicht zu stark mechanisch beansprucht werden. Tabelle 25: aterialbilanz der Versuchs- und Demonstrationsanlage nach dem ASH DEC-Verfahren Einheit enge Auslegung Bandbreite eintretende Stoffströme Flugasche t/h 1 max. 1,3 Additiv 1 kg/h 200 max. 300 Additiv 2 l/h 300 max. 400 austretende Stoffströme Pellets 1 t/h 1,4 max. 1,6 1 Entsorgung: Inertstoff- oder Reststoffdeponie Quelle: Karpov, S.; Boutoussov,.; Hermann, L.: Inertisierung von Flugund Filteraschen der Abfallverbrennung mit dem Pellet-Verfahren. In: Thomé- Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 647 Tabelle 26: Energiebilanz der Versuchs- und Demonstrationsanlage nach dem ASH DEC-Verfahren Energieverbrauch Energieträger enge Einheit Auslegung Verbrauch Nebenaggregate Strom, kwh Trockner Dampf, kg/h Drehrohrofen Strom, kwh Quelle: Karpov, S.; Boutoussov,.; Hermann, L.: Inertisierung von Flug- und Filteraschen der Abfallverbrennung mit dem Pellet-Verfahren. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 648 Bild 50: Flugasche-Pellets Quelle: Karpov, S.; Boutoussov,.; Hermann, L.: Inertisierung von Flugund Filteraschen der Abfallverbrennung mit dem Pellet-Verfahren. In: Thomé- Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S

17 Indirekt beheizter ehrzonendrehrohrofen: Die getrockneten Pellets (Bild 50) werden in den Drehrohrofen eingebracht, wo sie in drei unabhängig und kontrolliert beheizten Zonen mit Temperaturen von 750 bis 950 C etwa sechzig inuten thermisch behandelt werden. Im Drehrohr bildet und verfestigt sich die glaskeramische atrix, in der die verbliebenen toxischen Stoffe nach Angaben des Verfahrensanbieters dauerhaft auslaugungssicher eingebunden sind. Chemische Zusammensetzung des Verfahrensinput und -output Die Schwermetallgehalte der für die Untersuchung verwandten Aschenprobe sind in Tabelle 27 dargestellt. Parameter Einheit Gesamt- Eluatgehalt gehalt esswert esswert ph-wert 9,6 Leitfähigkeit ms/m 224 Abdampfrückstand mg/kg TS Aluminium (als Al) mg/kg TS Antimon (als Sb) mg/kg TS 16 0,1 Arsen (als As) mg/kg TS 6,7 < 0,05 Barium (als Ba) mg/kg TS 954 1,9 Beryllium (als Be) mg/kg TS 0,4 < 0,1 Blei (als Pb) mg/kg TS 417 < 0,1 Bor (als B) mg/kg TS 43 1,1 Cadmium (als Cd) mg/kg TS 8,0 < 0,1 Calcium (als Ca) mg/kg TS Chrom gesamt (als Cr) mg/kg TS 85 0,1 Chrom VI (als Cr) mg/kg TS Eisen (als Fe) mg/kg TS < 0,1 Kobalt (als Co) mg/kg TS 11 < 0,1 Kupfer (als Cu) mg/kg TS 565 < 0,1 agnesium (als g) mg/kg TS angan (als n) mg/kg TS 326 < 0,1 Nickel (als Ni) mg/kg TS 66 < 0,1 Quecksilber (als Hg) mg/kg TS < 0,5 < 0,01 Silber (als Ag) mg/kg TS 41 < 0,1 Thallium (als Tl) mg/kg TS < 0,1 Vanadium (als V) mg/kg TS 30 < 0,1 Zink (als Zn) mg/kg TS < 0,1 Zinn (als Sn) mg/kg TS 76 < 0,1 Aschenprobe: FWW ZL Tabelle 27: Schwermetallgehalte einer repräsentativen Aschenprobe Quelle: Karpov, S.; Boutoussov,.; Hermann, L.: Inertisierung von Flugund Filteraschen der Abfallverbrennung mit dem Pellet-Verfahren. In: Thomé- Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S

18 Karl J. Thomé-Kozmiensky Die aus der Aschenprobe in der Versuchsanlage erzeugten Pellets bestehen vorwiegend aus den atrixbildnern Silicium-, Calcium-, Eisen-, Phosphor- und Aluminiumoxid (Tabelle 28). Ihre Schwermetallgehalte zeigt Tabelle 29. Stoff Einheit Pellets aus Pellets aus Aschen- Aschenprobe probe Variante 1 Variante 2 SiO 2 a.-% 34,17 34,38 CaO a.-% 16,37 15,50 go a.-% 2,76 2,73 Al 2 O 3 a.-% 10,97 12,23 Fe 2 O 3 a.-% 15,10 12,91 Na 2 0 a.-% 1,02 2,17 K 2 O a.-% 1,35 2,92 SO 3 a.-% 1,79 1,79 P 2 O 5 a.-% 13,62 13,62 Summe a.-% 97,15 98,25 Tabelle 28: assenanteile der wichtigsten atrixbildner an den Aschepellets Quelle: Karpov, S.; Boutoussov,.; Hermann, L.: Inertisierung von Flugund Filteraschen der Abfallverbrennung mit dem Pellet-Verfahren. In: Thomé- Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 651 Emissionen Aus dem Drehrohrofen werden etwa Nm 3 bis Nm 3 Abgas pro Tonne Asche emittiert. Die Abgase sollen in die Abgasreinigung der Verbrennungsanlage eingeleitet werden. In Abhängigkeit vom Umfang der Entfrachtung von Schwermetallen soll ein Filter zwischengeschaltet werden, um die Kreislaufführung der Schadstoffe zu verhindern. Bei standalone-anlagen muss eine eigene Abgasreinigungsanlage nachgeschaltet werden. Vorläufige Beurteilung des Verfahrens Der Verfahrensanbieter gibt an, dass die für den Prozess erforderliche Behandlungstemperatur von < 950 C auf die Aktivierung der Asche und die Ingangsetzung chemischer Reaktionen im ischer zurückzuführen ist. Dadurch würden vorhandene stoffliche Bindungen aufgebrochen und könnten neue gebildet werden. Dies bewirke später die teilweise Verdampfung leicht- und mittelflüchtiger Spurenelemente und die Einbindung der verbleibenden Stoffe in eine glaskeramische atrix. Der Verfahrensanbieter gibt die Behandlungskosten mit 100 EUR pro Tonne Flugstaub an. Er weist auf die hohe Verfügbarkeit der Anlagen hin und begründet dies mit dem Einsatz geringfügig modifizierter Standardaggregate. Für das indirekt beheizte Drehrohr wird nur wenig Luft benötigt, wodurch die Abgasmenge aus dem Verfahren gering ist. Prozess und Anlagen können in Abfallverbrennungsanlagen integriert werden. Das Endprodukt die chemisch-mechanisch stabilen Pellets sollen am Ende der Entwicklung den Kriterien der europäischen Inertstoffdeponie entsprechen. Die 194

19 Parameter Einheit Gesamtgehalt Eluatgehalt esswert esswert ph-wert 8,6 Leitfähigkeit ms/m 174 Abdampfrückstand mg/kg TS Aluminium (als Al) mg/kg TS ,0 Antimon (als Sb) mg/kg TS 7,1 0,1 Arsen (als As) mg/kg TS 6,0 < 0,05 Barium (als Ba) mg/kg TS 694 1,0 Beryllium (als Be) mg/kg TS 0,60 0,1 Blei (als Pb) mg/kg TS 178 < 0,1 Bor (als B) mg/kg TS 40 0,68 Cadmium (als Cd) mg/kg TS 5,5 < 0,1 Chrom gesamt (als Cr) mg/kg TS 105 < 0,1 Eisen (als Fe) mg/kg TS < 0,1 Kobalt (als Co) mg/kg TS 8,8 < 0,1 Kupfer (als Cu) mg/kg TS 116 < 0,1 angan (als n) mg/kg TS 255 0,70 Nickel (als Ni) mg/kg TS 64 0,46 Quecksilber (als Hg) mg/kg TS < 0,5 < 0,01 Silber (als Ag) mg/kg TS 19 < 0,1 Vanadium (als V) mg/kg TS 40,3 0,63 Zink (als Zn) mg/kg TS ,46 Zinn (als Sn) mg/kg TS 59,9 < 0,1 Pellets aus Aschenprobe: FWW ZL Tabelle 29: Schwermetallgehalte der Aschepellets bezogen auf die Aschenprobe Quelle: Karpov, S.; Boutoussov,.; Hermann, L.: Inertisierung von Flugund Filteraschen der Abfallverbrennung mit dem Pellet-Verfahren. In: Thomé- Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 651 Entwicklungsarbeiten zielen insbesondere auf die Verbesserung der glaskeramischen atrix und damit auf die Verbesserung des Auslaugungsverhaltens ab. Gleichzeitig soll die Verdampfung leicht- und mittelflüchtiger Elemente forciert werden, um den in einzelnen Ländern Europas festgelegten Grenzwerten für Gesamtschadstoffgehalte zu entsprechen. Wirtschaftlichkeit Anlagenkapazität Die Anlagenkapazität ist grundsätzlich frei wählbar, sollte nach einung des Verfahrensanbieters jedoch im Falle von unabhängig betriebenen Anlagen nicht unter 1 t/h liegen. Die Pilotanlage wird auf 1 t/h ausgelegt. Im Fall von Anlagen, die direkt an die Verbrennungsanlage angeschlossen sind und daher kein eigenes Personal benötigen, kann die Kapazität auch darunter liegen. 195

