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Die europäischen BVT-Merkblätter beschreiben die besten verfügbaren Techniken zum emissionsarmen Betrieb von industriellen Produktionsprozessen, von technischen Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung von Rohstoffen, von Anlagen zur Erzeugung von Strom und Wärme und zur Behandlung und Verwertung von Abfällen und anderen technischen Prozessen. Die Abfallwirtschaft ist bei den Arbeiten zur Revision der BVT-Merkblätter gleich mit zwei Aktivitäten beteiligt, da sich aktuell sowohl das BVT-Merkblatt Abfallbehandlung als auch das BVT-Merkblatt Abfallverbrennung in der Revision befinden. Das Umweltbundesamt hat die Aufgabe, die Überarbeitung der BVT-Merkblätter national zu koordinieren und an den Arbeiten in Sevilla im EIPPC Büro und bei der Europäischen Kommission fachlich mitzuwirken. Der Beitrag beschreibt die aktuellen Aktivitäten zur Revision des BVT-Merkblattes Abfallverbrennung und Stand des Überarbeitungsprozesses auf europäischer Ebene mit dem inhaltlichen Schwerpunkt bei den zu erwartenden Anforderungen an die Entsorgung von Aschen und Schlacken aus der Abfallverbrennung mit einem Schwerpunkt bei den Siedlungsabfallverbrennungsanlagen.
Der Verwertung von Bodenmaterialien wird auf Grund des Volumens dieses Stoffstromes eine hohe umweltpolitische Bedeutung beigemessen. Dabei ist unter Gewährleistung des Vorsorge- und Nachhaltigkeitsprinzips eine möglichst hochwertige Verwertung anzustreben, um natürliche Ressourcen zu schonen und die Beseitigung von Abfällen weitestgehend zu vermeiden.
Die vorgesehene Novelle der BBodSchV enthält in den Paragraphen 6 bis 8 neue Vorgaben hinsichtlich des Auf- und Einbringens von Bodenmaterialien unterhalb oder außerhalb einer durchwurzelbaren Bodenschicht. So soll die Möglichkeit eingeräumt werden, Bodenmaterialien mit Feststoffgehalten von regulierten Stoffen zwischen dem einfachen und doppelten Vorsorgewert einer weiteren Verwertung zuzuführen unter der Voraussetzung, dass die Eluatwerte eingehalten werden.
Im Rahmen eines Forschungsvorhabens des Umweltbundesamtes (FKZ: 3716 74 203 0) wurden unterschiedliche Bodenmaterialien (Baggergut, Bankettschälgut, Stadt- und Auenböden, Bergematerial), die unter diese Kriterien fallen, mit besonderem Fokus auf PAK hinsichtlich ihres Verwertungspotentials untersucht.
Dabei wurden auch die Auswirkungen der Umstellung des Elutionsverfahrens von einem Wasser-Feststoffverhältnis (W/F) von 10 l/kg auf ein W/F von 2 l/kg auf die Einstufung von Bodenmaterialien betrachtet.
Insbesondere für die Stoffgruppe der PAK konnte gezeigt werden, dass sich mit Verabschiedung der neuen Regelungen zusätzliche Verwertungsmöglichkeiten von Bodenmaterialien außerhalb der durchwurzelbaren Bodenschicht eröffnen und deren Deponierung teilweise vermieden werden kann.
New horizons of the structural characterization of stainless steel slags by X-ray powder diffraction
(2007)
Das Recycling von gemischten Baustoffen führt neben der Herstellung von Gesteinskörnungen parallel zu einem stärker schadstoffbelasteten Stoffstrom, der circa ein Drittel der ursprünglichen Masse ausmacht. Dieser sogenannte Brechsand endet derzeit in der Deponierung und wird somit der Kreislaufwirtschaft entzogen. Der vorliegende Beitrag untersucht nun die Aufbereitung dieses Materials unter Verwendung einer Setzmaschine im Pilotmaßstab. Hierbei wird die Eignung dieser Technik evaluiert und das Aufbereitungsprodukt als möglicher Ersatzbaustoff untersucht.
The concept of circular economy supports mitigation of climate change and other environmental pressures to the planet. Circulating materials in anthropogenic processes come with the risk of accumulating hazardous substances and compounds. In this concept, waste incineration or waste-to-energy (WtE) is a necessary technology to remove these compounds from the life cycle. In this mini-review, contaminants of major importance in the flue gas from waste incineration plants and their environmental impact are discussed. Air pollution of WtE is often seen as the most relevant environmental impact of this treatment option. The emission values parameter set for different countries is presented and compared. The most stringent legally set of emission values could be found in parts of Europe and South Korea. Japan also permits similar strict values when authorising individual incineration plants. In North America, the values are partially less strict as the best available technologies in Europe suggest being possible. Emerging economies, such as India and China, have shown efforts to improve their environmental protection standards but still have room to improve. This could be set in relation to other industrial emitting processes and therefore could be used to assess the relevance of this industry sector to the national emission inventories.
Decision makers for waste management are confronted with the problem of selecting the most economic, environmental, and socially acceptable waste treatment process. This paper elucidates evaluation methods for waste treatment processes for the comparison of ecological and economic aspects such as material flow analysis, statistical entropy analysis, energetic and exergetic assessment, cumulative energy demand, and life cycle assessment.The work is based on the VDI guideline 3925. A comparison of two thermal waste treatment plants with different process designs and energy recovery systems was performed with the described evaluation methods. The results are mainly influenced by the type of energy recovery, where the waste-to-energy plant providing district heat and process steam emerged to be beneficial in most aspects. Material recovery options from waste incineration were evaluated according to sustainability targets, such as saving of resources and environmental protection.
Angesichts stetig steigender Rohstoffnachfrage und sich verknappenden Ressourcen rücken Sekundärrohstoffe zur Deckung des Bedarfes immer stärker in den Fokus.
Besonders Hausmüllverbrennungsaschen (HMVA) verfügen über hohe Anteile an Metallen wie Aluminium, Kupfer, oder Eisen, aber auch Spuren von Silber und Gold.
Aus diesem Grund wurde bereits in einer Vielzahl von Arbeiten und Projekte die Behandlung von Rostaschen diskutiert. Hauptaugenmerk der Betrachtungen ist die Rückgewinnung von Wertstoffen, insbesondere der Metallfraktion, sowie die Aufbereitung der Rostasche als Ersatzbaustoff. Die bisherigen Betrachtungen konzentrierten sich auf die Fraktionen der Partikel größer 2 mm. Die Feinfraktion kleiner 2 mm wurde bislang meist deponiert. Da die Feinfraktion etwa 25 M% der
HMVA ausmacht, wurde für weitere Untersuchungen zum Zweck einer besseren Verwertung das Projekt „BASH-TREAT“ im Programm ERA-MIN 2 initiiert.
Municipal solid waste incineration (MSWI) is one of the leading technologies for municipal solid waste (MSW) treatment in Europe. Incineration bottom ash (IBA) is the main solid residue from MSWI, and its annual European production is about 20 million tons. The composition of IBA depends on the composition of the incinerated waste; therefore, it may contain significant amounts of ferrous and non-ferrous (NFe) metals as well as glass that can be recovered. Technologies for NFe metals recovery have emerged in IBA treatment since the 1990s and became common practice in many developed countries. Although the principles and used apparatus are nearly the same in all treatment trains, the differences in technological approaches to recovery of valuable components from IBA – with a special focus on NFe metals recovery – are summarized in this paper.
This Special Issue, ‘Measurement of the Environmental Impact of Materials’, is focused on the impact that materials have on the environmental compartments of soil, water and air. Leaching and emission processes, including underlying mechanisms, are a recurring topic in most published articles in the present Special Issue. Contributions have come from three continents and numerous countries (USA, Germany, France, Latvia, Poland, Russia, Japan, Korea and Thailand) indicating the global dimension of the subject.
