Qualität von HMV-Schlacken aus Müllverbrennungsanlagen unterschiedlicher Verfahrenstechnik

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1 Qualität von MV-Schlacken aus Müllverbrennungsanlagen unterschiedlicher Verfahrenstechnik 1/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

2 orschungsprojekte S T/TAB Projekt Wasser/Abfall/Boden (BW) Langzeitverhalten und bautechnische ignung von Müllverbrennungsreststoffen ( ) Qualitätsverbesserungen von MV-Schlacken ( ) BMB + influss geänderter Stoffströme in der Abfallwirtschaft auf die zukünftige Qualität und die Verwertungsmöglichkeiten von Müllverbrennungsschlacken (21-24) Karlsruhe nstitute of Technology 2/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

3 Schwerpunkte des BMB + -orschungsprojektes Umweltverträglichkeit - DV S4-Test - Availablity-Test (Verfügbarkeitstest) - Kolonnentest Bautechnik ausgewählte Parameter, die für den insatz im Straßenund rdbau Anwendung finden Mineralogie harakterisierung Alterationsverhalten und Raumbeständigkeit Prüfverfahren: Bewertung der Raumbeständigkeit von MV-Schlacken auf mineralogischer Basis 3/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

4 Qualität von MV-Schlacken aus verschiedenen MVA Müllinput Verfahrenstechnik 4/31 Aufbereitungstechnik Ablagerungsart und -zeit Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

5 Verfahrens- und Aufbereitungsparameter Müllverbrennungsanlagen Aufbereitungsanlagen Lagerung SiebNAufbereitung vorgänge Abtrennung Abtrennung Lagerung Anlage Rostsystem euerraumgestaltung A Vorschubrost Mittelstrom 1 reiland reiland B Walzenrost leichstrom mehrere eingehaust reiland Vorschubrost Mittelstrom mehrere eingehaust reiland D Walzenrost leichstrom 1 reiland reiland Rückschubrost mehrere eingehaust reiland Treppen Vorschubrost Umlauf Dampferzeuger Mittelstrom 1 reiland reiland Vorschubrost Mittelstrom mehrere eingehaust reiland egenlaufüberschubrost egenstrom 1 reiland reiland Vorschubrost Mittelstrom mehrere eingehaust eingehaust Vorschubrost Mittelstrom mehrere eingehaust eingehaust 5/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

6 Untersuchungsumfang A Anlagenbetreiber MV-Aufbereiter B D Ofenraum MVRohschlacke Untersuchungsumfang: DV S4 eststoff Mineralogie Beprobung: frische 6/31 MV-Rohschlacke Aufbereitung 3 Monate Lagerung MVSchlacke Untersuchungsumfang: DV S4 eststoff Kolonnentest Mineralogie Availability-Test Bautechnik Beprobung: aufbereitete MV-Schlacke nach 2, 4, 8 und 12 Wochen Ablagerung Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

7 Umweltverträglichkeit: DV S4 p-wert el. Leitfähigkeit 13 Rohschlacke 12 Wochen abgelagerte Schlacke [-] 8 LAA: 7-13 TLestein-StB MVA 1: 7-13 MVA 2: [ ms/m ] A AA A LAA: 6 ms/m TLestein-StB MVA 1: 2 ms/m MVA 2: 6 ms/m Zink Blei LAA: 3 µg/l TLestein-StB MVA 1: 3 µg/l MVA 2: 3 µg/l 22 Rohschlacke 12 Wochen abgelagerte Schlacke Nachweisgrenze 1 µg/l 1 LAA: 5 µg/l TLestein-StB MVA 1: 5 µg/l MVA 2: 5 µg/l [ µg/l ] 6 Rohschlacke 12 Wochen abgelagerte Schlacke 65 [ µg/l ] Rohschlacke 12 Wochen abgelagerte Schlacke Nachweisgrenze 1 µg/l /31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

