BMBF-Verbundvorhaben

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1 INSTITUT FÜR SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT UND ABFALLTECHNIK UNIVERSITÄT HANNOVER Fachgebiet Abfallwirtschaft Prof. Dr.-Ing. habil. H. Doedens Haase Energietechnik AG BMBF-Verbundvorhaben Erprobung einer nichtkatalytischen thermischen Oxidation zur Behandlung von Abluft aus der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung Teilvorhaben 1: Verfahrenstechnische Überprüfung der Anlagenkonzeption Förderkennzeichen: Teilvorhaben 2: Untersuchungen zur Führung des Abluftmanagements Förderkennzeichen: Abschlussbericht Projektleiter (ISAH) Projektleiter (Haase) Prof. Dr.-Ing. habil. H. Doedens Dr. R. Kahn Bearbeiter (ISAH) Bearbeiter (Haase) Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. (FH) B. Eng. (Hons) J. Stockinger J. Glüsing Unter Mitarbeit von: Dr. C. Cuhls, Dr. J. Clemens (GEWITRA, Ingenieurgesellschaft für Wissenstransfer, Bonn) Dr. J. Suhlmann, D. Bendick (Niedersächsisches Landesamt für Ökologie, Hannover) Dipl.- Geogr. M. Kühle-Weidemeier, Dipl.-Ing. U. Langer (Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universität Hannover)

2 Seite ii Inhaltsverzeichnis =============== 1 Einleitung Allgemeines zum Thema Kenntnisstand bzgl. Abluft aus MBA vor Bundesimmissionsschutzverordnung (30. BImSchV) Österreichische Richtlinie für die mechanisch-biologische Behandlung von Abfällen TA Luft 02 (Neufassung vom 24. Juli 2002) Anlagenkonzepte zur regenerativen thermischen Oxidation Allgemeines Regenerativ thermische Oxidation mit Brennkammer Regenerativ thermische Oxidation ohne Brennkammer Literaturübersicht ab Aufgaben und Anlagenbeschreibung Anlass / Hintergrund Auftraggeber und Beteiligte Versuchsumfang und Ziele des Vorhabens Anlagen und -standorte Anlagen- und Funktionsbeschreibung VocsiBox (Verfasser: Haase Energietechnik AG) VocsiBox Puffertank zur Unterdrückung von Emissionsspitzen bei der Haase- VocsiBox Messstellen an der VocsiBox RABA Bassum Konzeption der RABA Bassum Laborrotte Allgemeines Bezug der Versuche mit der Laborrotte zu den Projektzielen (Allgemeines) Prinzip der Laborrotte Containerrotteversuch der AWS Schaumburg (Doedens/Kühle- Weidemeier, 2001) Vorbemerkung 2-22

3 Seite iii Mechanische Behandlung Biologische Behandlung Mess- und Analyseverfahren Messtechnik für kontinuierliche Messungen an der VocsiBox und Laborrotte (ISAH) Gesamtkohlenstoffanalysator (FID) Gasanalyse der Laborrotte (NDIR) Messung einzelner Komponenten im Abgasstrom der VocsiBox (FTIR) Allgemeine Emissionsmessungen der Firma TÜV Nord (Hannover) Toxische Staubinhaltsstoffe Schwermetalle und PCDD/F Sonstige Messkomponenten Keime (Labor für Arbeits- und Umwelthygiene Dr. Missel, Hannover) Keimmessungen mit dem Impinger Untersuchte Mikroorganismen Keimzahlbestimmung Bestimmung der Geruchsemissionen Allgemeines Bestimmung der Geruchsstoffkonzentration durch Olfaktometrie Geruchsintensität Hedonik Elektronische Nasen Problembereiche der Geruchsmessung Verfahren zur Geruchsminderung und beseitigung: (Hübner, 1996) Firma ERGO Bestimmung der Geruchsemissionen Firma Öko-Control Ermittlung der Abgasrandbedingungen Geruchsemissionen Beschreibung des Probandenkollektives Beurteilung der Proben Anzahl der Messreihen Darbietungszeiten Pausenzeiten des Probandenkollektives Firma TÜV Nord (Hannover) Geruchsemissionen Mess- und Analyseverfahren, Geräte Beschreibung des Probandenkollektives 3-20

4 Seite iv Beurteilung der Proben Firma TÜV Nord (Hamburg) Ermittlung der Abgasrandbedingungen Geruchsemissionen Probandenkollektiv Beurteilung der Proben Anzahl der Messreihen Darbietungszeiten Pausenzeiten des Probandenkollektivs Diskontinuierliche Bestimmung der Stickstoff- und Kohlenstoffkomponenten (Gewitra GmbH) Untersuchte Abgasparameter im Roh- bzw. Reingas Ammoniak und Gesamtstickstoff (diskontinuierlich) Kontinuierliche Bestimmung der Ammoniak-Konzentrationen Bestimmung der N 2 O- und CH 4 -Konzentrationen (diskontinuierlich) Kontinuierliche Bestimmung der N 2 O-Konzentrationen Bestimmung der Stickstoffmonoxid- und Stickstoffdioxid- Konzentrationen Kontinuierliche Bestimmung der Kohlenmonoxid-Konzentrationen Bestimmung der Konzentrationen von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid Ergebnisse und Diskussion Gesamt-C org. - und N 2 O-Messungen gemäß 30. BImSchV Versuchsplanung Ermittelte Gesamtkohlenstoffkonzentrationen und frachten Vorbemerkung Variante Propangas-3 Belüftungsfelder Variante Propangas-3 Belüftungsfelder-Gesamt-C org. -Erhöhung Variante Propangas-5 Belüftungsfelder Variante Biogas Ermittelte Lachgaskonzentrationen und frachten Zusammenfassung der Gesamt-C org. - und N 2 O-Messungen Geruchsmessungen Ergebnisse des Vorhabens Zusammenfassung der Geruchsmessungen und Empfehlungen Messung der Stickoxid-, Lachgas-, Schwefelwasserstoff- und Schwefeldioxidemissionen der RABA Bassum (Verfasser: GEWITRA) Einleitung und Aufgabenstellung Probenahmestellen 4-24

5 Seite v Ergebnisse Dosierung von NH 3 in Umgebungsluft bei Propanbetrieb der VocsiBox Dosierung von NH3 in Rohgas der RABA bei Propanbetrieb der VocsiBox Dosierung von NH 3 in Rohgas der RABA bei Biogasbetrieb der VocsiBox Dosierung von NH 3 in Umgebungsluft bei Biogasbetrieb der VocsiBox Dosierung von H 2 S in Rohgas der RABA bei Propanbetrieb der VocsiBox Dosierung von H 2 S in Rohgas der RABA bei Biogasbetrieb der VocsiBox Dosierung von NH 3 und H 2 S in Rohgas der RABA bei Propanbetrieb der VocsiBox Dosierung von H 2 S und NH 3 in Rohgas der RABA bei Biogasbetrieb der VocsiBox Dosierung von H 2 S und NH 3 in Umgebungsluft bei Propanbetrieb der VocsiBox Zusammenfassung der Dosierversuche Sonstige Abluftinhaltsstoffe Allgemeines Staub und gasförmige anorganische Abluftinhaltsstoffe Metalle BTXE und Aldehyde/Ketone Dioxin-/Furanbestimmung Keime Siloxanbestimmung Laborrotte Rahmenbedingungen Versuchsablauf Untersuchtes Material Durchgeführte Versuche Berechnungsgrundlage für die Abbaugrade von Feucht- und Trockensubstanz Versuchsreihe Versuchsreihe Versuchsreihe Einzelversuch Ergebnisse und Auswertung Grundlagen der AT 4 -Bewertung Abbauleistung Laborrotte 4-58