Materialeffizienz
(2007)
In 2018 municipal solid waste (MSW) incineration in Europe produced nearly 19 Mt of bottom ash (BA); only 46 %-wt. was treated, often in poorly performing plants, leaving behind 10 Mt of untreated and unrecovered BA, destined to landfill. This work was based on the inventory of BA across Europe, and on the hypothesis to achieve complete BA valorisation through two assumptions: treating 100% BA and minimizing the loss of valuable fractions due to technical limitations of state-of-the-art processes in comparison to advanced innovative processes. The research involved three phases: characterization of potential secondary raw materials (metals and mineral fraction) currently lost from untreated (the surplus compared to treatment capacity) and unrecovered BA (the fine fraction) through material flow analysis; environmental assessment (energy balance and net GHG emissions) of complete BA valorisation; investigation of the economic feasibility of complete BA Valorisation through state-of-the-art technologies. The resulting 2.14 Mt loss of valuable materials included 1 Mt Mineral fraction and 0.97 Mt ferrous metals, mostly from untreated BA, and 0.18 Mt non-ferrous metals, mostly from unrecovered BA. The energy balance and GHGs emissions required by the treatment of the currently untreated and unrecovered fractions of BA resulted in energy and GHGs emissions savings. Economic profitability was driven by iron and copper recycling and avoided landfill fees. Profitability was achieved by two thirds of considered countries (average values: NPV 83 M€, ROI 20%, payback time 11 years) with BA mass flow exceeding 0.02 Mt.
Elemental iron (Fe0) and hydroxyapatite (HAP) were evaluated as reactive materials in PRBs for uranium remediation. Laboratory experiments were carried out and a pilot-scale reactive barrier with Fe0 was installed in Pécs (Southern Hungary). Results of 2.5 years of operation are reported. The PRB has a considerable influence on groundwater composition: uranium concentrations decrease from 900 µg/l to <10 µg/l, TDS drop from 1,000 mg/l to 500 mg/l.
Solid wastewater-based fertilizers were screened for per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) by the extractable organic fluorine (EOF) sum parameter method. The EOF values for ten sewage sludges from Germany and Switzerland range from 154 to 7209 mg kg−1. For thermal treated sewage sludge and struvite the EOF were lower with values up to 121 mg kg−1. Moreover, the application of PFAS targeted
and suspect screening analysis of selected sewage sludge samples showed that only a small part of the EOF sum parameter values can be explained by the usually screened legacy PFAS. The hitherto unknown part of EOF sum parameter contains also fluorinated pesticides, pharmaceutical and aromatic compounds. Because these partly fluorinated compounds can degrade to (ultra-)short PFAS in wastewater treatment plants they should be considered as significant sources of organic fluorine in the environment. The combined results of sum parameter analysis and suspect screening reveal the need to update current regulations, such as the German fertilizer ordinance, to focus not solely on a few selected PFAS such as perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA) but
consider an additional sum parameter approach as a more holistic alternative. Moreover, diffusion gradient in thin-films (DGT) passive samplers were utilized as an alternative simplified extraction method for PFAS in solid wastewater-based fertilizers and subsequently quantified via combustion ion chromatography. However, the DGT method was less sensitive and only comparable to the EOF values
of the fertilizers in samples with >150 mg kg−1, because of different diffusion properties for various PFAS, but also kinetic exchange limitations.
Almost 500 municipal solid waste incineration plants in the EU, Norway and Switzerland generate about 17.6 Mt/a of incinerator bottom ash (IBA). IBA contains minerals and metals. Metals are mostly separated and sold to the scrap market and minerals are either disposed of in landfills or utilised in the construction sector. Since there is no uniform regulation for IBA utilisation at EU level, countries developed own rules with varying requirements for utilisation. As a result from a cooperation network between European experts an up-to-date overview of documents regulating IBA utilisation is presented. Furthermore, this work highlights the different requirements that have to be considered. Overall, 51 different parameters for the total content and 36 different parameters for the emission by leaching are defined. An analysis of the defined parameter reveals that leaching parameters are significantly more to be considered compared to total content parameters. In order to assess the leaching behaviour nine different leaching tests, including batch tests, up-flow percolation tests and one diffusion test (monolithic materials) are in place.
A further discussion of leaching parameters showed that certain countries took over limit values initially defined for landfills for inert waste and adopted them for IBA utilisation. The overall utilisation rate of IBA in construction works is approximately 54 wt%. It is revealed that the rate of utilisation does not necessarily depend on how well regulated IBA utilisation is, but rather seems to be a result of political commitment for IBA recycling and economically interesting circumstances.
Leaching tests are fundamental tools for the assessment of long-term impact of contaminated waste materials on the soil-groundwater pathway. Experiments were carried out in the framework of standardization and validation of column percolation and batch test procedures, in particular concerning the stipulation of the experimental setup. The colloid release of column and batch experiments was compared and the influence of different column filling heights (12.5–50 cm) on the release of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) from soil was studied, as well as the effect of varying contact times (2.5–16 h) on the release of chromium from construction and demolition (C&D) waste and municipal solid waste incineration (MSWI) bottom ash. The results indicate that filtration of the eluate, which is required for batch tests, does not always allow the simulation of the actual colloid amount in soil pore water. Medium column heights four times the inner diameter of the column seemed to provide reasonable equilibrium adjustment conditions and avoid major biodegradation. The release of chromium was only marginally affected by the contact time, varied between 0.115 and 0.150 mg/kg for demolition waste eluate at a liquid-to-solid ratio of approximately 5 L/kg.
Leaching experiments on the release of heavy metals and PAH from C&D waste and MSWI bottom ash
(2010)
Leaching tests are fundamental tools for the assessment of long-term impact of
contaminated waste materials on the soil-groundwater pathway. Waste materials should be
tested under conditions equal to their actual application in re-use scenarios to achieve reliable
results. Since the standards for leaching procedures available on international level so far are
either not validated or considered inadequate in respect to coarse grained materials, new
standards had to be developed. Therefore column percolation and batch test procedures have
been standardized and validated to enable their introduction to new German regulations
concerning waste management. Practical aspects of the test procedures as well as the
boundary conditions compared to the already existing standards will be described. Examples
including round robin test results will be given to justify the selection of the new
specifications.
Langzeitbeständigkeit von permeablen reaktiven Wänden zur Sanierung kontaminierter Grundwässer
(2003)
Seit 1829 wird die Farbe Cadmium Gelb in der Malerei verwendet, Cadmium Rot seit 1907. Wegen ihrer Klarheit und Leuchtkraft werden diese Farben von vielen Künstlern geschätzt. Aus Schweden kommt nun der Vorstoß, die Cadmium-Farben zu verbieten, weil das Schwermetall Cadmium zur Verunreinigung landwirtschaftlicher Flächen führen könnte. Sie beraten die Europäische Chemikalienagentur ECHA, die für das Verbotsverfahren zuständig ist. Müssen Künstler in naher Zukunft auf Cadmium Gelb und Cadmium Rot verzichten?
Warum eine Kreislaufwirtschaft ohne Abfallverbrennung nicht funktionieren wird, beschreibt die Dechema im Positionspapier „Abfallverbrennung in der Zukunft“. Experten der Fachgruppe „Abfallbehandlung und Wertstoffrückgewinnung“ von ProcessNet, einer gemeinsamen Initiative der Dechema und der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, haben es erstellt.