20 Karl J. Thomé-Kozmiensky Verfügbarkeit Die Verfügbarkeit der Anlage soll bei bis Stunden pro Jahr liegen. Anlagenbauteile, die in kurzen Intervallen erneuert werden müssen, sollen nicht verwendet werden. Kapitaleinsatz Für den Erwerb einer Anlage mit 1 t/h Kapazität sollen etwa EUR notwendig sein. Platzbedarf Für die Pilotanlage wird eine Grundfläche von etwa 150 m 2 bei einer lichten Höhe von etwa 10 m benötigt. Kosten für Betriebsmittel In der Pilotanlage fallen pro Tonne Asche Kosten von etwa 46 EUR für Energie (Strom und Dampf), 5 EUR für die Abgasreinigung und etwa 5 EUR für Wartung und Ersatzteile an. Die Additive basieren auf natürlichen und chemischen Rohstoffen, die vom Verfahrensanbieter aufbereitet werden. Die Kosten der Additive betragen etwa 10 EUR/t Asche. Personalbedarf Die Anlage soll auf vollautomatischen Betrieb und die Überwachung durch je einen itarbeiter pro Schicht ausgelegt werden. Im Fall der Integration in eine Verbrennungsanlage wird eigenes Personal nicht benötigt. An die Qualifikation des Aufsichtspersonals werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Entsorgungskosten und Erlöse für Reststoffe Das Verfahren ist darauf ausgelegt, dass keine behandlungsbedürftigen Tertiärabfälle entstehen und sämtliche Spurenelemente dauerhaft in die glaskeramische atrix eingebunden werden. Die Qualität der Pellets hänge von den Gesamtgehalten der Aschen und der jeweiligen Deponieverordnung ab. Wenn der Gesetzgeber die Toxizität eines Produkts primär nach dem Auslaugungsverhalten beurteile, sollte nach einung des Verfahrensanbieters für die ehrzahl der Flugstäube die Inertstoffqualität und damit die kostengünstigste Ablagerung erreicht werden. In Ländern, in denen der Gesetzgeber die Reststoffqualität nicht nur nach dem Auslaugungsverhalten, sondern auch nach den toxischen Gesamtgehalten beurteilt, ist es vorteilhaft, einen möglichst hohen Anteil der Schadstoffe durch Verdampfung abzutrennen und in einer kleinen enge eines Schadstoffkonzentrats (vor allem 196

21 Cadmium, Blei, Kupfer und Zink) zu konzentrieren. Die Abtrennung und Rückführung dieses Konzentrats in den Wirtschaftskreislauf solle in den nächsten Jahren untersucht werden. Bis zur Verfügbarkeit von wirtschaftlich vertretbaren Verfahren könne das Konzentrat unter Tage deponiert oder eingeschmolzen werden. Nach Abschluss der Entwicklungsarbeiten sollen die Pellets auch in diesen Ländern die Inertstoffqualität erreichen. Die Kosten für die Ablagerung oder Behandlung des Konzentrats würden wegen der geringen asse des Reststoffs nicht wesentlich ins Gewicht fallen. Unter der Voraussetzung, dass die Inertstoffqualität entsprechend den gesetzlichen Vorgaben erreicht wird, sei die Verwertung der Pellets als Füllmaterial im Kanal- oder Straßenbau interessant. Wirtschaftlich interessant sei vor allem die Einsparung von Deponiekosten. Amortisation Unter günstigen Voraussetzungen Anbindung der Aschenbehandlungsanlage an eine Verbrennungsanlage und Pellets in Baurestmassenqualität könne sich die Anlage bereits nach wenig mehr als drei Jahren amortisieren. Auch unter ungünstigen Rahmenbedingungen könne eine Amortisationszeit von fünf Jahren nicht überschritten werden. Zusammenfassung Das Verfahren stellt nach einung des Verfahrensanbieters eine kostengünstige Alternative zu Schmelzverfahren dar. Je nach Standort und der erreichten Qualität der Pellets ständen die Verfahrenskosten im Wettbewerb mit Untertagedeponien. Unter der Voraussetzung, dass die mit der Pilotanlage angestrebten Ziele erreicht werden, stellt das Verfahren eine Alternative im Bereich der itteltemperaturbehandlung von Flugstaub dar. Quellen [1] Chambaz, D.; Huter, Ch.; Bollinger, D.; Steiner, P.: Die Rückstände der Verbrennung, Flugaschen und Filterkuchen. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landwirtschaft, Bern 1998 [2] Dehoust, G.; Stahl, H.; Küppers, P. (Öko-Institut e.v., Darmstadt): Stellungnahme zum Entwurf der Verordnung über Deponien und Langzeitlager. November 2001 [3] Karpov, S.; Boutoussov, ; Hermann, L.: Inertisierung von Flug- und Filteraschen der Abfallverbrennung mit dem Pellet-Verfahren. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S [4] Perret, D.; Stille, P.; Shields, G.; Crovisier, J.L.; äder, U.: Long Term Stability of HT aterial. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landwirtschaft, Bern Schmelzverfahren Die nicht brennbaren Bestandteile des Abfalls sind hauptsächlich Verbindungen der Elemente Silicium und Aluminium sowie Eisen, Calcium, agnesium und Alkalien (Kalium, Natrium). Während diese Stoffe z.b. in der Kohle aus natürlichen Silikaten 197

22 Karl J. Thomé-Kozmiensky und Oxiden (ineralien) bestehen, liegen sie im Abfall als technische Silicate Glas, , Keramik, Zement, Beton vor. Die hohen Anteile an Silicium- und Aluminiumoxid sowie an Alkali- und Erdalkalimetallverbindungen bewirken, dass Flugstäube oberhalb einer bestimmten Temperatur in den Zustand einer glasähnlichen Schmelze Aluminosilikatschmelze übergehen. Bei Abkühlung dieser Schmelzen nimmt ihre Zähigkeit kontinuierlich zu, bis sie einen Temperaturbereich erreichen, in dem sie zähplastisch sind. Hier vollzieht sich der Übergang zur eingefrorenen Schmelze, dem festen Zustand. In diesem Bereich ist auch eine Kristallisation möglich; deren Ausbleiben ist das Wesen der Glasbildung. Unterhalb dieses Temperaturbereichs ist die Zähigkeit des Glases so hoch, dass Umlagerungen von Baugruppen und damit eine Kristallisation nicht mehr möglich sind. Gläser sind also anorganische, eingefrorene Schmelzen mit amorphem Aufbau. Aus Stäuben aus Abfallverbrennungsanlagen werden mit den derzeitig bekannten Schmelzverfahren Gläser gebildet, die im Unterschied zu Kristallen keinen definierten Schmelzpunkt haben. Während des Schmelzprozesses durchläuft das Flugstaubgemenge mit der Temperaturerhöhung verschiedene Stadien, in denen Zersetzungsgase abgegeben werden, sich erste flüssige Phasen bilden und gleichzeitig Festkörperreaktionen stattfinden, wodurch das aterial zunächst zusammensintert. Kristalline Phasen zerfallen und bilden neue kristalline Zwischenstadien. Viele Vorgänge laufen gleichzeitig ab und führen ab etwa C zum Schmelzen. Dabei kommt es zu weiteren Umsetzungen, Verdampfungsvorgängen und Desorptionen. Die Vorgänge beim Einschmelzen von Flugstäuben sind häufig eine Umkehrung der Entstehungsvorgänge. Schadstoffe wie Chloride, Fluoride, Sulfate, Schwermetalle, z.b. Zink, Blei, Quecksilber usw., die sich während der Abkühlung der Abgase in der Abfallverbrennungsanlage auf Staubpartikeln niedergeschlagen haben, dampfen beim erneuten Aufheizen im Schmelzprozess wieder ab. Schadstoffeinbindung Silikatgläser stellen in festem Zustand einen regellosen Verband von SiO 4 -Tetraedern dar, also von räumlichen Gebilden, in denen ein kleines Si 4+ -Ion von vier relativ großen O 2- -Ionen umgeben ist. Der Netzwerkbildner Silicium kann dabei zum Teil durch Aluminium (Al 3+ ) vertreten werden; daher der Name Aluminosilikatgläser. Auch Phosphor, Arsen, Bor und Vanadium wirken zum Beispiel netzwerkbildend und können als Ersatz des Siliciums im Schlacke-Glas eingebunden sein. Andere Elemente wie Calcium, Kalium, Natrium und Zink können in Lücken des Al-Si-Tetraeder-Netzwerkes aufgenommen werden. Diese Elemente werden auch Netzwerkwandler genannt, da sie eine Störung des Netzwerkes durch Ausbildung von Trennstellen hervorrufen; der Glaszustand als solcher bleibt jedoch erhalten. Die nicht selbst zur Glasbildung fähigen Netzwerkwandler beeinträchtigen das Glas insoweit, dass sie gewisse physikalische und chemische Eigenschaften verändern, insbesondere die Fließfähigkeit (Viskosität). Weitere Elemente wie agnesium und Blei zeigen ein intermediäres Verhalten, sie können sowohl als Netzwerkbildner als auch als Netzwerkwandler auftreten. 198