6 Seite vi Abbaubeiwerte der Versuche Methanbildung Aussagen auf der Basis der Laborergebnisse Großtechnische Containerrotte (Schaumburg) Rotteversuch Schaumburg: 13 Vol.-% Sauerstoff in der Abluft Rotteversuch Schaumburg: 16 Vol.-% Sauerstoff in der Abluft Organische Kohlenstoffemission im Rotteabgas Vorbemerkung Gesamtkohlenstoff- und Methanmessungen im Rohgas der Containerrotte Lachgas-, Ammoniak- und Siloxanmessungen im Rohgas Zusammenfassung der Emissionsmessergebnisse bei der Containerrotte Schaumburg Projektteil Haase Energietechnik (Verfasser: Haase Energietechnik AG) Umsetzung der Projektziele für das BMBF-Teilvorhaben 1: Verfahrenstechnische Überprüfung der Anlagenkonzeption Kostenbetrachtung MBA-Abluftbehandlung Kostenübersicht Fazit und Empfehlungen Zusammenfassung Emissionsmessungen Wesentliche Erkenntnisse Handlungs-/Forschungsbedarf Groß- und labortechnische Rotteversuche Wesentliche Erkenntnisse Empfehlung für die Rottesteuerung und Rottekonzepte Auswirkungen auf MBA-Konzepte Literaturverzeichnis Anhang Anhang Ergebnisse der Laborrotteversuche AT 4 -Verläufe Standardabweichung der Analyseergebnisse Methanbildung 7-9

7 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS Seite i Abkürzungsverzeichnis Symbol a AbfAblV AOX AWG AWS Bh BHKW BImSchG BImSchV BMLFUW BMU BTXE CH 4 CKW CO CO 2 Fa. F/CKW Fe FID g GE Ges.-C org. Gesamt-C org. GV 0 GV e h HCl HCN HF H 2 S Bedeutung Jahr Abfallablagerungsverordnung Adsorbierbare organisch gebundene Halogene Abfallwirtschaftsgesellschaft Abfallwirtschaftsgesellschaft des Landkreises Schaumburg Betriebsstunden Blockheizkraftwerk Bundesimmissionsschutzgesetz Bundesimmissionsschutzverordnung Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (Österreich) Bundesumweltministerium Kurzbezeichnung für Benzol, Toluol, Xylol und Ethylbenzol Chemische Formel für Methan Chlorierte Kohlenwasserstoffe Chemische Formel für Kohlenmonoxid Chemische Formel für Kohlendioxid Firma Fluorierte und chlorierte Kohlenwasserstoffe Chemisches Zeichen für Eisen Flammenionisationsdetektor Gramm Geruchseinheit Summe organischer Kohlenstoffkomponenten Summe organischer Kohlenstoffkomponenten Glühverlust (Versuchsbeginn) Glühverlust (Versuchsende) Stunde Chemische Formel für Chlorwasserstoff Chemische Formel für Cyanwasserstoff Chemische Formel für Fluorwasserstoff Chemische Formel für Schwefelwasserstoff

8 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS Seite ii hwr i.w. kg LARA m 3 MBA MBV mg Mg Mg Abfall Mg MBA-Input Mg Rotte-Input mm MVA ng TE NH 3 Nm 3 NMVOC NO N 2 O NO 2 NO x PCDD/F RABA RTO SO 2 heizwertreich im wesentlichen Kilogramm Luft-Aufbereitungs- und Reinigungs-Anlage Kubikmeter Mechanisch-biologische Abfallbehandlungsanlage Mechanisch-biologische Vorbehandlungsanlage Milligramm Mega-Gramm (entspricht Tonne) Mega-Gramm (entspricht Tonne) Abfall Mega-Gramm (entspricht Tonne) Abfallinput in die MBA-Anlage Mega-Gramm (entspricht Tonne) Rotteinput Millimeter Müllverbrennungsanlage Nanagramm toxikologische Äquivalente (Äquivalenzfaktoren sind in der entsprechenden BImSchV fixiert) Chemische Formel für Ammoniak Normkubikmeter Non methane volatile organic carbon (Nichtmethan-Kohlenwasserstoffe) Chemische Formel für Stickstoffmonoxid Chemische Formel für Distickstoffmonoxid (Lachgas) Chemische Formel für Stickstoffdioxid Chemische Formel für Summe aller Stickoxide Polychlorierte Dibenzo-p-dioxine / -furane Restabfallbehandlungsanlage Regenerative thermische Oxidation Chemische Formel für Schwefeldioxid TA Luft 02 Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (vom ) TA Luft 86 Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (vom )) TASi TRO TS TÜV u.a. Technische Anleitung zur Verwertung, Behandlung und sonstigen Entsorgung von Siedlungsabfällen (TA Siedlungsabfall) Thermisch-regenerative Oxidation (entspricht RTO) Trockensubstanz Technischer Überwachungsverein unter anderem

9 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS Seite iii UBA Umweltbundesamt VDI Verband Deutscher Ingenieure VOC Volatile organic carbon (flüchtige Kohlenwasserstoffe) WG 0 Wassergehalt (Versuchsbeginn) WG e Wassergehalt (Versuchsende) zzgl. zuzüglich µg Mikrogramm

10 EINLEITUNG Einleitung 1.1 Allgemeines zum Thema Die mechanisch-biologische Abfallbehandlung (MBA) soll in Deutschland neben der Müllverbrennung in der Abfallwirtschaft eingesetzt werden (BMU, 2001; N.N., 2002; UBA, 1999). Hierzu wurde der rechtliche Rahmen für die mechanische und biologische Behandlung von Abfällen dem Stand der Technik angepasst. In der "Verordnung über die umweltverträgliche Ablagerung von Siedlungsabfällen und über biologische Abfallbehandlungsanlagen" wird u.a. die umweltverträgliche Ablagerung von Siedlungsabfällen (Abfallablagerungsverordnung Abf- AblV) geregelt sowie die Emissionen aus MBA beschränkt (30. BImSchV). Die seit 24. Juli 2002 geltende Neufassung der TA Luft 02 begrenzt die Emissionen aus Anlagenvarianten zur nicht thermischen Abfallbehandlung, die den vorgenannten Regelwerken nicht unterliegen. Hierzu zählen beispielsweise rein mechanische Behandlungsanlagen und Trocknungsanlagen sowie die in der 30. BImSchV ausdrücklich ausgenommenen Kompostierungsanlagen. Für die Müllverbrennung ist derzeit eine Neufassung der 17. BImSchV zur Umsetzung der EU- Verbrennungsrichtlinie in Arbeit. Auch wenn eine absolut vergleichbare Reglementierung der technisch sehr unterschiedlichen Abfallbehandlungskonzepte MBA und MVA nicht machbar ist, sollte mit den erwähnten Neuregelungen eine Gleichwertigkeit der MBA und der MVA erreicht werden. 1.2 Kenntnisstand bzgl. Abluft aus MBA vor 2001 Spezifische Anforderungen an Abluftemissionen aus MBA existierten vor 2001 nicht, so dass die allgemein anwendbaren Teile der TA Luft 86 zur Bewertung zugrunde gelegt wurden. Die einzelnen Luftschadstoffe wurden in der TA Luft 86 klassifiziert und reglementiert, vor allem mit den Abschnitten 2.3 (krebserzeugende Stoffe), (Gesamtstaub), (staubförmige anorganische Stoffe), (dampf- oder gasförmige anorganische Stoffe), (organische Stoffe) mit dem Anhang E und dem Abschnitt (geruchsintensive Stoffe). Bei Emissionen aus Kompostwerken fanden bisher lediglich die Parameter Geruch und Staub Berücksichtigung, z.b. wurden unter Nr der TA Luft 86 für Kompostwerke die Feststellung und Begrenzung von geruchsintensiven Stoffen gefordert. Abgase aus Reaktoren und belüfteten Mieten sind einem Biofilter oder einer gleichwertigen Abgasreinigungseinrichtung zuzuführen. Bei der Bewertung der Abluftemissionen von MBA zeichnete sich ab, dass Staub und saure anorganische Komponenten (SO 2, HCl, HF, Schwermetalle) unkritisch sind, dass aber auf die organischen Stoffe (3.1.7 TA Luft 86 ) ein besonderes Augenmerk zu legen ist. Daneben sind anorganische (basische) Stickstoffverbindungen von Bedeutung. Hier führt insbesondere das Ammoniak (NH 3 ) zu Problemen im Biofilter. So konnten das klimarelevante Lachgas (N 2 O) und Stickoxid (NO) als Abbauprodukte im Reingas festgestellt werden (Doedens/Cuhls et al. 1999). Methan und Ammoniak waren vom Regelungsbereich der TA Luft 86 ausgenommen. Das klimarelevante Methan ist für MBA besonders bedeutsam (Bild 1-3), weil es infolge eines nicht auszuschließenden geringfügigen anaeroben Milieus auch bei aktiv belüfteten Rotteverfahren etwa