Kreislauf von Ressourcen
(2013)
Die Materialflüsse in Industriegesellschaften sind von enormer Größe. Im Jahr 2008 betrug der direkte Materialeinsatz (direct material input, DMI) (Czichos et al., 2008) in Deutschland 1687 Millionen Tonnen (Daten von destatis, 2010). Dazu gehören Energieträger (Kohle, Öl, Gas), Erze, Baumaterialien, Industrieminerale und Biomasse. Knapp 36 % davon (605 Millionen t) werden importiert. Mit zu berücksichtigen sind bei den Materialflüssen auch die nicht verwerteten Rohstoffentnahmen (z.B. Abraum im Bergbau, Bodenaushub, Bergematerial, Verbleib von Holzabfallen im Wald), die sich für die inländische Rohstoflentnahme auf 2229 Millionen Tonnen beliefen. Die nicht verwerteten Rohstoffentnahmen bei den Importen sind mehr als der Faktor 4 höher (2543 Millionen t) (Buyny et al., 2009).
Auf der Outputseite geht von diesen riesigen Mengen der größere Anteil in den Bestand (net addition to stock, 637 Millionen t), der nächst größere Anteil in den Export (388 Mt). Immerhin 256 Millionen Tonnen werden durch dissipative Nutzung in der Umwelt verteilt. Die Bilanz geht auf, wenn man Gase auf der Inputseite und Emissionen in die Atmosphäre auf der Outputseite (Verbrennung von fossilen Rohstoffen zu CO2 und Wasser) berücksichtigt. An diesen Zahlen erkennt man, dass Ressourcen nur in beschränkten Maß im Kreislauf geführt werden, sonst wäre der Zuwachs zum urbanen Lager nicht so groß.
Investigation on the Durability of a Polypropylene Geotextile under Artificial Aging Scenarios
(2024)
Geosynthetics are widely used in various civil engineering applications, such as geotextiles in coastal protection, and display a sustainable alternative to natural mineral materials. However, the full benefits of using geosynthetics can only be gained with a long service lifetime of the products. With the use of added stabilizers to the polymers, service lifetimes can be achieved in the range of 100 years. Therefore, accelerated aging methods are needed for the assessment of the long-term performance of geotextiles. In the present study, the behavior of geosynthetic materials made of polypropylene was investigated under artificial aging conditions involving elevated temperatures ranging from 30 to 80 °C, increased oxygen pressures ranging from 10 to 50 bar in water-filled autoclaves, and UV irradiation under atmospheric conditions. ATR-IR spectroscopy was employed to detect the increase in the carbonyl index over various aging durations, indicating the oxidative degradation of the geotextile. The most pronounced increase was observed in the case of aging through UV irradiation, followed by thermal aging. Elevated pressure, on the other hand, had a lower impact on oxidation. High-temperature size exclusion chromatography was utilized to follow the reduction in molar mass under different degradation conditions, and the results were consistent with those obtained from ATR-IR spectroscopy. In polyolefins such as polypropylene, Hindered Amine Stabilizers (HAS) are used to suppress oxidation caused by UV radiation. The quantitative analysis of HAS was carried out using a UV/Vis method and HPLC. The degradation of UV stabilizers during the aging of geotextiles is responsible for the oxidation and the reduction in the molar mass of polypropylene. From the results, it can be concluded that applications of PP geotextile without soil or sand cover might cause the risk of the formation of microplastic particles. Material selection, design, and maintenance of the construction must follow best practices, including the system’s removal or replacement at end-of-life. Otherwise, a sustainable use of geotextiles in civil engineering is not possible.
Here, we report a comparative study of different sum parameter analysis methods for the extraction of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) from manufactured consumer products, which can be measured by combustion ion chromatography (CIC). Therefore, a hydrolysis-based extraction method was further developed, which accounts for the addition of hydrolyzable covalently bound polyfluoroalkylated side-chain polymers (SFPs) to the extractable organic fluorine portion of the mass balance proposed as "hydrolyzable organically bound fluorine" (HOF). To test this hypothesis, the method was applied to 39 different consumer products containing fluoropolymers or monomeric PFAS taken from four different categories: outdoor textiles, paper packaging, carpeting, and permanent baking sheets. We also evaluated the method's efficiency by extracting four synthesized fluorotelomer polyacrylate reference compounds. The total fluorine (TF) and extractable organically bound fluorine (EOF) values were measured through CIC using established protocols. The TF values ranged from sub-ppb to %-levels, depending on the compound class. All samples showed results for hydrolyzed organofluorine (HOF) between 0.03 and 76.3 μg/g, while most EOF values were lower (<LOD to 58.1 μg/g). Moreover, the methods were contrasted with the "total hydrolyzable precursor" (THP) assay analyzed using gas-chromatography coupled mass spectrometry (GC-MS), which yielded concentrations of 6:2–10:2 fluorotelomer alcohols (<LOD-568 μg/g) for textile and paper samples. Furthermore, targeted analytical investigation of 25 compounds via liquid chromatography coupled tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was conducted and accounted for significantly lower sum amounts (<LOD-0.98 μg PFAS/g). To estimate the fluorine mass balance of all methods, the fluorine levels of target analytical data were calculated and compared to the sum parameter values and evaluated. Finally, the efficiency of the extraction method was approximated by the recovery analysis of four selected SFP model compounds compared to their TF values, yielding 36.7–74.0% after extraction and 3.8–36.3% after processing the extract for the HOF sum parameter.
For the first time, fluorine K-edge X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy was applied to detect per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in various soil and sewage sludge samples. The method can be used to determine the speciation of inorganic and organic fluorides, without pre-treatment of solid samples. Therefore, XANES spectra of several inorganic fluorides as well as selected fluorinated organic compounds were recorded. While inorganic fluorides partially exhibit a variety of sharp spectral features in the XANES spectrum, almost all inspected organofluorine compounds show two distinct broad features at 688.5 and 692.0 eV. Moreover, the peak intensity ratio 688.5 eV/692.0 eV in the PFAS XANES spectrum can be inversely correlated to the chain length of the perfluoro sulfonic acid group. The detection of targeted PFAS by bulk-XANES spectroscopy in combination with linear combination fitting in soils and sewage sludges was not applicable due to the low organic fluorine to total fluorine ratio of the samples (0.01–1.84%). Nonetheless, direct analysis of pure PFAS revealed that analysis of organofluorine species might be achieved in higher concentrated samples. Furthermore, quantitative measurements by combustion ion chromatography (CIC) evaluated as sum parameters extractable organically bound fluorine (EOF) and total fluorine (TF) emphasize that besides soils, sewage sludges are a significant source of organic fluorine in agriculture (154–7209 μg/kg).
Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass die Setzmaschinentechnik eine geeignete Methode ist, um Brechsande aus gemischten Bauabfällen aufzubereiten. Die Trennung des Materials in zwei Stoffströme unterschiedlicher Dichte hat sich mit einer Absenkung um 56% besonders effizient in der Reduzierung von PAK Belastungen im Feststoff erwiesen. Auch die Sulfatlast im Produktstrom wurde durch den Prozess im Vergleich zum Aufgabegut um 29% gesenkt. Neben der Erhöhung des Median Partikeldurchmessers durch Klassierungseffekte, ist die Herabsetzung verschiedener Eluatparameter ebenfalls positiv zu bewerten. Dies bezieht sich zum einen auf die elektrische Leitfähigkeit, die nach EBV von RC-3 auf RC-1 aufgewertet wurde und zum anderen auf die Chromkonzentration, die von RC-2 auf die Stufe RC-1 angehoben wurde. Die vorliegenden Aufbereitungsergebnisse erlaubten jedoch nicht eine Gesamteinordnung des Materials als Ersatzbaustoff oberhalb der Klasse RC-3. Hierzu ist eine weitere Absenkung der Eluatwerte für Sulfat um 25% von RC-3 (1325 mg L-1) auf RC-2 (< 1000 mg L-1) und des PAK-15 Wertes um 4% von RC-3 (8.3 µg L-1) auf RC-2 (< 8.0 µg L-1) erforderlich. Eine detaillierte Optimierung der Prozessparameter der Setzmaschinentechnik könnten diesen Spielraum ermöglichen.