23 Die meisten Schmelzverfahren arbeiten unter oxidierenden Bedingungen und haben zum Ziel, möglichst hohe Einbinde- oder Abdampfraten für alle etalle zu erreichen. Die in der Schmelze verbleibenden Schwermetalle sollen so eingebunden werden, dass sich die Schmelzprodukte in der Umwelt immissionsneutral verhalten. Weder Einbindung noch Abdampfung gelingen vollständig, so dass die Schmelzprodukte weder alle Schwermetalle einbinden, noch schadstofffrei sind. Bislang untersuchte Schmelzprodukte sind nicht so beschaffen, dass sie z.b. in der Schweiz als Inertstoffe gelten, da die Absolutgehalte an Schwermetallen, z.b. von Zink, überschritten werden. Andererseits liefern Schmelzgranulate auch bei strengen Auslaugtests gute Eluatwerte. Eine definitive Aussage über die Langzeitsicherheit bei Verwertung und Ablagerung ist nicht möglich, sie wird von Fachleuten angezweifelt und als ein Argument gegen die Einführung von Schmelzverfahren genannt. Einige Verfahren orientieren sich an der Glasherstellung. Zum Beispiel werden zur Herstellung von optischen, chemischen und elektrotechnischen Spezialgläsern fast alle Elemente des Periodensystems verwendet. Allein zum Färben des Glases werden Verbindungen aus Titan, Vanadium, Chrom, angan, Eisen, Kobalt, Nickel und Kupfer eingesetzt. Technische Umsetzung Erste Versuche zur Schlackenschmelze aus Abfallverbrennungsanlagen in Siemens- artin- und Schachtöfen wurden bereits am Ende des neunzehnten Jahrhunderts in Berlin durchgeführt. Bis 1934 wird von zwölf Einschmelzverfahren berichtet. Zwischenzeitlich sind viele dieser Verfahren in Vergessenheit geraten. Erst die Umweltschutzdiskussion in den siebziger Jahren führte zur erneuten Beschäftigung mit diesem Thema. Entwickelt wurden z.b. Hochtemperaturvergasungsverfahren mit flüssigem Schmelzabzug z.b. Andco-Torrax- und Purox-Verfahren und später das Thermoselect- und das SVZ-Verfahren sowie ein direkt hinter dem Feuerungsrost angeordnetes Schlackeschmelzverfahren von der Firma Von Roll. Schmelzverfahren können in thermische Abfallbehandlungsverfahren Verbrennung oder Vergasung integriert oder unabhängig davon betrieben werden. Die Verfahren, die unabhängig von der Abfallverbrennung betrieben werden, weisen prinzipiell den gleichen Aufbau auf. Der zu behandelnde Sekundärabfall kann in Drehrohren, Glasschmelzwannen, Flammenkammern, Schmelzzyklonen, Plasmaöfen und Lichtbogenöfen eingeschmolzen werden. Das schmelzflüssige Produkt wird meist im Wasserbad eines Nassentschlackers abgekühlt und granuliert dabei. Die Schlacke wird ähnlich wie bei der Abfallverbrennung abgezogen. Die Abgase aus dem Schmelzaggregat enthalten Schwermetalle und Salze, die durch gezielte Kühlung auskondensiert oder desublimiert und in einem Filter abgeschieden werden können. Bei einigen Verfahren sollen die abgeschiedenen Konzentrate Cadmium-, Blei-, Zink-, Quecksilberverbindungen aufgearbeitet werden. Die restlichen Abgase werden in der Schmelzanlage in einer eigenen Abgasreinigungsanlage gereinigt oder in die Abgasreinigungsanlage der Abfallverbrennungsanlage rückgeführt. 199

24 Karl J. Thomé-Kozmiensky Abfallbehandlungsverfahren mit integrierter Rückstandseinschmelzung werden bei Temperaturen von bis C betrieben, so dass die Schlacke schmelzflüssig abfließt. Diese Verfahren wurden in erster Linie zur Behandlung von Abfällen aus Haushaltungen entwickelt. Eine Ausnahme bildet das Flugstromvergasungsverfahren, das für die Hochtemperaturbehandlung von flüssigen und pastösen Abfällen entwickelt wurde. Bei der Einschmelzung von Flugstäuben aus Abfallverbrennungsanlagen können in Abhängigkeit vom Verfahren folgende Produkte und tertiäre Abfälle anfallen: Fe- und NE-etalle, Steine, Glas, Keramik, Schmelzgranulat, Zink-Blei-Konzentrat, Quecksilber-Konzentrat, Salze aus der Abgasreinigung. Schmelzgranulat ist die massenmäßig größte Rückstandsmenge. Es entsteht bei allen Schmelz- und Verglasungsverfahren und macht bei Einschmelzung von Flugstäuben in Abhängigkeit von der Qualität des Flugstaubs siebzig bis neunzig Prozent der eingebrachten asse aus. Schmelzgranulate aus Kohlekraftwerken werden zur Substitution natürlicher Zuschlagstoffe in vielen Bereichen eingesetzt, z.b. in Verfüllungen ausgekiester Gruben, Niveauanpassung im Gelände, Schachtverfüllung im Bergbau; hydraulisch gebundenen Tragschichten, zement- und bitumengebundenen Deckschichten im Straßen- und Wegebau; Sandzuschlag für Beton und Betonwaren; Kalksandsteinen aus Granulat, Flugasche und Kalk für Wand- und auerbau, Sandersatz für örtel und Putze; Flächenfiltern und Drainen, Packlagen in Sportplätzen, Rasentragschichten; Zumahlstoffen für Schamottemörtel oder Stampfmassen für Industrieofenausmauerungen; Strahlmitteln beim Stahl-, Brücken-, Behälter- und Schiffsbau; salzfreien Winterstreumitteln. Die Verwertungsquote des Schmelzkammergranulates aus Kraftwerken beträgt in der Bundesrepublik Deutschland etwa 96 Prozent. Wegen der ähnlichen Eigenschaften des Schmelzgranulates aus Flugstaub aus der Abfallverbrennung wurden ähnlich vielseitige Einsatzgebiete erwartet. Die Verifizierung steht allerdings aus. 200

25 ineralogische Untersuchungen zeigen, dass die Silikatprodukte keineswegs nur in glasiger, sondern auch in kristalliner Form vorliegen können. Phasenzustand und -zusammensetzung bestimmen wesentlich die Eigenschaften der Schmelzprodukte, insbesondere deren Umweltverträglichkeit und Verwertungseignung. Sie lassen sich durch Beeinflussung der beim Schmelzen ablaufenden chemischen Reaktionen und durch Zusätze, z.b. von Glasmehl, in Richtung technische Silikatprodukte verändern. Schmelzen in reduzierender Atmosphäre Bei Schmelzverfahren in reduzierender Atmosphäre kann eine von Schwermetallen weitgehend freie Schmelze hergestellt werden. it der Schmelze nachgeschalteten Aggregaten könnten Werkstoffe wie ineralfasern, Zement, Schaumglas, Formglas, Hüttenbims usw. hergestellt werden. Als Hauptprodukt wird ein silikatisches Schlackeprodukt erzeugt, das die umweltrelevanten Schwermetalle in unterschiedlichen Anteilen abhängig vom angewandten Verfahren enthält. Beim reduzierenden Schmelzen Schmelzen in Gegenwart von Kohlenstoff bei Temperaturen von bis C verdampfen leichtsiedende etalle wie Blei, Zink, Cadmium und Quecksilber nach ihrer Reduktion in elementarer Form oder als neue Verbindung. Die Schwermetalle und Schwermetallverbindungen können zur Aufarbeitung und Verwertung aus dem Abgas kondensiert werden. Die ebenfalls verdampfenden Salzanteile der Stäube können z.b. in einer nassen Abgasreinigung abgeschieden werden. Hochsiedende Schwermetalle wie Eisen, Nickel, Chrom und Kupfer verbleiben zunächst in der Schmelze und können durch Dichtetrennung als Sumpfphase von der Restschmelze abgetrennt und metallurgisch aufgearbeitet werden. Die für den reduzierenden Schmelzprozess notwendige Temperatur reicht aus, um toxische organische Bestandteile Dioxine, Furane zu zerstören, ohne jedoch die unbedenklichen Hauptbestandteile Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Calciumoxid zu reduzieren. Das verbleibende Schmelzprodukt, das massemäßig den größten Anteil der Produkte aus dem reduzierenden Schmelzprozess ausmacht, kann weitgehend schwermetallfrei und voraussichtlich langfristig umweltverträglich gewonnen werden. Die bei anderen Verfahren potentiell noch auslaugbaren Schadstoffe gelangen nicht in das Hauptprodukt. Zielgerichtet kann mit reduzierenden Verfahren der Schwermetallgehalt in den beiden Nebenprodukten Abgaskondensat und Sumpfphase angereichert werden, wodurch die metallurgische Verwertung möglich sein kann. it gezielter Beeinflussung von Betriebsparametern beim Schmelzprozess z.b. durch Zusätze können die chemischen Reaktionen auch in Richtung technischer Silikatprodukte beeinflusst werden. it der Schmelze nachgeschalteten Aggregaten könnte die Herstellung von Zement, Schaumglas, Formglas, Bims usw. möglich werden. Die Schwermetallfreiheit des Hauptproduktes wäre dafür vorteilhaft. 201