11 EINLEITUNG % der gesamten organischen Kohlenstoffemissionen (Ges.-C org. ) ausmachen kann (Bild 1-1). Ausschlaggebend für das Methan sind hohe Wassergehalte in der Miete bzw. eine ungünstige Sauerstoffversorgung (Bild 1-2). Im Fall der Integration von anaeroben Verfahrensstufen in die Vorbehandlungstechnik (z.b. RABA Bassum) werden prozessbedingt in der aeroben Nachrotte der Gärungsrückstände noch Reste an Methan aus Porenräumen freigesetzt. Die Stickstoffausträge (Ammoniak und org. Stickstoffverbindungen) sind stark von der Abfallzusammensetzung geprägt und erreichen bei entsprechend hohen Anteilen nativer Organik bzw. Klärschlamm auch hohe Gehalte, die in der gleichen Größenordnung wie die organischen Kohlenstoffkonzentrationen liegen (Cuhls, 2001). Für Stickstoffemissionen ist das klimarelevante NH 3 die maßgebliche Komponente, die im Biofilter die Bildung von N 2 O und NO verursachen kann, wenn die Nitrifikation gehemmt ist (Bild 1-4). Grund für die unzureichende Abbauleistung im Biofilter ist in solchen Fällen das ungünstige C/N-Verhältnis, das die Behandlung von NH 3 im Biofilter wenig erfolgversprechend erscheinen lässt, zumal NH 3 auch den Ges.-C org. -Abbau im Biofilter hemmen kann. Aufgrund der Hemmung methanotropher Bakterien durch anorganische Stickstoffverbindungen und der nur kurzen Kontaktzeit konnte in den betreffenden Biofiltern kein Methanabbau festgestellt werden (Bild 1-1). 160 Konzentration [mgc/m³] Grenzwertvorschlag analog TA Luft Grenzwertvorschlag BImSchV hnmvoc = 42% hnmvoc = 40% CH4-C NMVOC hnmvoc = 40% hnmvoc = 63% hnmvoc = 70% Rohgas Reingas Rohgas Reingas Rohgas Reingas Rohgas Reingas Rohgas Reingas MBV Wiefels RABA Bassum MBRA Düren Bild 1-1: Abluftemissionen (Cuhls, 2001) von Gesamtkohlenstoff (CH 4 und NMVOC) aus MBA (FID-Messungen nach VDI 3481, Bl. 3) Vom Massenstrom an organischen Verbindungen im MBA-Rohabgas gehören etwa 15 % zur Klasse 1, % zur Klasse 2 und % zur Klasse 3. Im Reingas liegen die Verhältnisse anders: etwa 10 % Klasse 1, 60 % Klasse 2 und 30 % Klasse 3. Das liegt im wesentlichen am sehr guten Wirkungsgrad der Abluftbehandlung für die Alkohole und Ketone, wohingegen

12 EINLEITUNG 1-3 die Aromaten (TA Luft 86 Klasse 2) viel schlechter abgebaut werden. Schwerwiegender fällt das Ergebnis für die F/CKW, Benzol, Phenol und Kresol aus, da es sich hier um Stoffe der Klasse 1 der TA Luft 86 bzw. um krebserzeugende, persistente oder klimarelevante Umweltchemikalien handelt und aus den bisherigen Daten keine überzeugende bis gar keine Minderung durch die Abluftreinigung mit Befeuchter + Biofilter zu erkennen ist. Obwohl die Konzentrationen in der Regel gering sind, ist diese Beobachtung sehr kritisch zu sehen, da davon auszugehen ist, dass ein unbekanntes, flüchtiges Schadstoffinventar dieser Stoffklassen aus dem Restabfall ausgasen kann und im Biofilter dann nicht zurückgehalten wird. Die Forderung nach Zerstörung dieser Stoffe wird mit dem bei MBA bis 2001 üblichen Reinigungsverfahren (Wäscher und Biofilter) nicht erfüllt. Aus den drei Wirkungsklassen der TA Luft 86 hat sich der Massenstrom der Wirkungsklasse 1 als die kritische Größe für MBA-Emissionen herausgestellt. Ausschlaggebend dafür ist Acetaldehyd. Die Roh- und Reingasgehalte dieser Klasse liegen jedoch unter der zulässigen Konzentration von 20 mg/m³ (Cuhls, 2001). Mit dem allgemein vor 2001 angewandten System der Abluftreinigung bei MBA (Befeuchter und Biofilter) konnten die Anforderungen nach Nr TA Luft 86 eingehalten werden. Es werden jedoch nicht annähernd die stoffspezifischen Wirkungsgrade aus Literaturangaben erzielt. Die Wirkungsgrade für Aromaten z.b. gehen über Maximalwerte von 50 % nicht hinaus. Dieses Ergebnis blieb hinter den Erwartungen an Biofiltern zurück. 600 Bassum CH 4 Emissionskonzentration [mg/nm³] [mg CH4/Nm³] Bild 1-2: Verlauf der CH 4 -Konzentration am Beispiel der RABA Bassum, Methanspitze nach starker Befeuchtung des Rottematerials (Cuhls, 2001)

13 EINLEITUNG 1-4 CH 4 -Emissionsfaktor [g/mg FS] g CH4 / Mg FS Rohgas Reingas Horm Friesland Bassum Lüneburg Zustand 98 n.b. Lüneburg nach Sanierung 99 Bild 1-3: CH 4 -Emissionsfaktoren (bezogen auf den Rotte-Input) verschiedener MBA (Cuhls, 2001) N 2 O-Emissionsfaktor [g/mg FS] g N2O / Mg FS Rohgas Reingas Horm Friesland Bassum Lüneburg Zustand 98 n.b. Lüneburg nach Sanierung 99 Bild 1-4: N 2 O-Emissionsfaktoren (bezogen auf den Rotte-Input) verschiedener MBA (Cuhls, 2001) Bundesimmissionsschutzverordnung (30. BImSchV) Für die Zulassung von mechanisch-biologischen Behandlungsanlagen (MBA) werden von Seiten des Bundesumweltministeriums in der 30. BImSchV (30. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes vom ) u.a. strenge Anforderungen an Abluftemissionen über die Parameter Gesamt-C org. und Lachgas als Konzentration und Fracht/Mg Abfall-Input gestellt. Die 30. BImSchV stellt für MBA vergleichbar scharfe Anforderungen wie die 17. BImSchV für Müllverbrennungsanlagen, mit dem Geruchsgrenzwert sogar erhöhte Anforderungen. Die Emissionsgrenzwerte nach 6 der 30. BImSchV sind in Tabelle 1-1 den potentiellen Rohgasbelastungen an MBA gegenübergestellt. Die bisherige Abluftreinigung bei MBA beschränkte sich auf den Einsatz der Kombination Wäscher + Biofilter und kann diese Anforderungen nicht einhalten (Doedens/Cuhls, 2000). Die