The industrial sector of bottom ash (BA) treatment from municipal solid waste incineration (MSWI) in Germany is currently changing. In order to increase the recovery rates of metals or to achieve a higher quality of mineral aggregates derived from BA, new procedures have been either implemented to existing plants or completely new treatment plants have been built recently. Three treatment trains, which are designated as entire sequences of selected processing techniques of BA, are introduced and compared. One treatment train is mainly characterized by usage of a high speed rotation accelerator whereas another is operating completely without crushing. In the third treatment train the BA is processed wet directly after incineration. The consequences for recovered metal fractions and the constitution of remaining mineral aggregates are discussed in the context of legislative and economical frameworks. Today the recycling or disposal options of mineral residues still have a high influence on the configuration and the operation mode of the treatment trains of BA despite of the high value of recovered metals.
The industrial sector of bottom ash (BA) treatment from municipal solid waste incineration (MSWI) in Germany is currently changing. In order to increase the recovery rates of metals or to achieve a higher quality of mineral aggregates derived from BA, new procedures have been either implemented to existing plants or completely new treatment plants have been built recently. Three treatment trains, which are designated as entire sequences of selected processing techniques of BA, are introduced and compared. One treatment train is mainly characterized by usage of a high speed rotation accelerator whereas another is operating completely without crushing. In the third treatment train the BA is processed wet directly after incineration. The consequences for recovered metal fractions and the constitution of remaining mineral aggregates are discussed in the context of legislative and economical frameworks. Today the recycling or disposal options of mineral residues still have a high influence on the configuration and the operation mode of the treatment trains of BA despite of the high value of recovered metals.
This work is aimed at exploring the recovery of heavy metals from the fine fraction of solid waste incineration bottom ash.
For this study, wet-discharged bottom ash fine-fraction samples from full-scale treatment plants in Germany and Sweden were analyzed. The potential for the recovery of heavy metal compounds was investigated through wet density-separation with a shaking table. The feed materials were processed without any pre-treatment and the optimum processing conditions were determined by means of design of experiments. Tilt angle and stroke frequency were identified as the most relevant parameters, and the optimum settings were − 7.5° and 266 rpm, respectively. The obtained balanced copper enrichments (and yields) were 4.4 (41%), 6.2 (28%) and 2.4 (23%). A maximum copper enrichment of 14.5 with 2% yield was achieved, providing a concentrate containing 35.9 wt.% relevant heavy metal elements. This included 26.3 wt.% iron, 4.3 wt.% zinc and 3.8 wt.% copper. In conclusion, density separation with shaking tables can recover heavy metals from bottom ash fine fractions. Medium levels of heavy metal enrichment (e.g., for Cu 2.7–4.4) and yield (Cu: 26–41%) can be reached simultaneously.
However, the separation performance also depends on the individual bottom ash sample.
This article presents a snapshot of key issues regarding characterization of granular waste materials with respect to their reuse as alternative construction materials, and the factors that need to be considered in their reutilization in order to comply with soil and groundwater protection regulations.
Der Aufbau der Werkstoffe wird durch Merkmale wie Bindungsart, atomare Strukturen, Kristallstrukturen einschließlich ihrer Gitterbaufehler, Körner und Phasen bestimmt. Die Mikrostruktur (Gefüge) stellt den Verbund der Kristalle, Phasen und Gitterbaufehler auf mikroskopischer und nanoskopischer Skala dar. Die Grundlagen der Phasenumwandlungen werden behandelt und die Bedeutung von Diffusionsprozessen erläutert. Werkstoffe sind bedeutend für Kultur, Wirtschaft, Technik und Umwelt. Ihre Herstellung benötigt Ressourcen und Energie. Recycling ist eine Möglichkeit zur Erhöhung der Ressourcenproduktivität.
Sewage sludge and sewage sludge ashes (SSA) are produced in huge amounts at municipal waste water treatment plants (WWTP) all around the world and have become an issue for many urbanized areas. To deal with this unceasing mass flow in an ecologically and economically responsible way a comprehensive chemical and structural characterization of all types of SSA is needed. X-ray powder diffraction (XRD) is one of the most promising analytical methods for this task. Although, there has been ample chemical evidence showing that many SSA contain aluminium phosphate as a major component up to now no aluminium phosphate or aluminium-rich mixed phosphate phase has been reported to be identified by XRD in a SSA produced at a mono-incineration facility. The outcome of the present com-bined XRD and Mossbauer spectroscopy investigation provides comprehensive evidence closing this gap for the first time.
Rohstoffe sind knapp. Hinzu kommt, dass auf dem Weg vom Erz zum Metall viel Energie benötigt wird, mechanische Energie beim Zerkleinern, thermische Energie beim Schmelzen oder elektrische Energie bei der Elektrolyse. Ausgedrückt als Exergie kann man die Verbräuche gut vergleichen. Die meisten technischen Prozesse sind aber vom berechneten thermodynamischen Optimum weit entfernt.
Für die Herstellung von Kupfer aus Primär- und Sekundärressourcen wurde eine Exergieanalyse der Aufbereitungs- und Gewinnungsverfahren durchgeführt. Für die Stoffgemische Kupfererz, Kupferkonzentrat und Hausmüllverbrennungsasche wurden die Exergien tabellarisch berechnet. Die Exergieaufwände der technischen Prozesse zur Kupferherstellung wurden mit den thermodynamisch minimal notwendigen Aufwänden verglichen. Die Nutzung von Sekundärrohstoffen aus Abfällen ist über weite Bereiche vorteilhaft, insb. wenn das Kupfer bereits in der metallischen Form vorliegt.
Bottom ash from municipal solid waste incineration (MSWI) consists of elemental metals in considerable amounts. The exergy of bottom ash was calculated to be some 100 kJ/mol, mainly as a result of the presence of elemental Fe and Al. From this it can be shown that the recovery of elemental metals Cu, Al and Fe is beneficial. The fine fraction <4 mm additionally contains chemically bound metals (oxides, carbonates, silicates). Separation prospects with techniques as in ore processing (flotation, density separation, bioleaching, hydrothermal solution) are discussed. Although the concentration of Cu compounds in bottom ash is in the range of today’s exploited ores the economic viability of the recovery of metal compounds is uncertain. For sufficient enrichment different concerted treatment steps are required.
The standard is intended to offer participants in waste management planning such as authorities, decision makers and planners, including the critical public, the possibility to learn about evaluation methods as planning instruments and place them in the context of planning decisions.
The standard should help those who use it to formulate transparent decisions for the application of particular waste treatment and recovery methods in the scope of integrated waste management, thus reaching a documented decision under consideration of the system boundaries and life cycle inventories of the respective methods.
Long-term performance of permeable reactive barriers has been investigated in laboratory experiments using elemental iron and hydroxyapatite as reactive materials and uranium as contaminant. Accelerated testing has been performed by applying elevated pollutant concentration and an increased flow velocity. The spatial distribution of uranium in the test columns has been investigated using a radioactive tracer. The results show that the migration pattern exhibits a linear behaviour.