26 Karl J. Thomé-Kozmiensky Tabelle 30: Schmelzverfahren für Flugstäube und Rostschlacken Verfahrens- Verfahrens- Input Zuschläge Output Vom Verfahrensanbezeichnung anbieter (z.b. Zugabe von bieter empfohlene Flussmitteln) Verwertung des Output Verfahren mit Einsatz elektrischer Energie über Plasma und Lichtbogen Europlasmaverfahren Krupp AK (W) W-Umwelttechnik Filterstaub 70 % glasig-kristallines Bau-Zuschlagstoffe Plasmaschmelzverfahren GmbH Silikatprodukt, 5 % Staubverschleppung, 25 % verdampfte Schwermetalle und Salze Noventax-Verfahren, ehe- Noventax AG, ehemals hochtoxische Abfälle Kohlenstoff, Glasbildner glasig-kristallines Silikat- geeignet für die mals Plasmox-Verfahren GC Plasma AG produkt, Schwermetall- Inertstoffdeponie oser-glaser AG Konzentrat Redelt-Verfahren Patent Köcher, Freuden- VA-Filterstaub, VA- je nach gewünschter Zu- Silikatprodukt, etall- technische Silicatprodukte: berg, Kley, Faulstich Schlacke u. andere konta- sammensetzung des tech- produkt, Kondensatpro- ineralwolle, Platten, (ZIAC-TUB-BA-BSBG) minierte anorganische nischen Silicatproduktes dukt (Verwertung aller Rohre, Schaumglas usw.; Reststoffe Reaktionsprodukte) Schwermetalle, metallurgische Rohstoffe Eloelt-Verfahren L. & C. Steinmüller GmbH VA-Schlacke mit Filter- Sand (nach Steinmüller), Silikatprodukt (deponie- technische Silicatprodukte; (Redelt, von L. & C. Gummersbach staub und Filterstaub andere Glasbildner fähig), etallprodukt, Schwermetalle, metallur- Steinmüller umbenannt) alleine Kondensatprodukt gische Rohstoffe Hohlelektrode-Schmelz- annesmann-esv Kesselasche, Elektrofilter- Fein-Koks, Schlacke Silikatprodukt, etallpro- technische Silicatprodukte; System (HES) staub; aufbereitete dukt, Kondensatprodukt Schwermetalle, metallur- VA-Schlacken gische Rohstoffe 202

27 Tabelle 30: Schmelzverfahren für Flugstäube und Rostschlacken Fortsetzung 1 Verfahrens- Hauptaggregat Energieeinbindung Betriebstemperatur Atmosphäre Entwicklungsstand bezeichnung C Verfahren mit Einsatz elektrischer Energie über Plasma und Lichtbogen Europlasmaverfahren Krupp AK (W) metallurgischer Plasmastrahlung > oxidierend großtechnische Anlage, Plasmaschmelzverfahren Plasmaofen diskontinuierlich betrieben, Durchsatz 1 t/h Filterstaub, in Essen, 1995 abgebaut (ehem. metallurgischer Plasmaofen), Pilotanlage in VA Stapelfeld für 1998 geplant, gestrichen Noventax-Verfahren, ehe- Plasmaofen Plasmastrahlung über reduzierend, technische Anlagen seit mals Plasmox-Verfahren H 2 -Plasma (bis 3.000) oxidierend 1994 in uttenz/ch und Cadarche/F in Betrieb Redelt-Verfahren elektrischer Lichtbogen- Lichtbogen- und Wider reduzierend Technikumsanlage (BA ofen stands-betrieb Berlin), Pilotanlage war (Pseudo-Plasma) für 1998 in Bremen geplant Eloelt-Verfahren Lichtbogenofen elektrischer Lichtbogen reduzierend Technikumsanlage (Redelt, von L. & C. (Pseudo-Plasma) (BA Berlin) Steinmüller umbenannt) Hohlelektrode-Schmelz- Lichtbogenofen mit einer Schmelzbetrieb im elek je nach Einstellung Technikumsanlage System (HES) Hohlelektrode trischen Widerstand oxidierend oder 300 kg/h im Technikum der (kein Lichtbogen) reduzierend RWTH (abgebaut um 1996) 203

28 Karl J. Thomé-Kozmiensky Tabelle 30: Schmelzverfahren für Flugstäube und Rostschlacken Fortsetzung 2 Verfahrens- Verfahrens- Input Zuschläge Output Vom Verfahrensanbezeichnung anbieter (z.b. Zugabe von bieter empfohlene Flussmitteln) Verwertung des Output Ash-Arc-Verfahren* ABB und W + E-Umwelt- Filterstaub, Feinanteil von Silikatprodukt, etall- technische Silicatprodukte, technik GmbH/CH VA-Schlacke Legierung, Kondensat- Schwermetalle, metallur- Baden-Dättwil produkt gische Rohstoffe 2. Verfahren mit Einsatz elektrischer Energie über Joulsche Wärme Solur-Schmelzverfahren Lurgi Energie und Umwelt Filterstaub u. Reaktions- Sand, Soda, Glasbruch glasig-kristallines Schmelz- Bau-Zuschlagstoffe; (vorher: Lusor) GmbH und Sorg GmbH produkte aus der Abgas- granulat; erstarrte Salz- metallurgische Rohstoffe Frankfurt reinigung schmelze (Glasgalle), (Zn, Pb,...) beladener Aktivkoks Jenaer Cold-Top- Jodeit GmbH Jena Abgasreinigungsrückstän- unbekannt Silikatprodukt, Schwerme- Bau-Zuschlagstoff Verfahren* de, CaO und chlorhaltige tallkonzentrat, Glasgalle Abfälle aus der SAV Deglor-Schmelzverfahren ABB und W+E-Umwelt- Filterstaub, Kesselasche Sand glasig-kristallines Schmelz- Straßenbau-Zuschlag; (Decontamination and technik GmbH/CH granulat; etallkonzentrat metallurgische Rohstoffe Glassification of Residues) im Gewebefilter (Zn, Pb, Cu, Cd,...) 3. Verfahren mit Einsatz elektrischer und fossiler Energieträger HSR-Verfahren Von Roll AG VA-Schlacke und Eisen glasiges oder glasig-kris- Zement-Zuschlagstoff (Holderbank-Schmelzen- VA-Filterstaub tallines Schlackengranulat Redox) Trebaud-Elektrobrenner- Firma EDF Frankreich Filterstaub, Schlacke glasig-kristallines Silikat- ohne Angaben Schmelzverfahren* produkt 204

29 Tabelle 30: Schmelzverfahren für Flugstäube und Rostschlacken Fortsetzung 3 Verfahrens- Hauptaggregat Energieeinbindung Betriebstemperatur Atmosphäre Entwicklungsstand bezeichnung C Ash-Arc-Verfahren* Gleichstrom-Lichtbogen- Schmelzbetrieb im elek je nach Einstellung Technikumsanlage von ofen mit einer Hohl- trischen Widerstand oxidierend oder EPHOS (Schweden) elektrode (kein Lichtbogen) reduzierend Versuch mit 50 t, 30 h) 2. Verfahren mit Einsatz elektrischer Energie über Joulsche Wärme Solur-Schmelzverfahren vollelektrische Glas- elektrisch mit oxidierend Pilotversuche mit 1 t/d Fil- (vorher: Lusor) schmelzwanne olybdän-elektroden terstaub aus der VA- 1,05 Wh/t; Staub Abgasreinigung (um 1992) Jenaer Cold-Top- vollelektrische Glas- elektrisch mit olybdän oxidierend Versuchsanlage in Jena, Verfahren* schmelzwanne Elektroden 1-2 t/d geplant (1992) (direkte Beheizung) Deglor-Schmelzverfahren indirekt beheizter Elek- elektrischer Strom, indi oxidierend Labor-Versuchsanlage (Decontamination and troschmelzofen rekte Beheizung über (1 kg/h) u. Demonstrations- Glassification of Residues) (Durchlaufofen) Strahlungswärme aus anlage 100 kg Filterstaub dem Oberofen pro Stunde in Hinwil bei Zürich (1989), technische Anlage in Japan 3. Verfahren mit Einsatz elektrischer und fossiler Energieträger HSR-Verfahren Schmelzaggregat fossile Brennstoffe oder oxidierend (Schmelzofen halbtechnische Anlage, (Holderbank-Schmelzen- elektrischer Strom mit Schlackeeinschmelzung) technische Anlage Bremen Redox) 2. reduzierend (Nachbe aufgebaut, um 1996 handlung, Filterstaub- stillgelegt Zufuhr) Trebaud-Elektrobrenner- Spezialofen Bi-Energiebrenner mit ohne Angabe Technikumsanlage in Schmelzverfahren* Erdgas und elektr. Energie Frankreich (500 kg/h) 205