14 EINLEITUNG 1-5 Grenzwerte der 30. BImSchV für Ges.-C org. können nach bisheriger Kenntnis nur mit thermischen Verfahren gewährleistet werden. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen müssen die thermisch zu behandelnden spezifischen Abgasvolumina drastisch verringert werden, was bei gleichbleibenden Emissionsfrachten zur Erhöhung der Rohgaskonzentrationen führt. Tabelle 1-1: MBA-Rohgasemissionen und Emissionsgrenzwerte nach 6 der 30. BImSchV Stoff Dimension Rohgas aus Durchluftbetrieb, gemischt aus Anlieferung, Mechanik und Rotte Rohgas aus abluftminimierter Rotte ohne Abluft aus Anlieferung und Mechanik Staub mg/m³ 0 10 (50) Ges.-C mg/m³ > Ges.-C g / MgMBA-Input (i.w. abhängig von CH4) N2O g / MgMBA-Input 0-20 (bei hohen NH3- Gehalten: 280 möglich [Wallmann et al., 2001]) 0-20 Grenzwerte Reingas Tagesmittel 1/2h- Mittel Sonstige 55 (Monatsmittel) 100 (Monatsmittel) Geruchsstoffe GE/m³ bis >10 4 bis > (kein Messwert) PCDD /PCDF ng TE/m³ 0,1 (Mittel über die Probenahmedauer) NH3 mg / m³ (500; erhöht nach Vergärung und Klärschlammverarbeitung) (1000 erhöht nach Vergärung und Klärschlammverarbeitung) 20 (TA Luft 02 ) Bei den organischen Stoffen hat die Aufkonzentrierung bis mg/m 3 im Rohgas für thermische Abgasbehandlungsverfahren, z.b. die regenerative thermische Oxidation (RTO) keine Verschlechterung der Ges.-C org. -Emissionen sowohl bei den Konzentrationen wie bei den Frachten im Reingas zur Folge. Bei den übrigen Inhaltsstoffen, z.b. Cl-, S- und N- Komponenten, haben die erhöhten Rohgaskonzentrationen eine proportionale Erhöhung der Reingaskonzentrationen zur Folge. 1.4 Österreichische Richtlinie für die mechanisch-biologische Behandlung von Abfällen Am 01. März 2002 ist vom österreichischen Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (BMLFUW) die "Richtlinie für MBA" in Kraft gesetzt worden. Teilweise abweichend von der in Deutschland gültigen "Verordnung über die umweltverträgliche Ablagerung von Siedlungsabfällen und über biologische Abfallbehandlungsanlagen" wurden für die Emissionen aus MBA folgende Grenzwerte festgelegt:

15 EINLEITUNG 1-6 Organ. Stoffe angegeben als Gesamtkohlenstoff - Halbstundenmittelwert 40 mg/m 3 - Tagesmittelwert 20 mg/m 3 - Massenverhältnis 100 g/mg Abfall Stickstoffoxide angegeben als Stickstoffdioxid - Halbstundenmittelwert 150 mg/m 3 - Tagesmittelwert 100 mg/m 3 Ammoniak 20 mg/m 3 Dioxine/Furane 0,1 ng/m 3 Gesamtstaub 10 mg/m 3 Geruchsstoffe 500 GE/m TA Luft 02 (Neufassung vom 24. Juli 2002) Die Neufassung der TA Luft 02 befasst sich u.a. mit den Regelungslücken der 30. BImSchV und legt Emissionswerte für weitere nicht thermische Abfallbehandlungsanlagen fest (s. TA Luft 02 Nr. 1 Abs. 4). Ausgewählte Emissionswerte für einzelne Abfallbehandlungsanlagen können der Tabelle 1-2 entnommen werden. Darüber hinaus begrenzt die TA Luft 02 folgende "allgemeine Anforderungen zur Emissionsbegrenzung" (in Klammern die Anforderungen der alten TA Luft 86 ): Gesamtstaub Massenstrom 0,20 kg/h (0,15 kg/h) oder Massenkonzentration 20 mg/m 3 (50 mg/m 3 ) Staubförmige anorganische Stoffe - Klasse I: Massenstrom 0,25 g/h (1,0 g/h) oder Massenkonzentration 0,05 mg/m 3 (0,2 mg/m 3 ) - Klasse II: Massenstrom 2,5 g/h (5 g/h) oder Massenkonzentration 0,5 mg/m 3 (1,0 mg/m 3 ) - Klasse III: Massenstrom 5 g/h (25 g/h) oder Massenkonzentration 1 mg/m 3 (5 mg/m 3 ) Gasförmige anorganische Stoffe - Klasse I: Massenstrom 2,5 g/h (10 g/h) oder Massenkonzentration 0,5 mg/m 3 (1 mg/m 3 ) - Klasse II: Massenstrom 15 g/h (50 g/h) oder Massenkonzentration 3 mg/m 3 (5 mg/m 3 ) - Klasse III: Massenstrom 0,15 kg/h (0,3 kg/h)

16 EINLEITUNG 1-7 oder Massenkonzentration 30 mg/m 3 (30 mg/m 3 ) - Klasse IV: Massenstrom 1,8 kg/h (5 kg/h) oder Massenkonzentration 0,35 g/m 3 (0,5 g/m 3 ) Organische Stoffe - Klasse I: Massenstrom 0,1 kg/h (0,1 kg/h) oder Massenkonzentration 20 mg/m 3 (20 mg/m 3 ) - Klasse II: Massenstrom 0,5 kg/h (2 kg/h) oder Massenkonzentration 0,1 g/m 3 (0,1 g/m 3 ) Krebserzeugende Stoffe - Klasse I: Massenstrom 0,15 g/h (s. MAK-Werte) oder Massenkonzentration 0,05 mg/m 3 (s. MAK-Werte) - Klasse II: Massenstrom 1,5 g/h (s. MAK-Werte) oder Massenkonzentration 0,5 mg/m 3 (s. MAK-Werte) - Klasse III: Massenstrom 2,5 g/h (s. MAK-Werte) oder Massenkonzentration 1 mg/m 3 (s. MAK-Werte) Schwer abbaubare, leicht anreicherbare und hochtoxische organische Stoffe (PCDD/F) Massenstrom 0,25 µg/h (nach Verhältnismäßigkeit) oder Massenkonzentration 0,1 ng/m 3 (nach Verhältnismäßigkeit) Tabelle 1-2: Anlagentyp Ausgewählte, über die allgemeinen Anforderungen der TA Luft 02 hinausgehende Regelungen für folgende Anlagentypen: 1 Anlagen zur Erzeugung von Kompost aus organischen Abfällen (TA Luft 02 Nr ) 2 Anlagen zur Vergärung von Bioabfällen und Anlagen, die Bioabfälle in Kofermentationsanlagen mitverarbeiten (TA Luft 02 Nr ) 3 - Anlagen zur Trocknung von Abfällen (TA Luft 02 Nr ) 4 - Anlagen zur mechanischen Behandlung von gemischten Siedlungsabfällen und ähnlich zusammengesetzten Abfällen (TA Luft 02 Nr ) Staub [mg/m 3 ] Gesamtkohlenstoff [mg/m 3 ] Geruch [GE/m 3 ] Keime Ammoniak Gasförmige anorganische Chlorverbindungen (Klasse III, angegeben als Chlorwasserstoff) Abstand zur nächsten Bebauung [m] 0,1 kg/h u.u. 300/ u.u. 300/ ,1 kg/h 1 20 mg/m 3 20 mg/m ,1 kg/h 1 20 mg/m 3