Laboratory leaching tests may be used for source term determination as a basis for risk assessment for soilgroundwater pathways on contaminated sites. In order to evaluate different leaching procedures, batch extraction tests and percolation tests were performed using three reference materials produced from contaminated soil, demolition waste and municipal solid waste incinerator bottom ash. Emphasis was placed on the investigation of the leachability of the heavy metals copper and chromium, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and the anions chloride and sulfate. Significant discrepancies between column experiments and batch/extraction tests were found for the release of PAHs and to a lesser extent for the heavy metals Cu and Cr. Additionally interlaboratory comparisons were conducted based on different leaching tests with the reference materials and evaluated using the criteria of comparability and reproducibility. The best reproducibility was achieved for all investigated substances in column tests. The reproducibility of batch tests was acceptable except for PAHs. The results from the experimental work will help establish standardized and feasible laboratory procedures as fundamental for substance specific risk assessment of contaminated sites.
Geosynthetic materials are applied in measures for coastal protection. Weathering or any damage of constructions, as shown by a field study in Kaliningrad Oblast (Russia), could lead to the littering of the beach or the sea (marine littering) and the discharge of possibly harmful additives into the marine environment. The ageing behavior of a widely used geotextile made of polypropylene was studied by artificial accelerated ageing in water-filled autoclaves at temperatures of 30 to 80 °C and pressures of 10 to 50 bar. Tensile strength tests were used to evaluate the progress of ageing, concluding that temperature rather than pressure was the main factor influencing the ageing of geotextiles. Using a modified Arrhenius equation, it was possible to calculate the half-life for the loss of 50% of the strain, which corresponds to approximately 330 years. Dynamic surface leaching and ecotoxicological tests were performed to determine the possible release of contaminants. No harmful effects on the test organisms were observed.
Wie können industriell synthetisierte Schadstoffe aus einer Stoffklasse quantifiziert werden, deren genauer Umfang unbekannt ist und auf mehrere tausend Verbindungen geschätzt wird? Im Falle der per- und polyfluorierten alkylierten Substanzen (PFAS) stellen sich Wissenschaftler*innen weltweit seit über zehn Jahren diese Frage. Neben der etablierten Methodik der Einzelstoffanalytik (engl. target analytic) existieren Summenparameteranalysen zur Quantifizierung
organisch gebundener fluorierter Verbindungen in Umweltmedien und Konsumprodukten. An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) beschäftigen wir uns mit der Weiterentwicklung von Summenparametermethoden am Beispiel von PFAS-belasteten Umweltkompartimenten wie Böden, Klärschlämmen und Gewässerproben sowie PFAS-haltigen Konsumgütern. In diesem Beitrag stellen wir zwei ausgewählte Fallbeispiele vor und diskutieren die Vor- und Nachteile der Methoden im Vergleich zur Einzelstoffanalytik.
Im Rahmen eines ZIM-geförderten Projektes wurde eine nass-mechanische Aufbereitung von Hausmüllverbrennungsasche (HMVA) hinsichtlich der Mengen und der Qualitäten generierter Fraktionen optimiert. Dabei standen besonders die Qualitäten der mineralischen Fraktionen, die mengenmäßig den größten Anteil darstellen, im Vordergrund, da sie für einen möglichen Einsatz als Baustoff nutzbar gemacht werden sollen. Insbesondere die Chlorid- und Sulfatgehalte sollten dafür reduziert werden. Durch die BAM wurde im Projekt u. a. die Freisetzung von umweltrelevanten Stoffen in den mineralischen Fraktionen untersucht. Dafür wurden Schütteleluate als Übereinstimmungstest und Eluate aus Lysimeterversuchen im Labormaßstab zur Bewertung des Langzeitverhaltens auf ihre Inhaltsstoffe analysiert.
EI‐GEO is a multinational research project (Germany, Latvia, Russia) funded under the ERA.Net RUS Plus Call 2017. Aim of the project is the investigation whether geosynthetics in hydraulic engineering applications could be a source of microplastics (MPs) and other contaminants to the aquatic environment causing negative effects to aquatic organisms.
Whereas the behavior of geosynthetics in landfill engineering is well studied and documented since decades, little is known on application in applications such as coastal protection or ballast layers for wind energy plants. However, due to the rapid expansion of offshore wind energy, rising water levels and more extreme weather conditions as a result of climate change more and more hydraulic engineering projects will be realized in the future.
Applied methods are artificial ageing of geosynthetics in environmental simulation chambers, storage of samples under environmental condition for comparison with laboratory simulation, sample characterization by microscopic methods and ecotoxicological testing of water in contact with geosynthetics.
In parallel a case study at the Baltic Sea shore at Kaliningrad Oblast (Russia) will be performed. The aim of study is to estimate the level of pollution of the beaches by geosynthetic debris and identify the possible sources.
Die Einstufung von Hausmüllverbrennungsasche (HMVA) als gefährlich oder nicht gefährlich nach der Gefahreneigenschaft HP14 (ökotoxisch) ist nach wie vor umstritten, da es noch keine allgemein anerkannten Methoden zur Bewertung gibt. Wenn die Berechnungsregeln angewendet werden sollen angewendet werden sollen, sind Kenntnisse über die chemische Zusammensetzung von HMVA erforderlich. Informationen über die chemische Zusammensetzung von HMVA können mit einem Ansatz gewonnen werden, der auf der Gruppierung von Substanzen. Für HMVA können vier Stoffgruppen definiert werden: 1. elementare und legierte Metalle, 2. leicht wasserlösliche Stoffe, 3. schwer lösliche Stoffe und 4. Stoffe mit starken chemischen Bindungen. Elementares und legiertes Cu und Zn sind in der HMVA vorhanden und werden in der Regel als Nichteisenmetallfraktion zurückgewonnen, zumindest die größeren Partikel. Zn-Partikel, die kleiner als 1 mm sind, werden als H410 eingestuft, feine Partikel von Cu nur als H411. Die wasserlösliche Fraktion kann mit Standardauslaugungsmethoden quantifiziert werden Auslaugungsmethoden quantifiziert werden, z. B. bei einem Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis (L/S) von 2 oder 10 l/kg. Sowohl die Sulfate von Zn als auch von Cu gehören zu dieser Gruppe. In einer neueren Veröffentlichung wurde gezeigt, dass bei den oben genannten Metalle die ausgelaugte Menge weit unter dem Grenzwert von 1.000 mg/kg liegt, selbst wenn stöchiometrische Faktoren angewendet werden. Stoffgruppe 3 sind potenzielle H410-Stoffe. Dabei handelt es sich um Carbonate, Hydroxide und Oxide der betreffenden Elemente, die löslich sind in schwachen organischen Säuren wie Essigsäure löslich sind. Die Worst-Case-Stoffe der Gruppe 3, d. h. die Verbindungen mit den höchsten stöchiometrischen Faktoren, sind CuCO3xCu(OH)2 und ZnO. Stoffe mit starken chemischen Bindungen wie Silikate oder Sulfide sind nur löslich in starken Säuren (z.B. Königswasser) löslich und haben keinen Ökotoxizitäts-Gefahrencode. Das Mobilisierungsverhalten der relevanten Schwermetalle und damit der Gruppe der schwer schwerlöslichen Verbindungen kann mit der 4-stufigen sequenziellen Extraktion untersucht werden. Für die HP14 Einstufung könnte auch eine einstufige Extraktion ausreichend sein. Nur die Elemente Zn und Cu sind für die HP14-Einstufung der HMVA von Bedeutung, da die Feststoffgehalte aller anderen Schwermetalle unterhalb des Feststoffgehalte aller anderen Schwermetalle unter der Cut-Off-Grenze von 0,1 % liegen, selbst wenn man sie in chemischen Verbindungen mit stöchiometrischen Faktoren. Im Ergebnis wurde gezeigt, dass HMVA in der Regel als nicht gefährlich einzustufen ist.