30 Karl J. Thomé-Kozmiensky Tabelle 30: Schmelzverfahren für Flugstäube und Rostschlacken Fortsetzung 4 Verfahrens- Verfahrens- Input Zuschläge Output Vom Verfahrensanbezeichnung anbieter (z.b. Zugabe von bieter empfohlene Flussmitteln) Verwertung des Output Verfahren mit Einsatz fossiler Energieträger ARS Schmelzbalken- WTP-Wärmetechnik Schlacke und brikettierter ggf. Soda, Pottasche, glasiges oder glasig-kristal- Bau-Zuschlagstoffe verfahren Dr. Pauli GmbH oder pelletierter Filterstaub Natriumchlorid, Calcium- lines Schlackengranulat ggf. mit Kohlenstaub, chlorid, Borax Klinikmüll Seiler-Verfahren* Seiler-Hochtemperatur- Schlacke, Filterstaub, glas-granulat (Deponie), Baustoff für Deponien, (Hochtemperatur- Trennanlagen AG/CH brennbare Abfälle Schwermetallkonzentrat, Schwermetall-Gewinnung Trennungs-Verfahren) Döttingen Herdofenkoks BBS Babcock-Brenn- Deutsche Babcock Anlagen VA-Schlacke und Filter- Alkalimetallverbindungen, glasiges oder glasig-kristal- genannt werden faserförschmelzverfahren GmbH und Flachglas AG staub, Abfallgläser, Elek- Soda, Quarzsand lines Schlackengranulat, mige, geschäumte und tronikschrott Schwermetallkonzentrat gegossene Werkstoffe (Faser, Schaumglas) Foselt-Verfahren L. & C. Steinmüller GmbH VA-Schlacke mit Filter- glasiges oder glasig-kristal- Bau-Zuschlagstoffe; Gummersbach staub und Filterstaub lines Schlackengranulat Blei und Zink aus dem alleine und Kondensat Kondensat Cormin-Schmelzzyklon- KHD Humboldt Wedag AG Filterstaub, Kesselstäube, in Abhängigkeit vom Input glasartige Schlacken, die Schwermetalle zur Aufarverfahren (Continous- (Klöckner-Humboldt-Deutz) Schlacke-Feinanteile, Klär- Kalk als Schmelzfilm an der beitung in die etallhütte, Residual-ineralisation) schlamm, Pyrolysekoks Zyklonwand abfließen glasige Schlacke als Asphalttragschicht 206

31 Tabelle 30: Schmelzverfahren für Flugstäube und Rostschlacken Fortsetzung 5 Verfahrens- Hauptaggregat Energieeinbindung Betriebstemperatur Atmosphäre Entwicklungsstand bezeichnung C Verfahren mit Einsatz fossiler Energieträger ARS Schmelzbalken- Schmelzaggregat Gas, Heizöl, Kohlenstaub > oxidierend wurde eingesetzt im verfahren (beheizbarer Balken) ggf. Sauerstoffanrei- HKW Bamberg und der cherung Klinikmüllverbrennungsanlage ünchen Seiler-Verfahren* Vorwärmer, Konverter Gas, Öl, heizwertreiche oxidierend, reduzierend, Versuchsanlage mit (Hochtemperatur- Abfälle (reguliert über O 2 -Zustrom) 100 kg/h in der Schweiz, Trennungs-Verfahren) 2 Linien mit je 400 kg/h 1998 in Freiberg installiert, um 2002 stillgelegt BBS Babcock-Brenn- Glasschmelzaggregat fossile Brennstoffe: zer oxidierend Konzeptstudie für schmelzverfahren stäubtes Heizöl, Erdgas, (Flammtemperatur: (mit O 2 -Brennern) 90 t/d, keine Versuchs- Aktivkoks aus der VA ) anlage bekannt Abgasreinigung Foselt-Verfahren Glasschmelzaggregat fossile Brennstoffe, Erdgas vorwiegend oxidierend Technikumsanlage Sauerstoff-Brenner in Glaswanne Cormin-Schmelzzyklon- Schmelzzyklon feste (Kohle, Abfälle), ~ oxidierend Technikumsanlage in verfahren (Continous- flüssige (Heizöl, Altöl) und Köln-Porz (1992) Residual-ineralisation) gasförmige Brennstoffe 207

32 Karl J. Thomé-Kozmiensky Tabelle 30: Schmelzverfahren für Flugstäube und Rostschlacken Fortsetzung 6 Verfahrens- Verfahrens- Input Zuschläge Output Vom Verfahrensanbezeichnung anbieter (z.b. Zugabe von bieter empfohlene Flussmitteln) Verwertung des Output KSF-Flammenkammer- L-Entsorgungs- und VA-Filterstaub und glasiges oder kristallines Splitt-Sand-Gemisch, Einschmelzverfahren Energieanlagen GmbH, -Schlacke < 5 cm, Schmelzgranulat, Schwer- Drainage von Sportplätzen, (auch KUBOTA-Verfahren, Ratingen, Klärschlamm, Kesselstäube metallkonzentrat, Auflockerungsmaterial bei entwickelt bei VW in KUBOTA/Japan Filterkuchen Kanalrohrverlegung, Ver- Wolfsburg 1939) bundpflastersteine (Zugabe von % Sand und Zement) Siemens-KWU-Schwel- Siemens-KWU Erlangen Abfälle, Rückstände aus der Koks Pyrolysekoks, Schwelrückbrenn-Verfahren* Verschwelung, Kessel- und stände Filterstäube Thermoselect-Verfahren* Thermoselect S.A. Haus- und Gewerbemüll, silikatisches Produkt, Bau-Zuschlagstoff, toxische Stäube, Synthesegas Energieträger Klärschlämme GSP-Flugstrom-Vergasungs- Neoll und DBI Filterstaub, Haus- und glasiges Granulat, Bau-Zuschlagstoff, Verfahren* Gewerbemüll Synthesegas Energieträger HTV-Hochtemperatur- Voest-Alpine Filterstaub, heizwertreicher glasiges Granulat Bau-Zuschlagstoff vergasungsverfahren* Abfall Drehrohr-Schmelz- Von Roll AG Filterstaub, Schlacke glasiges Granulat Bau-Zuschlagstoff Verfahren* Zürich/CH VS-Verfahren* Küpat AG Filterstaub, Schlacke, glasiges Granulat Bau-Zuschlagstoff Klinikmüll 208

33 Tabelle 30: Schmelzverfahren für Flugstäube und Rostschlacken Fortsetzung 7 Verfahrens- Hauptaggregat Energieeinbindung Betriebstemperatur Atmosphäre Entwicklungsstand bezeichnung C KSF-Flammenkammer- Doppelmantel-Schmelz- fossile Brennstoffe Gas und oxidierend und reduzierend in Japan seit 1970 in Einschmelzverfahren ofen Öl sowie heizwertreiche Betrieb, 29 Anlagen (auch KUBOTA-Verfahren, Shredderabfälle (von kg/h) entwickelt bei VW in Wolfsburg 1939) Siemens-KWU-Schwel- Pyrolysetrommel Pyrolysegas, metallische Pilotanlage Ulm-Wiebbrenn-Verfahren* Rückstände lingen für 200 kg/h, Großanlage Fürth nach Fertigstellung abgerissen Thermoselect-Verfahren* Pyrolysekammer, Hoch- heizwertreiche Abfälle, 600/2.000 reduzierend Pilotanlage Verbania, temperaturreaktor Sauerstoffbrenner, Großanlage Karlsruhe Stützgas (mit Problemen) GSP-Flugstrom-Vergasungs- Flugstrom-Vergasungs- heizwertreiche Abfälle, > reduzierend Pilotanlage DBI Freiberg Verfahren* Reaktor Erdöl, Erdgas HTV-Hochtemperatur- Vergasungsreaktor heizwertreiche Abfälle etwa reduzierend Demonstrations-Anlage vergasungs-verfahren* Drehrohr-Schmelz- Drehrohr heizwertreiche Abfälle > oxidierend Stand der Technik Verfahren* Sonderabfall VS-Verfahren* Drehrohr Schwelgas unbekannt oxidierend Versuchsanlage in Basel (1992) * Verfahren wird nicht im Text erläutert 209