17 EINLEITUNG Anlagenkonzepte zur regenerativen thermischen Oxidation Allgemeines Die Systeme für die nichtkatalytische, regenerativ thermische Oxidation lassen sich grundsätzlich in folgende Systeme unterteilen: RTO-Systeme mit Brennkammer RTO-Systeme ohne Brennkammer RTO-Anlagen bestehen aus einer Oxidationszone und Wärmespeicherelementen vor und nach der Oxidationszone. Das Rohgas wird im vorgeschalteten Wärmespeicher auf die Oxidationstemperatur von ca. 800 C bis 1000 C vorgeheizt. Das Reingas gibt einen wesentlichen Teil seiner Wärme wieder an den nachgeschalteten Wärmespeicher ab. Dabei kühlt der rohgasseitige Wärmespeicher ab während sich der Reingasseitige zunehmend erhitzt. Aus diesem Grund wird in regelmäßigen Abständen die Durchströmungsrichtung gewechselt und der vormals reingasseitige Wärmespeicher übernimmt das Erwärmen des Rohgases und ein anderer Wärmespeicher kühlt das Reingas ab. Die Wärmespeicher, auch Regeneratoren genannt, sind mit keramischen Wärmespeicherelementen wie Sattel- oder Wabenkörpern bzw. Quarzkies gefüllt. Grundlegender Unterschied der beiden Systeme ist, dass bei der Variante mit Brennkammer die Oxidationstemperatur mittels Flamme erreicht und aufrecht erhalten wird. Bei RTO- Systemen ohne Brennkammer (s. Haase VocsiBox ) erfolgt die Aufrechterhaltung der Oxidationstemperatur durch Zudosierung eines gasförmigen Energieträgers in das Rohgas und flammenlose Oxidation. Dies hat insbesondere Auswirkungen auf die NO x -Bildung, die bei der Oxidation in einer Flamme höher ist als bei flammenloser Oxidation. Die Mitte des Reaktorbettes wird beim Start der VocsiBox nicht mit einem Brenner, sondern durch eine E-Heizung auf eine Temperatur von ca. 700 C vorgeheizt Regenerativ thermische Oxidation mit Brennkammer Für die nichtkatalytische regenerativ thermische Oxidation stehen u.a. folgende Systeme mit Brennkammer zur Verfügung: Zweikammersysteme: Der Nachteil dieses Systems liegt in der gegenüber 3-Kammersystemen höheren Reingasemission, da ein kleiner Teil des Rohgases beim Wechsel der Durchströmungsrichtung ins Reingas gelangt und somit zu Emissionspeaks führt. Das Verfahrensprinzip ist in Bild 1-5 dargestellt.

18 EINLEITUNG 1-9 Startheizung Stützfeuerung Brenner Reaktionsraum keramisches Wärmeträgerbett Auslaß -ventil Reingas Rohgas Einlaßventil Zusatzenergie Bild 1-5: Verfahrensprinzip einer 2-Kammer-RTO Dreikammersysteme: Um die Emissionspeaks zu unterdrücken wurde ein drittes Keramikbett eingebaut. Ein Bett erwärmt das zu reinigende Rohgas, ein Bett kühlt das Reingas ab und ein Bett, das zuvor das Rohgas erwärmt hat, wird mit Umgebungsluft gespült, um Rohgasreste zu entfernen. Bild 1-6 zeigt beispielhaft: eine 3-Kammer-RTO der Firma Herhof (LARA = Luft- Aufbereitungs- und Reinigungs-Anlage). Bild 1-6: Prinzip einer 3-Kammer-RTO (LARA der Firma Herhof)

19 EINLEITUNG 1-10 Pebble-Heater-Technologie: Die Pebble-Heater-Technologie ist eine konstruktive Variante der 2-Kammer-RTO (s. Bild 1-7). Bild 1-7: Prinzip der Pebble-Heater-Technologie (Quelle: Regenerativ thermische Oxidation ohne Brennkammer Die Firma Haase Energietechnik AG bietet die RTO-Technologie (VocsiBox ) ohne Brennkammer (flammenlos) an: Bild 1-8: Prinzip der VocsiBox (Firma Haase Energietechnik AG) Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurde die VocsiBox an die Erfordernisse der MBA-Abluftreinigung angepasst d.h. sehr hoher thermischer Wirkungsgrad bei maximaler Reinigungsleistung ohne Emissionspeaks. Die bisher von Fa. Haase Energietechnik AG eingesetzten VocsiBox -Anlagen entsorgen dagegen hauptsächlich Deponieschwachgas aus Altablagerungen oder reinigen Motorabgase aus Deponiegasmotoren hinsichtlich Kohlenmonoxid. Das genannte Einsatzspektrum ist charakterisiert durch niedrige bis mittlere thermische Effizienz des Reaktors bei einer typischen Reinigungsleistung von 2-Bett-Anlagen.

20 EINLEITUNG Literaturübersicht ab 2001 Aufgrund der Diskussionen hinsichtlich der 30. BImSchV sowie darauffolgend der Neufassung der TA Luft 02 wurden auf Tagungen und in Fachzeitschriften die Ergebnisse mehrerer wissenschaftlicher Versuche sowie Betriebserfahrungen weniger Abfallbehandlungsanlagen, die bereits über eine RTO zur Abluftreinigung verfügen, vorgestellt. Dabei handelte es sich hauptsächlich um Einzelmessungen oder um Emissionsmessungen über kurze Zeiträume (< 8 Wochen). Eine ausführliche Studie zu der Abluftsituation der MBA am Zell an See (Österreich) wurde vom UBA Wien durchgeführt (Angerer, 2001). Hierbei lag das Hauptaugenmerk auf der Untersuchung der Gesamtkohlenstoff- und der Stickstoffemissionen. Neben der Untersuchung der Rohgasgehalte wurde eine 2-Kammer-RTO zur Reinigung der Abluft getestet. Die Rohgasmesswerte in Tabelle 1-3 zeigen auffällig hohe Methangehalte. Da es sich um eine aerobe Abfallbehandlungsanlage handelt, sollte theoretisch kein Methan in der Abluft enthalten sein. Die Belüftung der Tafelmieten wird in dieser MBA durch insgesamt 12 Belüftungsfelder bewerkstelligt. Dabei sind die 4 Belüftungsfelder der Intensivrotte lüftungstechnisch gekoppelt. Jedes einzelne Belüftungsfeld wird nacheinander 2 Minuten belüftet und ist dann 6 Minuten unbelüftet (Angerer, 2001b). Durch diese intermittierende Belüftung dürften Anaerobien in der Intensivrotte induziert werden, wodurch der Methangehalt stark erhöht ist. Die Reingasgehalte bei Behandlung der Nachrotte sowie der Mischabluft der MBA Zell am See sind in Tabelle 1-4 aufgelistet. Die eingesetzte RTO war ein 2-Kammeraggregat, das aufgrund von Emissionspeaks (unbehandeltes Rohgas gelangt bei Wechsel der Durchströmungsrichtung ins Reingas) vergleichsweise hohe Gesamtkohlenstoffemissionen aufweist. Die RTO erreichte eine Ges.-C org. -Frachtreduzierung von %. Tabelle 1-3: Vorläufige Messergebnisse im Rohgas (Angerer, 2001) Rohgas Ges.-C org. [ppm C] CH 4 [ppm] Vorrotte 1) (Feld 1 3) Intensivrotte (Feld 4 7) Nachrotte (Feld 8 12) Mischabluft (Intensivrotte und Nachrotte) ) Zur Zeit der Messungen an der Vorrotteabluft befand sich kein Klärschlamm auf den 3 Rottefeldern. Tabelle 1-4: Vorläufige Messwerte im Reingas nach RTO (Angerer, 2001) Reingas Nachrotte (Feld 8 12) Mischabluft (Intensivrotte und Nachrotte) 1) Großteil der Messwerte Ges.-C org. [ppm C] N 2 O [ppm] NO [ppm] NH 3 [ppm] < 15 1) < < < 20 1) < 5 50 < < 10 60