Die Einstufung von Hausmüllverbrennungsasche (IBA) als gefährlich oder nicht gefährlich nach der Gefahreneigenschaft HP14 (ökotoxisch) ist nach wie vor umstritten, da es noch keine keine allgemein anerkannten Methoden zur Bewertung gibt. Wenn die Berechnungsregeln angewendet werden sollen angewendet werden sollen, sind Kenntnisse über die chemische Zusammensetzung von IBA erforderlich. Informationen über über die chemische Zusammensetzung von IBA können mit einem Ansatz gewonnen werden, der auf der Gruppierung von Substanzen. Für IBA können vier Stoffgruppen definiert werden: 1. elementare und legierte Metalle, 2. leicht wasserlösliche Stoffe, 3. schwer lösliche Stoffe und 4. Stoffe mit starken chemischen Bindungen. Elementares und legiertes Cu und Zn sind in der IBA vorhanden und werden in der Regel als Nichteisenmetallfraktion zurückgewonnen, zumindest die größeren Partikel. Zn-Partikel, die kleiner als 1 mm sind, werden als H410 eingestuft, feine Partikel von Cu nur als H411. Die wasserlösliche Fraktion kann mit Standardauslaugungsmethoden quantifiziert werden Auslaugungsmethoden quantifiziert werden, z. B. bei einem Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis (L/S) von 2 oder 10 l/kg. Sowohl die Sulfate von Zn als auch von Cu gehören zu dieser Gruppe. In einer neueren Veröffentlichung wurde gezeigt, dass bei den oben genannten Metalle die ausgelaugte Menge weit unter dem Grenzwert von 1.000 mg/kg liegt, selbst wenn stöchiometrische Faktoren angewendet werden. Stoffgruppe 3 sind potenzielle H410-Stoffe. Dabei handelt es sich um Carbonate, Hydroxide und Oxide der betreffenden Elemente, die löslich sind in schwachen organischen Säuren wie Essigsäure löslich sind. Die Worst-Case-Stoffe der Gruppe 3, d. h. die Verbindungen mit den höchsten stöchiometrischen Faktoren, sind CuCO3xCu(OH)2 und ZnO. Stoffe mit starken chemischen Bindungen wie Silikate oder Sulfide sind nur löslich in starken Säuren (z.B. Königswasser) löslich und haben keinen Ökotoxizitäts-Gefahrencode. Das Mobilisierungsverhalten der relevanten Schwermetalle und damit der Gruppe der schwer schwerlöslichen Verbindungen kann mit der 4-stufigen sequentiellen Extraktion untersucht werden. Für die HP14 Einstufung könnte auch eine einstufige Extraktion ausreichend sein. Nur die Elemente Zn und Cu sind für die HP14-Einstufung der IBA von Bedeutung, da die Feststoffgehalte aller anderen Schwermetalle unterhalb des Feststoffgehalte aller anderen Schwermetalle unter der Cut-Off-Grenze von 0,1 % liegen, selbst wenn man sie in chemischen Verbindungen mit stöchiometrischen Faktoren. Im Ergebnis wurde gezeigt, dass IBA in der Regel als nicht gefährlich einzustufen ist.
Einstufung von Aschen und Schlacken aus der Abfallverbrennung im Hinblick auf die weitere Verwertung
(2024)
There are two mirror entries in the European Waste Catalogue for bottom ash and slag from waste incineration: 19 01 11* and 19 01 12. Entry 19 01 11* describes a waste material containing hazardous substances. It was shown that only the hazardous property HP14 (ecotoxic) is of relevance for the classification. If substances with the hazard statement code (HSC) H400, H410, H411, H412 and H413 are present in incineration bottom ash (IBA) above certain level the waste is classified as hazardous, otherwise it is non-hazardous (in this case 19 01 12). It was further shown that only Cu, Zn and Pb compounds have an impact on the classification using a summation rule: 100xΣ c(H410) + 10xΣ c(H411) + Σ c(H412). Limit value is 25 percent. It is obvious that H410 substances have the highest impact. Therefore, the knowledge of the elemental composition of IBA is not sufficient because the content of distinct chemical compounds (with the respective molecular weight) is needed. When the exact speciation is not known a worst-case approach has to be applied. A practical guideline for the estimation of HP14 was developed based on the definition of 4 substance groups: 1. Metals and alloys, 2. Water-soluble substances, 3. Oxides and carbonates and 4. Substances not soluble in weak acids. In substance group 1 only fine Zn powder has the HSC H410. Water-soluble substances are assumed to be H410 substances. Their concentrations are, however, regularly below the cut-off value of 0.1 %. The amount of substance group 3 is estimated by a selective extraction with maleic acid. According to the worst-case approach it is assumed that CuCO3xCu(OH)2 and ZnO represent the respective Cu and Zn species in IBA because these substances have the highest stochiometric factor. Even with this worst-case approach results from operators of IBA treatment plant showed that the limit value of 25 % is not exceeded.
The requirements for utilization of IBA in Germany are defined in the Secondary
Building Materials Decree (Ersatzbaustoffverordnung EBV) which was set into force in August 2023. Leaching methods (batch test or column test) with a liquid-to-solid ratio of 2 l/kg are applied. IBA fulfills the requirements for class HMVA-2. Actually, even a classification of IBA as hazardous (i.e 19 01 11*) would not affect utilization but handling and transport.
Im Rahmen des Projekts konnte gezeigt werden, dass Geokunststoffe bei ausreichender Stabilisierung Einsatzdauern von über 100 Jahren besitzen. Es werden keine Stoffe freigesetzt, die für Wasserorganismen schädlich sind. An den Ostseestränden im Gebiet Kaliningrad werden nennenswerte Mengen von Kunststoffresten gefunden, die zum Teil aus Küstenschutzbauwerken stammen. Ursache ist hier jedoch eine verfehlte Materialauswahl. Hauptsächlich stammen die Kunststoffreste am Strand jedoch aus unsachgemäße Abfallbehandlung.
2021 marks the 10th anniversary of the first ERA.Net RUS joint call for European-Russian STI cooperation projects. Pooling the resources of more than 20 European and Russian funding agencies, more than 150 projects were funded with an estimated budget of about € 60 million.
Being even larger than many thematic ERA.NETs, the ERA.Net RUS Plus has been the biggest and most successful regional ERA.NET so far. Indicating a strong demand for scientific cooperation, the smaller-scale projects funded within the ERA.Net RUS (Plus) calls perfectly complement Russian participation in the EU Framework Programmes.
Not least of all, the ERA-Net RUS calls are examples of successful collaboration at a time when cooperation in other fields is complicated by the politically challenging situation. These calls contributed to keeping the communication channels open.
Against this background a dedicated event in late 2021 highlighted what has been achieved within the first decade of the initiative. The project EI-GEO coordinated by BAM was selected as best practice project. The presentation displays the main results of the project and discusses the key success factors.
Effective cleanup of groundwater contaminated with radionuclides using permeable reactive barriers
(2015)
The mining of natural resources always causes environmental impacts such as land use, large quantities of waste, destruction of habitat, impairment of groundwater regime, and quite possibly contamination of soil, water, or air (Dudka and Adriano 1997). The environmental impact of mining cannot be estimated easily. The concept of total material requirement (TMR) is an attempt to quantify the environmental impact of materials. TMR is the sum of domestic and imported primary natural resources and their hidden flows (Adriaanse et al. 1997). Hidden flows are often not considered in environmental analyses because they are attributed with no cost. However, overburden from mining, earth moving for construction, and soil erosion are major sources of ecological damage. From the mining of minerals to the final products, a number of process steps take place (exploration, mine site development, extraction, milling, washing, concentration, smelting, refining, fabrication), each step being connected to other input flows such as energy or other resources. The hidden flows for metals related to metal ore mining have been investigated by Halada et al. (2001). Table 9.1 lists the data for some metals, together with the data for some other minerals and fuels. The TMR in the United States in the 1990s was between 80 and 100 tonnes per capita; in the European Union (EU-15) approximately 50 tonnes per capita (Bringezu 2002).