34 Karl J. Thomé-Kozmiensky Inserat Energie aus Abfall 210

35 Die Schmelzverfahren lassen sich nach der Form der Energieeinbindung untergliedern: Einsatz elektrischer Energie mit Plasma und Lichtbogen, Einsatz elektrischer Energie mit Joulsche Wärme, Einsatz elektrischer und fossiler Energieträger, Einsatz fossiler Energieträger. Literatur [1] Abe, S.: Einschmelzverfahren von Hausmüll. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Recycling International. Berlin: EF-Verlag, 1984, S [2] Anton, P.; Hoffmann, P.; Schweiger, J.-W.: Entsorgung von Sonderabfällen Wahl der richtigen Technologie als Teil der Planung. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Verbrennung von Sonderabfällen. Berlin: EF-Verlag, 1988, S [3] Arakawa, Y.; Imoto, Y.; ori, T.: Wirbelschmelzofen für Klärschlamm. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Recycling Berlin 79, Band 1. Berlin: EF-Verlag, 1979, S [4] Babuskin, V. I.; atveev, G..; cedlov-petrosjan, O. P.: Thermodynamics of Silicates. Berlin/ Heidelberg/New York: Springer Verlag, 1985 [5] Barniske, L.: Grundlagen der üllschlackensinterung. In: itteilung der VGB (1967), Nr. 110, S [6] Barton, T. G.: Sondermüllbeseitigung durch einen Plasma-Prozeß. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Recycling International. Berlin: Springer Verlag, 1979, S [7] Dorner, W. G.: Verglasung radioaktiver Abfälle. In: Umweltmagazin (1984) Nr. 5, S [8] Eisenburger, J.-P.: Schmelzen von üll. In: üll und Abfall 5 (1973) Nr. 6, S [9] Faulstich,.: Grundlagen der thermischen Rückstandsbehandlung. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): üllverbrennung und Umwelt 3. Berlin: EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, 1989, S [10] Faulstich,.: Inertisierung fester Rückstände aus der Abfallverbrennung. In: Abfallwirtschafts- Journal 1 (1989) Nr. 7/8, S und S [11] Faulstich,.; Freudenberg, A.; Kley, G.; Köcher, P.: Thermodynamische und mineralogische Überlegungen zur Inertisierung fester Rückstände aus der Abfallverbrennung. In: Thomé- Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): üllverbrennung und Umwelt 4. Berlin: EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH, 1990, S [12] Faulstich,.; Tidden, F.: Auslaugverfahren für Rückstände. In: AbfallwirtschaftsJournal 2 (1990) Nr. 10, S [13] Gliemeroth, G.; üller, G.: Glas und Glaskeramik. In: Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie. Bd. 12. Weinheim: Verlag Chemie, 1976, S [14] Goepfert, P.; Reimer, H.: Untersuchungen zur thermischen Nachbehandlung fester Verbrennungsrückstände aus üllverbrennungsanlagen. Studie für den Siedlungsverband Ruhrkohlenbezirk Essen, Auskunfts- und Beratungsstelle üll, Hamburg, 1973 [15] Gumz, W.; Kirsch, H.; ackowsky,.-t.: Schlackenkunde. Berlin/Göttingen/Heidelberg: Springer-Verlag, 1958 [16] Hinz, W.: Silikate. Berlin: Verlag für Bauwesen, 1970 [17] Kley, G.; Köcher, P.; Freudenberg, A.; Faulstich,.: Redelt-Verfahren für oxidische Reststoffe aus Verbrennungs- und Industrieanlagen. üll und Abfall Beiheft 31. Berlin: Erich Schmidt Verlag, 1994, S

36 Karl J. Thomé-Kozmiensky [18] Longert, Chr.: üllverhüttung Bericht über die Tagung vom 20. bis 22. ai 1937 in Düsseldorf. In: Die Städtereinigung 29 (1937) Nr. 14, S [19] ark, S. D jr.; Bohn, D.; elan, C.: Stand der Entwicklung eines Schmelzverfahrens für die Umwandlung von üll in Energie. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Recycling International. Berlin: Springer Verlag, 1979, S [20] iazawa, H.; Hirotoshi, S.; Nagai, Y.: Forschung und Entwicklung zu einem Hochtemperatur-Schmelzprozeß für Unverbrennbares und für zur Verbrennung nicht geeigneten üll. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Recycling International. Berlin: EF-Verlag, 1984, S [21] Noda, H.: Verschlackungsofen für Aschenrückstände. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Recycling Berlin 79, Band 1. Berlin: EF-Verlag, 1979, S [22] Reimann, D. O. (Hrsg.): Entsorgung von Schlacken und sonstigen Reststoffen Behandlung Aufbereitung Verwertung Ablagerung von Rückständen der Abfallverbrennung und anderer thermischer Prozesse. üll und Abfall, Beiheft 31. Berlin: Erich Schmidt Verlag, 1994 [23] Risse, F.; Zelkowski, I.: Anfall und Verwertung von Asche aus Steinkohle-Kraftwerken in den Jahren 1981 bis 1985 in der Bundesrepublik Deutschland. In: VGB Kraftwerkstech-nik 67 (1987) Nr. 11, S [24] Steag Entsorgungs-Gesellschaft mbh: Schmelzkammergranulat Ein Kraftwerksreststoff für vielseitigen Einsatz. Firmenschrift. Dinslaken, 1989 [25] Täubert, U.: Entsorgung von Steinkohlekraftwerken. In: VGB Kraftwerkstechnik 68 (1988), Nr. 2, S [26] Uhde, O.: Zur Frage der üllschmelzung. In: Die Städtereinigung 26 (1984) Nr. 17, S und 26 (1934) Nr. 18, S Europlasmaverfahren Le Gaz Integral it der Verglasung wird zunächst der Zustand des Flugstaubs in die schmelzflüssige Phase geändert, der nach Erkalten wieder in den festen Zustand übergeht. Das mit dem Plasmaschmelzverfahren erzeugte Produkt ist ein glasähnliches aterial, das nach Angaben der Firma Le Gaz Integral beispielsweise im Straßenbau oder als Baustoff Platten, Pflaster oder Gehwegbegrenzungen verwertet werden kann. Untersuchungen wurden nicht veröffentlicht. Das Verfahren wird für die Inertisierung unterschiedlicher gefährlicher Abfälle sowie für weitere industrielle Anwendungen wie in Hochöfen, Gießereischachtöfen und Ähnlichem, in denen der Einsatz von Luft bei hohen Temperaturen erforderlich ist, angeboten. Das Verfahrensprinzip Bei den vom Plasmabrenner erzeugten hohen Temperaturen wird der Flugstaub geschmolzen. Die Schmelze weist nach Erkalten einen glasähnlichen Zustand auf. Der Flugstaub wird in einem geschlossenen, ausgemauerten Reaktor mit einem oder mehreren Plasmabrennern auf so hohe Temperatur gebracht, dass er vollständig in schmelzflüssigen Zustand übergeht. Das Kernstück der Anlage ist ein Reaktor, der aus zwei Einheiten besteht, dem eigentlichen Schmelzreaktor und der Gießrinne. Der Schmelzreaktor: it einem oder mehreren auf der Oberseite des Ofens angebrachten Plasmabrennern werden die Flugstäube mit einem mit Luft angeblasenen Lichtbogen erhitzt (Bild 51). 212

37 275 mm Luftzuführung Transportschnecke Flugstaubzuführung Abgas zur Abgasreinigung Plasmabrenner 1 W Gasbrenner (Heizöl EL) 200,0 kg/h C C Schmelze Stromaufnahme Plasmabrenner 388,5 kw Position Plasmabrenner 275,0 mm Temperatur im Ofen C Temperatur im Kanal C Geschwindigkeit rouleau 1 50,0 Geschwindigkeit rouleau 2 40,0 Flugstaub 200,0 kg/h Depression -5,00 mmce Bild 51: Schmelzreaktor mit Gießrinne des Europlasma-Schmelzverfahrens für Flugstaub Quelle: Rossati, F.: Schmelzen von Flugstäuben mit einem Plasmaprozess. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 658, bearbeitet Der Plasmabrenner ist ein unabhängiges Heizsystem, das an unterschiedlichen Stellen des Ofens angebracht und in beliebige Richtung ausgerichtet werden kann. Die Höhe der Brenner kann eingestellt und bei Bedarf verändert werden. Eine Voraussetzung für die Herstellung des verglasten aterials ist das vollständige Schmelzen aller Bestandteile der Flugstäube in kurzer Zeit. Flugstäube bestehen aus verglasbaren Bestandteilen, die die glasige Struktur des aterials bilden, und nicht verglasbaren Bestandteilen, die nicht in die Struktur eingebaut werden können. Die freigesetzte Energie ist so hoch, dass alle Bestandteile der Stäube geschmolzen werden können. Etwa siebzig Prozent des eingebrachten Flugstaubs verlassen den Ofen als verglastes aterial, die restlichen dreißig Prozent werden mit den Abgasen abgeführt. Zur Sicherstellung des kontinuierlichen Abflusses der Schmelze müssen die nicht verglasbaren Sulfate und Chloride umgewandelt oder abgeführt werden. it dem Plasmaprozess werden die Sulfate in Oxide, die ins Glas gehen, und Schwefeldioxid, das mit dem Abgas abgeführt wird, umgewandelt. Chloride weisen hohe Verdampfungstemperaturen auf: C für NaCl und C für KCl. Sie sind daher schwer zu 213