21 EINLEITUNG 1-12 Die Konzentrationsbereiche, die für die gemessenen Abluftkomponenten gefunden wurden, sind in Tabelle 1-5 aufgeführt. Man erkennt die große Streubreite der Messergebnisse im Rohgas für organischen Kohlenstoff (Ges.-C org. ) und die Reinigungsleistung der RTO bzgl. Ges.- C org.. Für die Stickstoffkomponenten wurden, soweit in Roh- und Reingas gemessen, erhöhte Gehalte im Reingas ermittelt. Tabelle 1-5: Mischabluft (HMW in Roh- und Reingas); 09. Mai (13:00h) bis 11. Mai (8:30h) (Angerer, 2001) Parameter HMW-Bereich im Rohgas [ppm] HMW-Bereich im Reingas [ppm] THC 280, ,6 19 N 2 O 0,7 7,6 3,3 18,1 NO x 0,4 2,7 21,6 70 NH ) 15,4 32,4 1) Im Rohgas nicht kontinuierlich bestimmt. Ein direkter Vergleich der 2-Kammer-RTO mit einer 3-Kammer-RTO wurde bei Versuchen auf dem Gelände der AWB Hannover durchgeführt (Wallmann et al., 2001). Die dortigen Versuche dienten der Überprüfung der in Hannover geplanten MBA-Konzeption. Es wurden dabei Gärreste einer Vergärungsanlage in Frankreich (Amiens) nachgerottet. Als Abluftbehandlungsaggregate standen eine 2-Kammer- und eine 3-Kammer-RTO sowie ein Biofilter zur Verfügung. Der Biofilter erbrachte allerdings aufgrund einer zu kurzen Adaptationszeit keine belastbaren Reinigungsleistungen. Die Rohgasgehalte (Ges.-C org. ) lagen bei diesen Versuchen, wie Tabelle 1-6 zeigt, bei maximal 200 mg/m 3. Die Reingasgehalte der 3-Kammer-RTO lagen mit < 4 mg/m 3 unterhalb der Werte (< 7 mg/m 3 ), die von der 2-Kammer-RTO erreicht wurden. Auch bei den Geruchsemissionen schnitt die 3-Kammer-RTO mit 180 GE/m 3 besser ab als die 2-Kammer- RTO mit 860 GE/m 3. Diese Geruchswerte wurden allerdings erst mit vorgeschaltetem saurem Wäscher erreicht. Ohne Ammoniakentfrachtung der Rohluft wurden Geruchsemissionen zwischen und GE/m 3 gemessen. Die Lachgasfrachten überschritten bei allen Abluftreinigungsaggregaten aufgrund hoher Rohgasbelastung den Grenzwert der 30. BImSchV erheblich. Die Lachgasbildung fand infolge der hohen Ammoniakgehalte in den Gärresten im Abfallkörper statt. Die Lachgasgehalte konnten durch unterschiedlichen Abluftreinigungstechniken nicht gemindert werden. Die Grenzwertausschöpfung bei den Dioxinmessungen wurde mit < 5 % angegeben. Tabelle 1-6: Abluftemissionen eines Nachrotteversuchs mit Gärresten einer Vergärungsanlage (Wallmann et al., 2001) Parameter Einheit Versuchserge bnisse Rohgas TRO (3-K.) TRO (2-K.) Ges.-C org. mg/nm < 4 < 7 Ges.-C org. g/mg Geruch GE/m ) 860 1) PCDD/F ng/nm 3 < 0,005 Lachgas g/mg ) mit vorgeschaltetem sauren Wäscher

22 EINLEITUNG 1-13 Emissionswerte für großtechnische RTO-Anlagen liegen von Abgasreinigungsanlagen der Trockenstabilat -Anlagen der Firma Herhof Umwelttechnik GmbH in Rennerod und Aßlar vor (Wengenroth, 2001). Die dort eingesetzten Aggregate namens LARA (Luft-Aufbereitungs- Reinigungs-Anlage) sind technisch gesehen 3-Kammer-RTO-Aggregate. Da die zu reinigende Abluft aus Trocknungsanlagen stammt, sind Rohgaszusammensetzung und gehalte nicht mit denen einer Endrotte-MBA zu vergleichen. Gleichwohl geben die Ergebnisse, soweit sie von den Betreibern veröffentlicht werden, Aufschluss über die Reinigungsleistung einer großtechnisch eingesetzten RTO. Im Rahmen eines VDI-Seminars in Kufstein wurden u.a. BImSchVrelevante Messergebnisse vorgestellt. Die Werte sind in Tabelle 1-7 zusammengestellt. Lachgas, dessen Entstehung an diesen Trocknungsanlagen hauptsächlich durch die Umsetzung aus Ammoniak, das im Rohgas mit 65,4 mg/nm 3 und im Reingas mit 9,7 mg/nm 3 gemessen wurde, in der RTO möglich sein dürfte, wurde nicht gemessen. Lachgas- und Gesamt-C org. -Frachten wurden ebenfalls nicht angegeben. Tabelle 1-7: Emissionsmessergebnisse der Abluftreinigung von Trockenstabilat -Anlagen (Wengenroth, 2001) Parameter Einheit Rohgas Reingas Gesamt-C org. mg/nm ,4 Staub mg/nm 3 0,9 Geruch GE/Nm Dioxine I-TEQ ng/nm 3 0,002 Neben den angegebenen Messkomponenten wurden Schwermetalle, F/CKW, Alkane, Aromaten, Gesamt-Schwefel, Keime im Reingas und teilweise im Rohgas bestimmt. Die veröffentlichten Messergebnisse des Reingases waren größtenteils kleiner als die Nachweisgrenze oder unter der Bestimmungsgrenze. Die im Reingas wiederzufindenden Abluftkomponenten sind in Tabelle 1-8 zusammengestellt. Tabelle 1-8: Emissionsmessergebnisse der Abluftreinigung von Trockenstabilat -Anlagen (Wengenroth, 2001) Parameter Einheit Rohgas Reingas Hg (Schwermetall) µg/nm 3 3,7 Dichlormethan (CKW) mg/nm 3 0,18 0,16 0,14 0,36 1,20 0,08 0,07 < 0,04 0,08 0,07 R12 (FCKW) µg/nm Gesamt- Schwefel mg/nm Zusätzlich zu den vom TÜV durchgeführten Messungen an Trockenstabilat -Anlagen (s.o.) wurden Messungen vom UBA-Wien durchgeführt, die der Tabelle 1-9 zu entnehmen sind, und die die vorgenannten Ergebnisse bestätigen und ergänzen.