8 Umweltverträglichkeit: DV S4 Kupfer hrom ges LAA: 2 µg/l TLestein-StB MVA 1: 5 µg/l MVA 2: 5 µg/l Sulfat hlorid LAA: 25 mg/l TLestein-StB MVA 1: 5 mg/l MVA 2: 25 mg/l 5 LAA: 6 mg/l TLestein-StB MVA 1: 2 mg/l MVA 2: 6 mg/l 55 Rohschlacke 12 Wochen abgelagerte Schlacke [ mg/l ] 6 [ mg/l ] Rohschlacke 12 Wochen abgelagerte Schlacke [ µg/l ] 9 18 Rohschlacke 12 Wochen abgelagerte Schlacke 11 Rohschlacke 12 Wochen abgelagerte Schlacke LAA: 3 µg/l TLestein-StB MVA 1: 3 µg/l MVA 2: 3 µg/l 12 [ µg/l ] 13 8/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

9 Umweltverträglichkeit: Availability-Test und eststoffgehalt Blei Availability-Test eststoff [ mg/kg ] 18 Availability-Test eststoff [ mg/kg ] Zink Kupfer hrom ges [ mg/kg ] 11 1 Availability-Test eststoff 35 Availability-Test eststoff [ mg/kg ] /31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

10 Umweltverträglichkeit: Kolonnentest Zink Blei [ mg/kg ] 1,1,1,1, [ mg/kg ] 1,1,1,1, Verhältnis flü ssig/fest Kupfer,1,1, Verhältnis flüssig/fest 1/ [ mg/kg ] [ mg/kg ] hrom ges. 1 4 Verhältnis flü ssig/fest,1,1,1, Verhältnis flüssig/fest Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

11 Bautechnik: Korngrößenverteilung renzsieblinien gem. TL SoB-StB rostschutzschichten /32 mm Siebdurchgang in M.-% ,63, ,6 8 11, ,4 31, Siebnennöffnungsweite in mm 11/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

12 Bautechnik: Proctorversuche Trockendichte [g/cm 3 ] 1,85 1,8 Sr = 1 1,75 1,7 1,65 1,6 1,55 1, Wassergehalt [%] 12/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

13 Bautechnik: Stoffliche Zusammensetzung TL estein-stb 24: Unverbranntes,5 M.-% Metallgehalt 5, M.-% 1% 9% Anteil [ M.-% ] 8% 7% Unverbranntes Sonstiges Metalle Keramik las Schlacke 6% 5% 4% 3% 2% 1% % 13/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

14 Bautechnik: Widerstand gegen Schlag 5 TL Min-StB24: 2: ma. ma. 44 M.-% TL estein-stb M.-% 45 4 [ M.-% ] A AA A 5 14/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

15 Bautechnik: Widerstand gegen rost-tau-wechsel 12 TL estein-stb 24: Absplitterung <,63 mm: ma. 2, M.-% esamtanteil <,63 mm: ma. 9, M.-% [ M.-%] Anteil <,63 mm 15/31 Absplitterung <,63 mm Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

16 Zwischenbilanz MV-Schlacken erfüllen nach einer Ablagerungszeit von drei Monaten die Zuordnungs- und renzwerte - der LAA und - TL estein-stb 24 für eine MVA 2 insatz als Baustoff im Bereich des Straßenbaus möglich Raumbeständigkeit? Bestimmt den insatzzeitpunkt Merkblatt über die Verwendung von ausmüllverbrennungsasche im Straßenbau M MVA 5 - ebungsversuch: - Mineralogisches Verfahren: 16/31 Prüfdauer 3 bis 12 Tage Prüfdauer 7 Tage Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

17 Raumbeständigkeit: Schadensfall Schadensfall: Aufwölbungen und Risse im AsphaltOberbau 17/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

18 Raumbeständigkeit: Schadensfall - Bohrkernentnahme Schadensfall: Bohrkernentnahme Risse Bohrkern: Oberseite Ausblühung Bohrloch Ausblühung Ausblühung 18/31 Bohrkern: Unterseite ydroide Sulfate Sulfide Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

19 orschungsprojekte und utachten S T/TAB Projekt Wasser/Abfall/Boden (BW) nstitut für angewandte Langzeitverhalten und bautechnische ignung von Bau- und Reststoff-orschung Müllverbrennungsreststoffen ( ) Qualitätsverbesserungen von MV-Schlacken ( ) BMB+ (21-24) geänderter Stoffströme in der Abfallwirtschaft auf die influss zukünftige Qualität und Verwertungsmöglichkeiten von Müllverbrennungsschlacken Deutsche Bundesstiftung Umwelt (23-25) insatz von Sekundärrohstoffen für den Bau von lussdeichen ausmüllverbrennungsanlagen / Aufbereiter (2-27) Untersuchungen zum Ablagerungsverhalten und zur Raumbeständigkeit von MV-Schlacken Schadensfalluntersuchungen 19/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