38 Karl J. Thomé-Kozmiensky entfernen. Die Verweilzeit im Ofen für das Schmelzen der Salze und die Bildung von Schlacke an der Oberfläche der flüssigen Glasmasse muss daher hinreichend lang sein. Die vom Plasmabrenner erzeugten heißen Gase zirkulieren an der Oberfläche der flüssigen Glasmasse, während der Strahl auf die Oberfläche der Glasschmelze gerichtet ist. Damit werden die Verdampfung und auch die Eliminierung dieser Salze erleichtert; die Salze schwimmen obenauf und sind dem Plasmabrenner direkt ausgesetzt. Außerdem bewirkt der vom Plasmabrenner erzeugte Gasdurchsatz einen itnahmeeffekt für das verdampfte aterial und verhindert die Kondensation der Salze an den kalten Wänden, wodurch das Risiko der Verstopfung des Abgas-Ableitsystems vermieden wird. In der oxidierenden Atmosphäre des Reaktors entsteht eine Oxidglasschmelze. Die Viskosität des aterials in der Schmelzzone ist sehr gering. Die nicht verglasbaren Bestandteile des Flugstaubs treten nach und nach als Gas aus der Schmelze aus. Während der Behandlung werden die im Flugstaub vorhandenen organischen Bestandteile durch die hohen Temperaturen im Schmelzbereich zerstört; ihre Verbrennungsrückstände sowie die nicht verglasbaren Anteile werden mit den Abgasen abgeführt. Die Gießrinne in der Glastechnik als Arbeitswanne bezeichnet ist an einer Seite des Ofens angebracht und vom Schmelzbereich so abgetrennt, dass das in sie fließende geschmolzene aterial kontinuierlich abgezogen werden kann. Diese Beruhigungszone ist notwendig, damit die Schmelze unter technologisch günstigen Bedingungen abgezogen werden kann. Für ihr einwandfreies Funktionieren müssen zahlreiche Voraussetzungen erfüllt werden: Das gesamte, in den Ofen eingebrachte aterial muss vollständig geschmolzen sein; Salzschmelze darf sich nicht mehr auf der Oberfläche der Schmelze befinden; die richtige Verarbeitungstemperatur muss eingehalten werden; die Schmelze muss die richtige Viskosität aufweisen. Die Gießrinne befindet sich außerhalb des Schmelzbereichs und ist von diesem getrennt, weil die Schmelze hier keinem Einfluss des Plasmas unterliegen darf. Die Schmelze in der Gießrinne wird mit insgesamt sieben Erdgasbrennern mit jeweils 30 kw flüssig gehalten. Der Plasmabrenner: Plasma wird durch Ionisieren eines Gases mit einem hohen elektrischen Feld hergestellt. Das ionisierte Gas stellt eine Energiequelle dar, die während des gesamten Prozesses stabil gehalten werden muss. Der Plasmabrenner ist ein rohrförmiger Brenner, dessen Lichtbogen mit Luft angeblasen wird, wobei Luft als das Plasma erzeugende Gas genutzt wird. Der Brenner besteht aus zwei gekühlten Elektroden, die in einer Lufteinblaskammer in Verbindung stehen. Die aximalleistung des Brenners beträgt 700 kw. Die Schmelzenergie wird mit dem Plasmabrenner eingebracht, der ein heißes Plasma mit einer Enthalpie von ungefähr 7 J/kg Luft erzeugt. Die Behandlungstemperatur 214

39 liegt bei C. it der Luft wird die thermische Energie für das Schmelzen des Flugstaubs übertragen. Außerdem wird mit ihr der für die Verbrennung und die Zerstörung der in den Flugstäuben vorhandenen toxischen organischen Reste in oxidierender Umgebung notwendige Sauerstoff zugeführt. Die Plasmabrenner mit angeblasenem Lichtbogen wurden anfänglich für die aterialprüfung bei sehr hoher Temperatur entwickelt. In den achtziger Jahren wurde der industrielle Einsatz dieser Brenner untersucht. Inzwischen haben sich die Brenner in verschiedenen industriellen Anwendungen bewährt. Die Brenner bestehen aus zwei rohrförmigen, an- und abströmseitig angeordneten Elektroden, die in einer Einblaskammer für verwirbelte Luft in Verbindung stehen und kontinuierlich arbeiten. Der Lichtbogen wird durch Kurzschluss zwischen den beiden Elektroden, die dann voneinander getrennt werden, gezündet. Das Innere des Brenners wird mit demineralisiertem Wasser gekühlt. Das Einblasen von verwirbelter Luft versetzt den Lichtbogen an der abströmseitigen Elektrode in Rotationsbewegung. Die Standzeit der Elektroden hängt von der inneren Geometrie des Brenners und von der Stromstärke ab. Bei vorgegebener Leistung muss mit möglichst geringer Stromstärke gearbeitet werden, weil die Erosion proportional zum Quadrat der Stromstärke des Lichtbogens ist. Das Plasma-System ist automatisiert und wird nach Angaben des Herstellers programmgesteuert; spezialisiertes Personal soll für den laufenden Betrieb nicht nötig sein. Die hauptsächlichen Bestandteile des Plasma-Systems sind (Bild 52) der Plasmabrenner, ausgestattet mit einem Anschlusssystem und einer Zündvorrichtung, das Steuerungssystem mit speicherprogrammierbarer Steuerung, die Gleichstromversorgung jeden Brenners, die Vorrichtungen zur Kühlung des oder der Brenner mit demineralisiertem Wasser und zur Luftzufuhr, die Schlitten, die mit Vorrichtungen zur Abkühlung, Luftzufuhr und Erzeugung des Anpressdrucks sowie zum Zünden des Lichtbogens ausgestattet sind. Die Schmelze wird kontinuierlich durch die Abflussöffnung des Schmelzreaktors und durch die Gießrinne abgezogen und läuft von dort in zwei gekühlte gegenläufige Walzen. Das plattenförmige, abgekühlte aterial wird in Containern abgeworfen. Die Feuerfestzustellung ist hohen thermischen und chemischen Angriffen ausgesetzt, ihre Standzeit wird mit etwa sechs onaten angegeben. 215

40 Karl J. Thomé-Kozmiensky Elektrisches Netz Hochspannung Luftzufuhr Wasserzuführung Programmierbarer Automat Stromversorgung Schlitten für Luft Schlitten für Wasser Anschluss und Zündung des Lichtbogens Plasmabrenner Zuführung der Leistung Schläuche Systemsteuerung Stromversorgung Bild 52: Einbindung des Plasmabrenners an die Energie- und Betriebsmittelversorgung Quelle: Rossati, F.: Schmelzen von Flugstäuben mit einem Plasmaprozess. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 662 Das Abgas wird zunächst in der Verglasungsanlage vorbehandelt und dann vor der elektrostatischen Gasreinigung in die Abgasreinigungsanlage der Abfallverbrennungsanlage Bordeaux-Cenon, in die die Verglasungsanlage integriert ist, geleitet. Das Abwasser aus den Nasswäschern wird in die Abwasserbehandlungsanlage geleitet. Damit können der Kapitalaufwand und die Behandlungskosten begrenzt werden. Dies setzt allerdings voraus, dass in einer für die Integration der Verglasungsanlage vorgesehenen Anlage auch eine Abwasseraufbereitungsanlage vorhanden ist. it der Integration können Betriebskosten, insbesondere Personalkosten, eingespart werden. Die Bilder 53 und 54 zeigen an zwei Beispielen die mögliche Einbindung des Schmelzverfahrens für Flugstaub in Abfallverbrennungsanlagen mit unterschiedlichen Abgasreinigungsverfahren. Die Eluatwerte sind in Tabelle 31 angeführt. Diese Zahlen sagen nichts über die Art des angewendeten Eluatverfahrens aus und können daher für die Beurteilung nur bedingt herangezogen werden. Wesentlich wäre die Angabe des ph-wertes. 216

41 Hausmüll kg (100 %) gereinigtes Abgas Reagenz Feuerung und Dampferzeuger Abgas Abgaskühler Gewebefilter I Gewebefilter II DeNOx Flugstaub 60 kg (6 %) Schlacke 170 kg (17 %) Verglasung Abgaswäsche Schlacke 50 kg (5 %) verglastes Produkt 200 kg (20 %) SiO 2 44 % CaO 23 % Al 2 O 3 19 % Abfälle zur Deponie Bild 53: Beispiel für die Integration des Schmelzverfahrens für Flugstaub in eine Abfallverbrennungsanlage mit trockener Abgasreinigung Quelle: Rossati, F.: Schmelzen von Flugstäuben mit einem Plasmaprozess. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 663 Hausmüll kg (100 %) gereinigtes Abgas Feuerung und Dampferzeuger Abgas Elektrofilter Wäscher Flugstaub 30 kg (3 %) Quench Verglasung Abwasserreinigung Filterkuchen 3 kg (0,3 %) Schlacke 250 kg (25 %) verglastes Produkt 25 kg (2,5 %) SiO 2 47 % CaO 29 % Al 2 O 3 13 % gereinigtes Abwasser Bild 54: Beispiel für die Integration des Schmelzverfahrens für Flugstaub in eine Abfallverbrennungsanlage mit nasser Abgasreinigung Quelle: Rossati, F.: Schmelzen von Flugstäuben mit einem Plasmaprozess. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S