23 EINLEITUNG 1-14 Tabelle 1-9: Emissionsmessergebnisse des UBA-Wien an einer Trockenstabilat -Anlage (nach: Wengenroth, 2001) Parameter Dauer [h] Einheit Reingas (Mittelwert) Staub 3,5 mg/nm 3 0,7 Gesamt-C org. 94,5 mg/nm 3 2,8 CH 4 41 mg/nm 3 0,5 NO 12 mg/nm 3 20,6 NO x 12 mg/nm 3 30,7 CO 41 mg/nm 3 8,4 CO 2 41 % 0,7 SO 2 12 mg/nm 3 0,013 Die Einsatzmöglichkeiten und Grenzen von Biofiltern wurden auch weiterhin untersucht. So zeigten sich bei guter Pflege von Biofiltern und der Abwesenheit von Ammoniak (saure Wäsche) gute Abbauraten für NMVOC (Trimborn et al., 2002). Erkennbar waren aber auch die langen Reaktionszeiten der Biofilter auf Ertüchtigungsversuche (z.b. Düngung). Darüber hinaus war die Notwendigkeit der Aufrechterhaltung einer guten Temperierung des Biofiltermaterials bzw. der Zuluft erkennbar. Der Versuchsbiofilter wurde bei den Versuchen im Winter zusätzlich beheizt. Gute Reinigungsleistungen hinsichtlich NMVOC wurden auch bei großtechnischen Abluftreinigungsaggregaten von Kompostwerken gefunden. Bartels/Kruse (2002) fanden im Reingas eines Kompostbiofilters (Kompostwerk Neumünster) 6,3 mg/nm 3 als Summe aller gemessenen VOC s (identifizierte VOC: Carbonsäureester, Ketone, Aldehyde, Terpene, Alkohole Furane, Dimethyldisulfid, Alkane, Alkene (Aromaten < 2%)) ohne Methan bei Rohgasgehalten von durchschnittlich 77 mg/nm 3. Ein Tropfkörperwäscher (Kompostwerk Flensburg) erreicht 3,5 mg/nm 3 in der Summe aller gemessenen VOC s im Reingas während die Rohgaswerte durchschnittlich bei 67 mg/nm 3 lagen.

24 AUFGABEN UND ANLAGENBESCHREIBUNG Aufgaben und Anlagenbeschreibung 2.1 Anlass / Hintergrund Die derzeit in Betrieb befindlichen MBA-Intensivrottesysteme der ersten Generation verfügen im wesentlichen nur über eine einfache Luftnutzung. Vereinzelt wird die Abluft aus den Bereichen Anlieferung und mechanische Aufbereitung als Zuluft in den Rotteprozess geführt. Die Bandbreite der spezifischen Abgasmengen reicht von bis m³/mg Rotteeintrag in Abhängigkeit von der Behandlungsdauer (1 bis 16 Wochen). Aufgrund der neuen rechtlichen Vorgaben müssen die MBA-Konzepte der neuen Generation den hohen Anforderungen des Immissionsschutzes der 30. BImSchV angepasst werden. Demnach sind alle bei der Anlieferung und Behandlung der Abfälle entstehenden Abluftströme zu erfassen und einer Abluftreinigung zuzuführen. Zum Schutz des Klimas sind für die Parameter Gesamtkohlenstoff (Ges.-C) einschl. Methan Grenzwerte für Halbstundenmittelwerte (HMW), Tagesmittelwerte (TMW) und Monatsmittelwerte festgesetzt. Als Monatsmittelwerte werden erstmalig in einer BImSchV zusätzlich Emissionsfaktoren für Ges.-C sowie Lachgas (N 2 O) als Emissionsgrenzwerte herangezogen. Die Konsequenzen daraus erstrecken sich sowohl auf die Verfahrenswahl und die bauliche Ausführung als auch auf das Abgasmanagement und die Abgasreinigung. Im Rahmen des durchgeführten Vorhabens wurden daher die Möglichkeiten des Abluftmanagements (Verminderung der bisherigen spezifischen Abluftvolumina) und die Weiterentwicklung und Eignung eines thermischen Abluftbehandlungsverfahrens (regenerative thermische Oxidation - RTO; eingesetzt wurde die VocsiBox der Firma Haase Energietechnik; Teilstrombehandlung: 1000 m³/h) zur weitgehenden Elimination der Gesamt-C org. an der großtechnischen MBA Bassum (RABA) erprobt. Besonderes Augenmerk bei den Versuchen lag auf der Überprüfung: erreichbarer Reingaskonzentrationen und -frachten; des Einflusses einer Minderung der spezifischen Abluftvolumina; des Einflusses erhöhter NH 3 - und H 2 S-Konzentrationen auf Stickstoffemissionen durch gezielte Dosierung dieser Substanzen; der Geruchsemissionen von RTO-Anlagen; der Eignung von Biogas aus einer Teilstromvergärung vor der Rotte anstelle Propangas für die Stützfeuerung. 2.2 Auftraggeber und Beteiligte Das BMBF hat das Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universität Hannover und die Firma Haase Energietechnik GmbH im September 2000 mit der Durchführung der Arbeiten im Rahmen des hier beschriebenen Forschungsvorhabens beauftragt. Die Projektlaufzeit umfasste den Zeitraum bis Verbundvorhaben: Erprobung einer nichtkatalytischen thermischen Oxidation zur Behandlung von Abluft aus der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung TV 1: Verfahrenstechnische Überprüfung der Anlagenkonzeption Förderkennzeichen:

25 AUFGABEN UND ANLAGENBESCHREIBUNG 2-2 Ausführende Stelle: Haase Energietechnik AG Gadelander Straße 172 D Neumünster Projektleiter: Dr. R. Kahn Tel.: / Fax: / Projektbearbeiter: Dipl.-Ing. (FH) B. Eng (Hons) J. Glüsing Tel.: / Fax: / TV 2: Untersuchungen zur Führung des Abluftmanagements Förderkennzeichen: Ausführende Stelle: Universität Hannover Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik (ISAH) Welfengarten 1 D HANNOVER Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. habil. H. Doedens Tel.: 0511 / Fax: 0511 / Projektbearbeiter: Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. J. Stockinger Tel.: 0511 / Fax: 0511 / Weitere Projektpartner: Ingenieurgesellschaft für Wissenschaftstransfer mbh (Gewitra), Hannover / Bonn Abfallwirtschaftsgesellschaft mbh (AWG), Entsorgungszentrum Bassum, Bassum Abfallwirtschaftsgesellschaft Landkreis Schaumburg mbh (AWS), Deponie Sachsenhagen, Stadthagen Beteiligte Messinstitute: ERGO Forschungsgesellschaft mbh, Hamburg Gesellschaft für Umweltschutz TÜV Nord mbh, Hamburg Labor für Arbeits- und Umwelthygiene Dr. rer. nat. Thomas Missel, Hannover Öko-control GmbH, Ing.-Büro für Arbeitsplatz- und Umweltanalyse, Schönebeck/Elbe ProChem GmbH, Hildesheim TÜV NORD Umweltschutz GmbH & Co. KG, Hannover