When reusing or disposing of contaminated granular waste materials there is a need to evaluate how the contaminants will interact on the pathway soil-groundwater and the effect this interaction will have on the surrounding environment. While column testing can provide a closer approximation to field percolation conditions than batch testing, there is still a need to develop column testing procedures that consider the requirements of practical testing time frames. This study evaluates the effect of different column contact times (2.5, 5, and 16 h) on the release of inorganic constituents from bottom ash and demolition waste, two commonly reused granular materials. Leaching data for representative constituents of concern, such as copper, chromium, sulfate and chloride, as well as pH and electrical conductivity was compared for all different contact times studied.
Results for the materials investigated in this study showed that variations in contact time have no significant effect on the release of the selected constituents and leaching parameters at low liquid to solid ratios. However, after a liquid to solid ratio of 1 L/kg, the effect is more noticeable, and higher contact times show lower pH values as well as a reduction in the release of constituents of concern from bottom ash. In the case of demolition waste, the variation of contact time did not have a strong effect on the leaching behavior.
Direct and indirect effects (DIERec) of the recovery of secondary resources are in the range of 500 million tonnes per year in Germany; energy savings are 1.4 million TJ. These savings are between 10 and 20% of the total. The effects of materials recovery exceed those of energy recovery by far with the exception of secondary plastic material where DIERec from energy recovery is higher by factor of 2.7. Untapped potential for the recovery of secondary resources exist in the fine fraction of bottom ash from municipal solid waste incineration, mainly Cu and precious metals and in urban mining.
Um den Erfordernissen des Grundwasser- und Bodenschutzes zu entsprechen ist die Kenntnis des Elutionsverhaltens von Abfall- und Bodenmaterialien erforderlich, wenn diese z.B. zur Verwertung im Straßen- oder Landschaftsbau vorgesehen sind. Im Zusammenhang mit der Novellierung der Bundes-Bodenschutzverordnung und der Einführung der Ersatzbaustoffverordnung sowie in Auswertung der Ergebnisse des BMBF-Verbundvorhabens „Sickerwasserprognose“ wurden vom DIN-Normenaus-schuss Wasserwesen, Unterausschuss „Eluierungsverfahren“ zwei Verfahren zur Elution von Fest-stoffen erarbeitet, die im Oktober 2007 als Entwürfe veröffentlicht wurden. Dabei handelt es sich um ein Säulenperkolationsverfahren zur gemeinsamen Untersuchung des Elutionsverhaltens von orga-nischen und anorganischen Stoffen (E DIN 19528) und ein Schüttelverfahren mit einem Wasser-/ Feststoff-Verhältnis (W/F) von 2 l/kg zur Untersuchung der Elution von anorganischen Stoffen (E DIN 19529). Beide Verfahren sind für Bodenmaterialien und mineralische Abfälle mit einer Korngröße bis 32 mm vorgesehen.
Für Normen die in Verordnungen zitiert werden sollen, ist eine Verfahrensvalidierung erforderlich. Im Rahmen dieses Vorhabens waren die Verfahrenskenndaten auf der Grundlage von Ringversuchen zu ermitteln. Zunächst wurden vier für die Verordnungen relevante Materialien (Hausmüllverbrennungs-asche, Recyclingbaustoff, Bodenmaterial, Stahlwerksschlacke) als Referenzmaterialien (RM) aufberei-tet. Die zu analysierenden Parameter wurden unter Berücksichtigung der Regelungsrelevanz in Abstimmung mit dem Auftraggeber ausgewählt. Die RM wurden gemeinsam mit Referenzlösungen an die 53 Teilnehmer der Ringversuche ausgegeben. Die statistische Auswertung der Ringversuchsergebnisse erfolgte nach DIN 38402-42, wobei der Gesamtmittelwert aller Teilneh-mer als Sollwert herangezogen wurde.
Es konnte gezeigt werden, dass akzeptable Reproduzierbarkeiten für organische und anorganische Schadstoffe durch geeignete Vorgaben sowohl für Schütteltests als auch für Säulenversuche erzielt werden können. Dies gilt insbesondere unter Berücksichtigung des breiten Korngrößenspektrums der RM, der relativ hohen zugelassenen Toleranzen für das W/F bei den Säulenversuchen und des kurzen Bekanntheitsgrades der Normenentwürfe.
Die ermittelten Verfahrenskenndaten finden Eingang in die abschließende Bearbeitung der Normen.
In this study, we compare combustion ion chromatography (CIC) and high resolution-continuum source-graphite furnace molecular absorption spectrometry (HR-CS-GFMAS) with respect to their applicability for determining organically Bound fluorine sum parameters. Extractable (EOF) and adsorbable (AOF) organically bound fluorine as well as total fluorine (TF) were measured in samples fromriver Spree in Berlin, Germany, to reveal the advantages and disadvantages of the two techniques used as well as the two established fluorine sum Parameters AOF and EOF. TF concentrations determined via HR-CS-GFMAS and CIC were comparable between 148 and 270 μg/L. On average, AOF concentrations were higher than EOF concentrations, with AOF making up 0.14–0.81% of TF (determined using CIC) and EOF 0.04–0.28% of TF (determined using HR-CSGFMAS).
The results obtained by the two independent methods were in good agreement. It turned out that HR-CS-GFMAS is a more sensitive and precise method for fluorine analysis compared to CIC. EOF and AOF are comparable tools in Risk evaluation for the emerging pollutants per- and polyfluorinated alkyl substances; however, EOF is much faster to conduct.
Detektion, Quantifizierung und Entfernung von insbesondere ultrakurzkettigen PFAS in Grundwasser
(2024)
Da PFAS in großem Umfang in einer Vielzahl von Produkten verwendet wurde, sind sie im Grundwasser in der Nähe vieler industrieller und militärischer Anlagen weltweit zu finden. Darüber hinaus führten neue Vorschriften und Beschränkungen für die Verwendung von langkettigen PFAS zu einer vermehrten Produktion kurzkettiger Alternativen. Ultrakurzkettige PFAS (≥C3) können natürliche und anthropogene Barrieren durchdringen und schließlich in Trinkwasserquellen gelangen. Zudem entfernen die meisten gängigen Trinkwasser-aufbereitungsverfahren die ultrakurzkettigen PFAS nicht ausreichend. Im Kooperationsprojekt DEFEAT-PFAS wird daher das Ziel verfolgt, Wissenslücken über Nachweis, Quantifizierung und Entfernung von kurz- (C4-C7) und ultrakurzkettige (C1-C3) PFAS, in kontaminiertem Grundwasser zu schließen. Die israelischen und deutschen Projektpartner entwickeln dafür analytische Methoden and selektive Passivsammler, um das zeitliche Profil von PFAS-Spezies im Grundwasser zu erfassen und überwachen. Darüber hinaus ein zweistufiges Verfahren entwickelt, welches darauf ausgelegt ist, die relativ niedrigen PFAS-Konzentrationen im Grundwasser durch neuartige Membranverfahren, Umkehrosmose im Batchbetrieb mit geschlossenem Kreislauf sowie Verbund-Nanofiltrationsmembranen, zu konzentrieren. Anschließend werden die PFAS angereicherten Konzentrate mittels Koagulation behandelt und das verbleibende PFAS an kohlenstoffhaltigen Nanomaterialien adsorbiert.