20 Mineralogie: rundlagen Stoffliche Zusammensetzung von MV-Schlacken Sonstiges 8% Keramik 4% Metalle 4% neu gebildete lasphasen 17% Unverbranntes,2% MV-Schlacke 67 % neu entstandene Sinterprodukte Mineralphasen Physikalische igenschaften hemische igenschaften Umweltverträglichkeit Bautechnik Alterationsverhalten Raumbeständigkeit 2/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

21 Mineralogie: rundlagen Natürliche esteine MV-Rohschlacke 1% 1% 9% 9% 8% 8% 7% 7% 6% 6% 5% 5% 4% Oide Silikate Phosphate ydroide arbonate Sulfate hloride el. Kupfer 4% 3% 2% 3% 1% 2% % 1% ranit Quarzporphyr Kalkstein Basalt Diorit Quarzit Silikate Oide arbonate stabile Mineralphasen - gute mechanische igenschaften - chemische Stabilität - Volumenkonstanz 21/31 % neu gebildete lasphasen stabile Mineralphasen Volumenkonstanz reaktionsfähige Phasen: Sulfate/ydroide/Metalle Volumenkonstanz nicht gewährleistet Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

22 Korngrößenabhängigkeit von MV-Schlacken MV-Schlacken: einfraktion [%] MV-Schlacken: robfraktion [%] Oide: Quarz ämatit Magnetit SiO2 α-e2o3 e3o4 Silikate: ehlenit Åkermanit Kalifeldspat Plagioklas Diopsid a2al2sio7 a2mgsi2o7 KAlSi3O8 (Na,a)[(Si,Al)AlSi2O8] amgsi2o6 Phosphate: Apatit a5(po4)3(o) arbonate: alcit ao3 Sulfate: Anhydrit ttringit ips aso4 a6al2[(o)4so4]3242o aso422o 4 neu gebildete lasphasen /31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

23 Raumbeständigkeit: Mineralreaktionen während der Ablagerung frische MV-Schlacke: reaktiv abgelagerte MV-Schlacke: reaktionsträge 3 25 [%] 2 15 alcit 1 Anhydrit 5 Rohschlacke 2 Wochen 4 Wochen 8 Wochen alcit ao3 Anhydrit aso4 ttringit a6al2[(o)4so4]3242o 23/31 ttringit ips Portlandit 12 Wochen ips aso422o Portlandit a(o)2 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

24 Bewertung der Raumbeständigkeit von MV-Schlacken auf mineralogischer Basis (Röntgendiffraktometerverfahren) Schlacke A MNRALO (,63-,9 mm) 3 Anhydrit ntensität [counts] 25 2 alcit 15 ttringit Portlandit 1 2 Theta 24/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe 6,14+1 5,89+1 5,63+1 5,38+1 5,13+1 4,87+1 4,62+1 4,36+1 4,11+1 3,86+1 3,6+1 3,35+1 3,9+1 2,84+1 2,59+1 2,33+1 2,8+1 1,82+1 1,57+1 1,32+1 1,6+1 8,8+ 5,54+ 3,+ 5

25 Ziel des Prüfverfahrens Mit ilfe des Prüfverfahrens wird eine kurzfristige Bewertung der Raumbeständigkeit von MV-Schlacken innerhalb weniger Tage auf mineralogischer Basis ermöglicht. Die Reaktionsfähigkeit (Reifegrad) der MV-Schlacken wird anhand charakteristischer Mineralphasen bestimmt, die mit Mineralreaktionen verbunden sind, die Volumenveränderungen nach sich ziehen können. 25/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