26 AUFGABEN UND ANLAGENBESCHREIBUNG Versuchsumfang und Ziele des Vorhabens Grundlegendes Ziel des Vorhabens war eine weitestgehende Oxidierung des TOC im Reingas mit der Hilfe der RTO in einer großtechnischen MBA mit nachfolgender Ablagerung des Outputs. Die RTO wurde dazu speziell für die spezifischen Randbedingungen der MBA konzipiert und gefertigt. Die Zuführung von Fremdenergie (Zusatz eines Brenngases) wird durch die Optimierung des regenerativen Wärmetauschs in der RTO gering gehalten. Das generelle Emissionsverhalten der VocsiBox wurde mit einer Vielzahl von Emissionsmessungen untersucht. Folgende Abluftinhaltsstoffe wurden untersucht: - Gesamt-C org. - Staub - Dioxine - Lachgas - Geruch - CO 2 - CO - NH 3 - HCN - Keime - Siloxane - BTXE - Aldehyde/Ketone - CH 4 - Metalle - AOX - SO 2 - NO x - O 2 Als weiterer Untersuchungspunkt wird ein Vergleich der Funktion der VocsiBox bei Betrieb mit unterschiedlichen Stützgasarten vorgenommen: - Propangas - Biogas der RABA Bassum Außerdem wird mit Hilfe unterschiedlicher Szenarien (Veränderung der Belastung durch unterschiedliche Abluftinhaltsstoffe) die Eignung dieser Abluftreinigungstechnik überprüft. Komponenten, die variiert wurden, sind: - Gesamt-C org. - NH 3 - H 2 S In weiterführenden Versuchen (Untersuchungen im Rahmen der Projektaufstockung) wurde der Fokus speziell auf die Geruchsemissionen gelegt und durch gezielte Dosierung von zwei Substanzen (NH 3, H 2 S), die zum einen in thermischen Anlagen zu geruchsintensiven Endprodukten umgewandelt werden und zum anderen selbst eine sehr niedrige Geruchsschwelle aufweisen, das System RTO hinsichtlich geruchstechnischer Belange geprüft. Für MBA ohne Vergärungsstufe könnte in geschlossenen Systemen bei Reduzierung der Zuluftmengen in der Rotte (Abluftmanagement) ein Betrieb mit bewusster Bildung geringer Methangehalte angeregt werden, um den Bedarf an Fremdgas zu verringern oder zu vermeiden. Im Rahmen des Vorhabens wurde daher in einer am ISAH vorhandenen Laborrotteanlage zunächst ermittelt, wieweit der Sauerstoffgehalt im Rohgas abgesenkt werden kann, ohne die Geschwindigkeit der Stabilisierung des Abfalls (Erreichen der Ablagerungskriterien) zu verringern. Weiterhin sollte bei niedriger Sauerstoffversorgung eine geringe Methanbildung angeregt werden bei gleichzeitiger Prüfung der Stabilisierung des Abfalls. Als Verbindung der Laborrotteversuche mit den Ergebnissen der Versuche an der RABA Bassum und zur Ermöglichung der Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse auf zukünftige Anlagenkonzepte, die reduzierte Rottehallenvolumina sowie wesentlich höhere Abluftkonzentrationen aufweisen, sollte eine Containerrotte auf der Deponie in Sachsenhagen (Landkreis Schaumburg, Niedersachsen) ebenfalls mit einer Reihe von Emissionsmessungen begleitet werden. Dabei konnte erstmals die Rohgaszusammensetzung an Abfallbehandlungsanlagen mit geringen Hallenvolumina und minimierten Abluftmengen ermittelt werden.

27 AUFGABEN UND ANLAGENBESCHREIBUNG Anlagen und -standorte Anlagen- und Funktionsbeschreibung VocsiBox (Verfasser: Haase Energietechnik AG) VocsiBox Die VocsiBox ist eine patentierte, flammenlose, regenerative thermische Oxidationsanlage zur Abluftbehandlung von MBA-Abluft, welche geruchsbelastende, umweltschädigende und gesundheitsschädliche Stoffe mit sich führt. In dem ähnlichen Anwendungsbereich zur Deponieschwachgasbehandlung sind zwischenzeitlich mehrere Anlagen erfolgreich im Dauerbetrieb im Einsatz. In einem sehr wirkungsvoll isolierten Anlagencontainer befindet sich das Oxidationsbett (patentiertes Einbettverfahren), welches mit einer Betttemperatur von mindestens 850 C betrieben wird. Bei der Durchströmung dieses Bettes werden die im Abluftstrom enthaltenen Verbindungen thermisch zerlegt und oxidiert. Alle oxidierbaren Abluftbestandteile werden somit unschädlich gemacht. Mit Prozessbeginn wird die zu behandelnde Abluft über das Oxidationsbett geleitet. Da die zu behandelnde Abluft in der Regel nicht genügend Energieträger in Form von Kohlenwasserstoffverbindungen mit sich führt, werden diese zuvor dem Abluftstrom in Form von Flüssiggas, Erdgas, Deponie- oder Biogas zugegeben. Mit zunehmender TOC-Beladung der Abluft muss weniger Stützgas extern zugegeben werden. Die von der Abluft mitgeführten und extern zugeführten Kohlenwasserstoffverbindungen dienen als "Brennstoff" und somit zur Aufrechterhaltung der Betttemperatur. Die Abluft wird beim Durchströmen des als Wärmetauscher wirkenden Keramikbetts in der Eintrittshälfte erwärmt. Nach der Oxidation wird diese Wärme an die zweite Hälfte des Keramikbetts wieder abgegeben. Um nun zu verhindern, dass die Oxidationszone durch das Bett "wandert", wird in Intervallen die Durchströmungsrichtung umgekehrt. Der während des Umschaltintervalls entstehende Emissionspeak wird durch den Einsatz eines Puffertanks, der im Detail in der beiliegenden Funktionsbeschreibung erklärt wird, zuverlässig unterdrückt. Durch dieses Anlagenprinzip werden thermische Wirkungsgrade zwischen 93 und 97 % erzielt. Die Austrittstemperatur der Abluft erhöht sich nur geringfügig um den Energieinhalt der Kohlenwasserstoffe abzüglich der Abstrahlungsverluste. Die Anlage arbeitet je nach Auslegung ab Konzentrationen von ca. 1,3 g/nm³ autotherm, wodurch äußerst niedrige Betriebskosten erreicht werden. Der Stromverbrauch wird hauptsächlich von den Abluftgebläsen bestimmt. Bei gesamtanlagenbedingtem Prozessstillstand besteht die Möglichkeit, die angebotene Anlage über einen separaten Betriebsmodus auf Temperatur zu halten, so dass ohne Verzögerung die Abluftbehandlung wieder aufgenommen werden kann. Durch den Anlagenbetrieb ohne Brenner werden keine typischen Flammenprodukte wie NO X oder CO erzeugt. Der einfache Aufbau, ohne Schieber, Sperrluftsysteme, Dichtungen oder Brennersysteme, gewährleistet sehr geringe Wartungskosten und eine hohe Betriebssicherheit.

28 AUFGABEN UND ANLAGENBESCHREIBUNG 2-5 Bild 2-1: Foto der Haase VocsiBox (links: Reaktor; Vordergrund: Pufferrohre) Puffertank zur Unterdrückung von Emissionsspitzen bei der Haase- VocsiBox Die Reinigungsleistung der Haase-VocsiBox bezüglich organischer Verbindungen kann durch den Einsatz des nachfolgend beschriebenen Puffertanks von 97 % auf über 99 % gesteigert werden. Das in der VocsiBox eingesetzte Einbett-Verfahren wie auch die Kombination mit dem Puffertank ist patentrechtlich geschützt. Betriebszustand 1 Betriebszustand 1 zeigt die VocsiBox im Normalbetrieb. Das Reaktorbett wird von unten nach oben durchströmt. Die Rohgasklappe, Klappe 1, ist geöffnet. Die Klappe 2 zum Puffertank ist geschlossen. Das Abluftgebläse drückt das belastete Rohgas durch das Reaktorbett. Die gereinigte Abluft wird zur Kaminanlage geleitet.

29 AUFGABEN UND ANLAGENBESCHREIBUNG 2-6 Betriebszustand 1 Bild 2-2: Funktionsprinzip der VocsiBox mit Puffer (Betriebszustand 1) Da der Puffertank auf der Saugseite des Gebläses angeordnet ist, herrscht dort Unterdruck. Über eine Reingasleitung wird Reingas oder Frischluft in den Puffertank gesaugt. Zur Vermeidung von Kondensationserscheinungen im Puffertank ist dieser isoliert. Wird Frischluft eingesetzt, so wird diese vorgewärmt. Dafür können unterschiedliche Wärmequellen, wie z. B. das warme gereinigte Abgas der VocsiBox, Abwärme von BHKW oder auch Stützgas, eingesetzt werden. Durch ein zusätzliches Ventil in der Reingasleitung kann die Beladung des Puffertanks allen Betriebsbedingungen optimal angepasst werden. Vor dem Umschalten der Durchströmungsrichtung in der VocsiBox wird erst die Rohgas- und die Puffertankklappe umgeschaltet. Betriebszustand 2 Im Betriebszustand 2 ist die Klappe 2 zum Puffertank geöffnet, die Rohgasklappe, Klappe 1, geschlossen und eine evtl. nötige Stützgaszugabe unterbrochen.