ABALLWIRTSCHAFT UND ABFALLENTSORGUNG Aerobe biolog. Behandlung: MBA (sh.auch: Kommunale Abfallentsorgung/UTB Kap.3) LVA-Nr. 813.100 Studienjahr 2010/2011
Reaktorstrategie <=> Reststoffstrategie Reaktionsprozesse Finden IN der Deponie statt Finden VOR der Deponierung statt Emissionen können zum Teil nur schwer gefasst werden Emissionen können großteils während Behandlung gefaßt werden Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 2
Vorbehandlung von kommunalem Müll biologisch MBA. MBT. thermisch MVA. MSWI Mechanisch-biologische Abfallbehandlung Mechanical-Biological Treatment biologisch stabil, keine Gasbildung Müllverbrennung, Thermische Abfallbehandlung Municipial Solid Waste Incineration, Thermal treatment Schlacke, nach Vorbehandlung / Immobilisierung inert Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 3
Abfallwirtschaft biologische Behandlung Verwertung Rohstoffe Produktion Gebrauch getrennte Sammlung Restmüll MBA therm. Verwertung Deponie Deponie Nach- Nutzung? Biogas thermisch biogene Rohstoffe Produktion Konsum getrennte Sammlung anaerobe Behandlung Kompostierung Kompostierung Boden KS anaerobe Behandlung Biogas Kompostierung Deponie therm. Entsorgung Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 4
Ziele der biologischen Behandlung Entsorgungsaspekt Ziel ist, organische Substanz weitgehend MBA abzubauen bzw. zu stabilisieren geringe Emissionen nach Deponierung Verwertungsaspekt Bioabfall- kompostierung Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 5
Ziele der biologischen Behandlung Entsorgungsaspekt (MBA) Die organische Substanz soll weitgehend abgebaut bzw. stabilisiert sein geringe Emissionen nach der Deponierung Verwertungsaspekt Neben dem Abbau der organischen Substanz soll eine möglichst gute Kompostqualität erreicht werden Qualitätsprodukt Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 6
Produkte der biologischen Behandlung Kompostierung Kompost MBA Deponiefähiges Material Anaerobe Behandlung Gas, Kompost Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 7
Unterschied anaerob - aerob Luft Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 8
Unterschied anaerob - aerob Luft Kohlendioxid Methan Kohlendioxid Wasser Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 9
Umwandlungsprozesse während des biologischen Abbaus anorganische Bestandteile relativer Anstieg CO 2 organische Substanz Abbau und Mineralisierung Humifizierung, Re-Synthese anorganische Bestandteile stabilisierte organische Substanz Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 10
Stoffwechselprozesse Abbau Umbau Aufbau Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 11
Abbau durch Mikroorganismen Autolyse (Selbstauflösung) Chemische Prozesse Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 12
Wichtige Akteure: Mikroorganismengruppen Bakterien (Pseudomonas, Bacillus) Actinomyceten Pilze (Aspergillus, Mucor, Penicillium) Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 13
Mikroorganismen Veränderung der Abundanz während Rotte Ausgangsmaterial 2. - 6. Tag 22 % 39% Bacillus andere 61 % Bacillus andere 78% 10. - 14. Tag 21. - 28. Tag 18% 59 % 41 % Bacillus andere 82 % Bacillus andere Quelle: Pöhle et al., 1993 Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 14
Biologisch - chemische Vorgänge bei der biologischen Abfallbehandlung Der Rotteprozess ist ein aerober Prozess C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + 2.880 kj/mol Glucose beträchtliche Mengen an Kohlenstoff und Wärme werden freigesetzt; pro Molekül Glucose werden 38 ATP (Adenosintriphosphat) gebildet (Energie) Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 15
Ziele der MBA Abbau und Stabilisierung der OS (C-Senke) verbesserte Inputkontrolle auf Deponie Verringerung der Deponiegasbildung Verringerung der Sickerwasserbelastung Verringerung des Deponievolumens Verbesserung des Setzungsverhaltens Schadstoffentfrachtung Nutzung einer thermischen Fraktion Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 16
Rechtliche Situation in Österreich Abfallwirtschaftsgesetz (AWG, BGBl. Nr. 325/90) Deponieverordnung (DVO, BGBl. Nr. 164/96) Deponieverordnung (Novelle 2004) AT 4 < 7 mg O 2 /g TM und GS 21 < 20 Nl/kg TM oder GB 21 < 20 Nl/kg TM TOC > 5 % TM 2004 Ausnahme: MBA < 6.600 kj / kg TM Massenabfalldeponie Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 17
Deponieverordnung 2008 Grenzwert für organischen Kohlenstoff (TOC) im Feststoff (Massenabfalldeponie): 50 000 mg/kg (5 % w/w) Mit einer biologischen Behandlung des Restmülls nicht erreichbar! Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 18
Ablagerungskriterien für MBA - Material Ausgenommen sind (unter anderen) Abfälle aus der mechanisch biologischen Vorbehandlung, die auf einer Massenabfalldeponie unter Einhaltung der Grenzwerte (Tabellen 9 und 10, Anhang 1) abgelagert werden Wesentliche Kriterien: Brennwert Atmungsaktivität Gasspendensumme Die Vermischung mit heizwertarmen Materialien ist unzulässig! Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 19