26 Kurzbeschreibung ndeminerale: 3 Anhydrit ntensität [counts] 25 2 Anhydrit (aso4) alcit (ao3) alcit ttringit 15 Portlandit 1 5 6,14+1 5,89+1 5,63+1 5,38+1 5,13+1 4,87+1 4,62+1 4,36+1 4,11+1 3,86+1 3,6+1 3,35+1 3,9+1 2,84+1 2,59+1 2,33+1 2,8+1 1,82+1 1,57+1 1,32+1 1,6+1 8,8+ 5,54+ 3,+ ergänzende Minerale: Portlandit (a(o)2) ttringit (a6al2[(o)4іso4]3242o) ips (aso422o) 2 Theta Basis des Prüfverfahrens: Bestimmung charakteristischer Röntgenreflee von Mineralphasen in Röntgendiffraktometeraufnahmen, die den Reifegrad einer MV-Schlacke bestimmen Bewertung der Raumbeständigkeit: Bestimmung der ntensitäten der Röntgenreflee der ndeminerale 26/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

27 Auswertung Mineralveränderungen während der Alteration von MV-Schlacken alcit-ntensität [counts] rische MV-Schlacken Klasse 1 Klasse 1 insatz ohne inschränkungen K2 Klasse 2 insatz unter definierten Randbedingungen Klasse 3 Klasse 3 insatz nicht möglich Klasse Anhydrit-ntensität [counts] Auswertung: Bestimmung der ntensitäten (ehalte) von alcit (ao3) und Anhydrit (aso4) intrag in das Klassifikationsschemata Bewertung der Reaktivität (Raumbeständigkeit) der MV-Schlacken 27/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

28 Anwendungsbeispiele ntwicklung des Alterationsverhaltens von 1 unterschiedlichen MV-Schlacken aus einer Anlage MV-Schlacken nach 12 Wochen Ablagerung Klasse 1 K2 alcit-ntensität [counts] alcit-ntensität [counts] rische MV-Schlacken Klasse 3 Klasse Klasse 1 Klasse 3 Klasse 2 2 Anhydrit-ntensität [counts] Klasse 1 insatz ohne inschränkungen K Anhydrit-ntensität [counts] Klasse 2 insatz unter definierten Randbedingungen Klasse 3 insatz nicht möglich reaktive frisch aufbereitete MV-Schlacken: nicht raumbeständig reaktionsträge MV-Schlacke nach 3 Monaten Ablagerungszeit: raumbeständig 28/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe 2

29 Anwendungsbeispiele ntwicklung des Alterationsverhaltens von MV-Schlacken aus 1 Anlagen unterschiedlicher Verfahrenstechnik MV-Schlacken nach 12 Wochen Ablagerung Klasse 1 K2 alcit-ntensität [counts] alcit-ntensität [counts] rische MV-Schlacken Klasse 3 Klasse Klasse 1 Klasse 3 Klasse 2 2 K2 2 4 Anhydrit-ntensität [counts] Klasse 1 insatz ohne inschränkungen 29/ Klasse 2 insatz unter definierten Randbedingungen Anhydrit-ntensität [counts] Klasse 3 insatz nicht möglich Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe 18 2

30 Zusammenfassung MV-Schlacken erfüllen nach einer Ablagerungszeit von drei Monaten die bautechnischen und umweltrelevanten Zuordnungs- und renzwerte - der LAA und - TL estein-stb 24 für eine MVA 2 insatz als Baustoff im Bereich des Straßenbaus möglich Die rgebnisse des Availability- und des Kolonnen-Tests zeigen nur eine geringfügige reisetzung an Schwermetallen, sodass von einer Langzeitstabilität und auch von einer lutionsstabilität über kurze bis mittelfristige Zeiträume ausgegangen werden kann. 3/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

31 Zusammenfassung Das Alterationsverhalten und die Raumbeständigkeit von MV-Schlacken werden im wesentlichen von arbonatisierungs- und Sulfatreaktionen gesteuert und weisen für verschiedene MV-Schlacken große Unterschiede auf. ntwicklung eines Prüfverfahrens zur kurzfristigen Bewer- tung der Raumbeständigkeit von MV-Schlacken auf mineralogischer Basis, das im Rahmen der ütesicherung von MVSchlacken, zusammen mit einem physikalischen Prüfverfahren, anzuwenden ist. Technisches Regelwerk: M MVA-StB 5 31/31 Kolloquium für ortgeschrittene im Straßenwesen / Universität Karlsruhe

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