42 Karl J. Thomé-Kozmiensky Tabelle 31: Typische Eluatanalyse für das Schlackeschmelzprodukt aus dem Plasmaverfahren für Flugstäube Parameter mg/l Ammonium 0,05 Arsen < 0,001 Gesamtstickstoff 1 Barium 0,006 Cadmium < 0,0001 Chloride 1 Chrom 0,005 Chrom-6 < 0,001 Freies CN < 0,01 Kupfer 0,001 Zinn < 0,0001 Fluor und seine Verbindungen 0 Quecksilber < 0,00005 etalle insgesamt < 1,2 Nickel 0,001 Nitrate 0,3 Phosphor insgesamt 0 Blei < 0,001 Selen < 0,001 Sulfate 1,5 Zink organische aterialien oberflächenaktive Substanzen < 0,02 halogenierte organ. Substanzen < 0,01 COT 1 DB 05 1 chemischer Sauerstoffbedarf < 5 polyzykl. aromat. Kohlenwasserstoffe < 0,0002 Kohlenwasserstoffe insgesamt < 0,2 EST < 0,2 Oxidierbarkeit < 0,5 gelöster Sauerstoff na Pentachlorphenol 0,0015 Pestizide insgesamt < festgelegter Grenzwert Phenole 0,035 Quelle: Rossati, F.: Schmelzen von Flugstäuben mit einem Plasmaprozess. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 664 Die Verglasung wird von Europlasma als eine unter industriellen Bedingungen bewährte Technologie für die Beseitigung toxischer Abfälle angeboten. Als Argumente werden genannt, dass toxische organische Bestandteile zerstört und anorganische Schadstoffe in die Gasmatrix eingebunden werden, das glasartige Produkt die Umwelt nicht gefährdet, sondern verwertet werden oder ohne Vorsichtsmaßnahmen abgelagert werden kann und nicht mehr unter Tage deponiert werden muss Krupp AK Plasmaschmelzverfahren W-Umwelttechnik GmbH Ein Plasmaschmelzverfahren mit Drehstromplasmatechnik wurde von der Krupp AK aschinenbau GmbH (Bild 55) entwickelt und erprobt. Stäube aus Dampferzeugern, Elektro- und Gewebefiltern von Abfallverbrennungsanlagen werden in den Plasmareaktor eingetragen. Der Reaktor ist ein runder Behälter, in den die Schmelzelektroden eingefahren werden. Der Staub schmilzt in den Lichtbögen zwischen den Elektroden bei über C und tropft in das Schmelzbad, aus dem die Schmelze abgezogen und z.b. granuliert werden kann. Das Abgas des Schmelzprozesses wird zunächst mit im Kreislauf geführtem Eigenstaub auf etwa 300 C abgekühlt, damit kondensierbare Schwermetalle und Salze auf den Feststoffpartikeln (Kondensationskeime) kondensieren. Im anschließenden Wärmetauscher wird das Abgas auf etwa 180 C gekühlt und im Zyklon und Gewebefilter gekühlt. Der abgeschiedene Staub ist ein Schwermetall- und Salzkonzentrat, das aufgearbeitet werden soll. Das Reingas aus dem Filter wird in die Abgasreinigungsanlage der Verbrennungsanlage geführt. 218

43 Flugstaub Fördergas Kühlluft zur Abgasreinigung der VA Stickstoff Argon Helium elektrische Energie Plasmareaktor Schwermetallkonzentrat Schlackengranulierung Frischluft Wasser Schlacke Bild 55: Plasmaschmelzverfahren Auf der Basis der im Pilotvorhaben ermittelten Verbrauchswerte konnte die zur Einschmelzung und Verdampfung erforderliche elektrische Energiemenge kleiner als 1 Wh/t Staub abgeschätzt werden. Produkte und Umweltverträglichkeit Das Pilotvorhaben wurde in einem vorhandenen diskontinuierlich arbeitenden Plasmaofen durchgeführt. Die Schmelze wurde in Kokillen abgestochen. Die engenbilanz stellt sich vereinfacht wie folgt dar: 100 % Staubinput ergaben 70 % Schlacke, 5 % Staubverschleppung sowie 25 % verdampfte Schwermetalle und Salze. Für die Schmelzschlacke liegt ein Prüfungszeugnis der Amtlichen aterialprüfungsanstalt für Steine und Erden, Clausthal-Zellerfeld, über die Eignung zur Verwendung im Straßenbau und als Betonzuschlag im Beton- und Stahlbetonbau vor. Des weiteren liegen Vorschläge über die langfristige Abnahme der Schlacke z.b. als Substitut zu Edel- und Streusplitt oder als Strahlmittel, Schotter, Wasserbaustein und Füller von Baustoffhandelsunternehmen vor. Nach Anfragen bei einem Aufarbeitungsunternehmen über öglichkeiten der Schwermetallrückgewinnung verbreitet der Anbieter die Ansicht, dass relevante Schwermetalle Blei, Zink und Kupfer in vorhandenen Anlagen aufgearbeitet werden können. 219

44 Karl J. Thomé-Kozmiensky Stand der Technik Das Plasmaschmelzverfahren ist in einer vom Bundesministerium für Forschung und Technologie geförderten diskontinuierlich betriebenen Pilotanlage mit einem Durchsatz von 1 Tonne Flugstaub pro Stunde erprobt worden. Literatur [1] Berger, D. H.; Klein, H.: Thermische Aufarbeitung von Flug- und Filterstäuben aus üllverbrennungsanlagen durch Plasma-Technik. Firmenschrift Krupp AK aschinenbau GmbH, Kiel, 1989 [2] Klein, H.: Plasmatechnik der Krupp AK. In: Reimann, D. O.; Demmich, J. (Hrsg.): Reststoffe aus der Rauchgasreinigung. In: Beiheft 29 zu üll und Abfall, 1990, S [3] Klein, H.: Thermische Aufarbeitung von Flug- und Filterstäuben aus üllverbrennungsanlagen durch Plasmaofen-Technik. BFT-Forschungsbericht , Bonn, 1988 [4] Klein, H.; Tscheschlok, K.: Thermische Aufarbeitung von Flug- und Filterstäuben aus üllverbrennungsanlagen durch Drehstromplasmatechnick Versuchsanlage zur Einschmelzung von 1 t/h Filterstaub. In: VGB Vereinigung der Großkraftwerksbetreiber (Hrsg.): Rückstände aus der üllverbrennung. Tagungsbericht 221, Beitrag V15. VGB Kraftwerkstechnik, Essen, 1991 [5] Klein, H.; Tscheschlok, K.: Thermische Aufarbeitung von Flug- und Filterstäuben aus üllverbrennungsanlagen durch Drehstrom-Plasmatechnik. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): üllverbrennung und Umwelt 3. Berlin: EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik, 1989, S Noventax-Verfahren ehemals Plasmox-Verfahren Das unter Plasmox bekannte Verfahren wird heute von der Noventax AG vertrieben. Filterstaub, Filterkuchen und Additive Kohlenstaub und Glasbildner werden durch den Ofendeckel in den Schmelzraum eingebracht. Das aterial wird mit zwei elektrischen Plasmabrennern auf bis zu C erhitzt. In den Plasmabrennern strömt Gas durch einen elektrischen Lichtbogen. Bei Temperaturen um C wird das Gas ionisiert und geht in den Plasmazustand, auch vierter Aggregatzustand genannt, über. Durch Zugabe von Kohlenstoff und Einsatz von Wasserstoff als Plasmagas entsteht im Reaktor (Bild 56) eine reduzierende Atmosphäre. Dadurch werden Schwermetallverbindungen in ihre elementare Form reduziert, so dass die etalle entweder abdampfen oder sich als Tröpfchen in der sich im unteren Bereich des Reaktors konzentrierenden etallschmelze absetzen. Die Glas- und die etallphase der Schmelze werden periodisch durch Kippen des Ofens ausgetragen. Die Abgase werden mit Luft auf etwa 200 C gequencht. Im nachgeschalteten Gewebefilter wird auskondensierter Schwermetallstaub abgeschieden. Das entstaubte Abgas enthält insbesondere noch HCl und SO 2. In einer nassen Abgasreinigung werden HCl und SO 2 abgeschieden; Quecksilber wird in einem Koksfilter adsorbiert. Durch Zugabe von kohlenstoffhaltigen Abfällen kann der Bedarf an Primärenergie vermindert werden. it den Plasmabrennern kann die Schmelze vor dem Abgießen oxidativ nachbehandelt werden, um die Produktqualität Oxidation von Restkohlenstoff zu beeinflussen. 220

45 Bild 56: Schmelzreaktor des Plasmox-Verfahrens Quelle: Firmenprospekt der GC Plasma AG, 1992/1993 Filterkuchen kann nur sinnvoll mitbehandelt werden, wenn in der Abgasreinigung der Abfallverbrennungsanlage Gips gewonnen wird. Anderenfalls würde der Gips mit dem Filterkuchen nur im Kreis gefahren. Aus der Abgasreinigung anfallender Gips kann bei ausreichender Qualität verwertet werden. Das Verfahrensfließbild des Plasmox-Verfahrens ist in Bild 57 dargestellt. 221