MBA Mechanisch-biologische Abfallbehandlung Mechanische Trennung U U energy Thermische recovery/ Verwertung/ incineration Verbrennung Fe-Metalle Aerobe aerobic Behandlung stabilization H 2 O CO 2 - MBA- Deponie aeration Belüftung 2-stage -Wäscher, biofilter Biofilter washing Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 20
Verfahrensablauf Stoffströme einer MBA Restabfall 100% H o = 12.000 bis 16.000 kj/kg TM Mechanische Aufbereitung Schwerfraktion ca. 65% Rotte Mitbehandlung von: Klärschlamm Fettabscheiderinhalt Bioabfällen schlechter Qualität Leichtfraktion ca. 35% H o = 22.000 kj/kg TM Verbrennung Rotteendprodukt ca. 30% H o < 6.600 kj/kg TM AT 4 < 7 mgo 2 /g TM Siebrest Schlacke/ Asche ca. 6% 15% v. Input Verbr. Filterkuchen ca. 0,4% 1% v. Input Verbr. Untertagedeponie Massenabfalldeponie Reststoffdeponie Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 21
Verfahrensablauf Mechanische Behandlung Mechanische Aufbereitung - Entfernung von Störstoffen - Abtrennen von Wertstoffen (Metalle) - Abtrennen einer heizwertreichen Fraktion durch: - Siebung - Windsichtung - Hartstoffabscheidung - Magnetabscheidung - Wirbelstromtrennung Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 22
Verfahrensablauf Biologische Behandlung Aerobverfahren: Befeuchtung ev. Vorrotte-Trommel Homogenisierung Intensivrotte (geschlossenes System) - Regelung des Rotteprozesses - Abbau / Umbau / Aufbau (Huminstoffe) - Erfassung und Behandlung von Emissionen Nachrotte Sonderfall Trockenstabilatanlagen (z.b.: Aßlar/BRD): mechanische Aufbereitung und biologische Trocknung für anschließenden Transport und/oder Verbrennung Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 23
MBA Aerobe Anlagensysteme Für die Intensivrotte sind Systeme der Bioabfallkompostierung prinzipiell geeignet offene Systeme scheiden aus (Abluft) Einhausung drückend belüftete Rotteplatte saugend belüftete Rotteplatte Rottereaktoren Rottetunnel Rottebox Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 24
Systematik der technischen Rottesysteme A. Offene Mietenrottesysteme (Dreiecksmieten, Tafelmieten,...) B. Eingehauste Systeme C. Geschlossene Behältersysteme (Rotteboxen, Tunnel,...) Art der Belüftung I. Natürlich belüftet (Kaminzugeffekt) II. Zwangsbelüftet (drückend, saugend) Art der Materialbewegung 1. Kein Umsetzen (statisch) 2. Häufiges Umsetzen (dynamisch) Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 25
Eingehaustes, zwangsbelüftetes Mietenrottesystem Abluft zur Behandlung Wendelin-System Zuluft Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 26
Zwangsbelüftete Reaktorsysteme im Chargenbetrieb / Tunnelreaktor Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 27
Verfahrensablauf Anaerobe Biologische Behandlung Anaerobverfahren für Restmüllbehandlung eher selten! Zerkleinerung (<50mm) Wasserzugabe Anaerobreaktor - Trockenvergärung (WG ca. 65%) - Naßvergärung (WG > 85%) - thermophil - mesophil Abpressen Nachrotte Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 28
MBA-Anlagensysteme Nachrotte für die Nachrotte erlaubt die MBA-Richtlinie offene Mietenkompostierungssysteme AT 4 < 20 mgo 2 /g DM nach (2) bis 4 Wochen Intensivrotte Abluft ist nun wenig belastet Verfahren analog Bioabfallkompostierung Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 29
Abluftreinigung MBA Mögliche Belastungen: Geruch (Terpene, H 2 S, Amine, Ammoniak, Carbonsäuren, Ester,...) Keime (Pilzsporen, Bakterienkeime,...) Staub organische Schadstoffe (Kohlenwasserstoffe, Aromate, CKWs, BTX) N 2 O - Lachgas (Treibhauswirksam!) Quecksilber, Cadmium (?) Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 30
Abluftreinigung MBA Mögliche Verfahren (nach TA f. MBA/ UBA 1998): Biofilter mit Vorkonditionierung der Abluft (geschlossen, offen, mehrstufig,...) Chemische/Oxidative Wäscher (in Kombination mit Biofilter) Aktivkohlefilter (z.b. nach Biofilter) Thermische Behandlung (mit Stützfeuerung!) Katalytische Systeme (z.b. katalytische Nachverbrennung - geringe Temperaturen (300 C)) Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 31
Biologische Parameter zur Bestimmung der Reaktivität Tests im aeroben Milieu: Atmungsaktivität (AT4 oder AT7) im Sapromat Bestimmung der aktuellen Reaktivität ( Reifeparameter ) Tests im anaeroben Milieu: Gasbildungspotential (Inkubationsversuch oder Gärtest) über 21 Tage Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 32
Qualität Endprodukt TOC < 5% TM durch MBA meist NICHT erreichbar!! DVO/MBA-RL: Reaktivitätsparameter: GS21 < 20 Nl / kg TM und AT 4 < 7 mg O 2 / g TM Heizwert: < 6.600 kj / kg TM Studienjahr 2010/2011 LVA 813.100 33