Deponien im Jahr 2020
(2001)
Geosynthetics are widely used in hydraulic engineering and within coastal protection constructions at the Baltic Sea shore, such as walls, promenades, and gabions walls. Storms influence leads to deformation of some of the protection structures and cause the release of geotextiles onto the beach. Fragments of geotextile migrate along the shore, experiencing additional degradation and destruction down to macro-, meso-, and micro-particles. During October 2017 - March 2018, the Baltic Sea shore along the Sambia Peninsula (Kaliningrad Oblast of the Russian Federation) was monitored to establish the contamination of sandy beaches by geotextiles that had degraded. Several local sources of pollution of beaches by geosynthetic materials were established.
The database gives information on the contamination of the shore of the South-Eastern Baltic with the debris of geosynthetic materials for the period 2018–2020. This new type of coastal pollution enters the natural environment due to the destruction of coastal protection structures and construction activities. The database contains sections:
(1) a list of types of geosynthetic material residues, their photographic images and photographs illustrating examples of finds in natural conditions
[1 List_geosynthetic_debris_SEB],
(2) monitoring data on the contamination of the beach strip with the debris of geotextiles, braids from gabions, geocontainers (big bags), geocells and geogrids for the beaches of the South-Eastern Baltic for the period 2018–2020
[2 Monitoring_geosynthetic_debris_SEB];
(3) statistical distributions of the found geosynthetic debris by size
[3 Scales_geosynthetic_debris_SEB] and (4) results of test surveys on the shores of Lithuania and Poland adjacent to Kaliningrad Oblast.
All data refer to the beaches of the Kaliningrad Oblast (Russia), including the Russian parts of the Vistula and Curonian Spits, but also contains information on a one-time assessment of the pollution of the beaches of the adjacent territories: the Polish shore from the Poland-Russia border on the Vistula Spit to the mouth of the Vistula River, the Lithuanian shore from the border Lithuania-Russia on the Curonian Spit to the border of Latvia-Lithuania. Materials were collected during field surveys within the ERANET-RUS_Plus joint project EI-GEO, ID 212 (RFBR 18-55-76002 ERA_a, BMBF 01DJ18005).
Im Rahmen des Projekts wurde 1.) eine vollständige Bewertung des Stands der Technik in der EU bei der Behandlung von Rostasche vorgenommen und 2.) eine Optimierung der Nutzung der Feinfraktion in Labor- und Feldmaßstab untersucht.
Das Konsortium bestand aus zwei Universitäten aus Deutschland und Italien, der BAM als Forschungseinrichtung des Bundes und zwei Industriepartnern aus Deutschland und Schweden mit unterschiedlichen und spezifischen Fachkompetenzen.
Im Vortrag werden die Ergebnisse des weitgehend abgeschlossenen Projekts BASH-TREAT vorgestellt.
The article “Determination of organically bound fluorine sum parameters in river water samples - Comparison of combustion ion chromatography (CIC) and high resolution-continuum source-graphite furnace molecular absorption spectrometry (HR-CS-GFMAS)” was originally published Online First without Open Access. After publication in volume 413, issue 1, page 103–115 of the journal “Analytical and bioanalytical chemistry”, the authors decided to opt for Open Choice and to make the article an Open Access publication. Therefore, the copyright of the article has been changed to © The Author(s) 2021 and the article is forthwith distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Recycled plastic granules of high-density polyethylene, polyvinyl chloride and polystyrene the size of microplastics were exposed to artificial aging conditions (2000 h; photooxidative and thermo-oxidative) to simulate their fate outdoors. Their potential to leach into water during the aging process was investigated using column percolation tests.
Aging-related changes on the surface of the material were characterised by IR measurements indicating oxidation reactions with the formation of new adsorption bands (C=O, C–O and OH), especially in the case of photooxidative aging.
These findings were confirmed by the identification of leachable organic compounds. Leaching of total organic carbon, Cl, Ca, Cu and Zn is clearly affected by changes due to aging, and their release is increased after photooxidative aging.
In general, exposure to photooxidative conditions shows a greater influence on aging and thus on leaching and seems to be the more important mechanism for the aging of microplastic in the environment. Comparison with the total content of inorganic species revealed that, for most elements, less than 3% of the total content is released after 2000 h of photooxidative aging.
Stir bar sorptive extraction (SBSE) and solid phase microextraction (SPME) are well-established sample preparation methods for the analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in aqueous samples. However, complex matrices especially characterized by slurry particles and dissolved organic matter (DOM) can hamper the extraction of PAH with both SBSE and SPME and lead to different results. Thus, we produced aqueous eluates from PAH-contaminated soils differing in particle size distribution and organic matter content and determined the PAH concentration in the eluates with both SBSE and SPME. Furthermore, we tested the influence of filtration on the PAH analysis. The excess finding of PAH with SBSE compared to SPME ranged from −16.6 to 24.5 %. The differences increased after filtration. We found a strong positive correlation of the excess finding to the total organic carbon content (TOC) and a negative one to the pH value. The results indicate that SBSE is less affected by complex matrices than SPME.
Das mechanische Recycling von Kunststoffen ist seit Jahren großtechnisch etabliert, hat aber technische und ökonomische Grenzen. Durch Verfahren des chemischen Recyclings gelangt man zurück zu Monomeren oder den Rohstoffen, so dass am Ende wieder Neuware für alle Einsatzgebiete von Kunststoffen entsteht. Die Vielfalt von chemischen Recyclingverfahren ist groß. Die Kapazitäten der Anlagen sind heute noch gering und die Wirtschaftlichkeit wird stark vom Ölpreis beeinflusst.
Die Rentabilitätsgrenze liegt derzeit bei einem Preis zwischen 50 und 60 US-$ pro Barrel.
Industrial-scale mechanical recycling of plastics has been established for years, but has technical and economic limits. Chemical recycling processes lead back to monomers or to the raw materials, so that in the end new goods can be produced for all areas of application of plastics. The variety of chemical recycling processes is large. The capacities of the plants are still low today. The profitability of the plants is strongly influenced by the price of oil; the profitability limit is currently between 50 and 60 US $ per barrel.
The most massive design on the Baltic shore used geosynthetic materials, the landslide protection construction in Svetlogorsk (1300 m long, 90,000 m2 area, South-Eastern Baltic, Kaliningrad Oblast, Russian Federation) comprises the geotextile and the erosion control geomat coating the open-air cliff slopes. Due to changes in elastic properties during long-term use in the open air, as well as due to its huge size, this structure can become a non-negligible source of microplastic pollution in the Baltic Sea. Weather conditions affected the functioning of the structure, so it was assessed that geosynthetic materials used in this outdoor (open-air) operation in coastal protection structures degraded over time. Samples taken at points with different ambient conditions (groundwater outlet; arid places; exposure to the direct sun; grass cover; under landslide) were tested on crystallinity and strain at break. Tests showed a 39–85% loss of elasticity of the polymer filaments after 3 years of use under natural conditions. Specimens exposed to sunlight are less elastic and more prone to fail, but not as much as samples taken from shaded areas in the grass and under the landslide, which were the most brittle.
Half of global material consumption involves mineral material. The circularity is still low so that the enhanced use of secondary building material is required to close loops. Three different secondary building materials are discussed based on exemplary research results: construction and demolition waste (C&D waste), soil-like material, and incineration bottom ash (IBA). Focus was placed on the environmental compatibility of the materials examined mainly by standardized leaching tests. C&D waste was investigated after a wet treatment using a jigging machine, and soil-like material and IBA were characterized with respect to their material composition. Their environmental compatibilities in particular were studied using standard leaching tests (batch tests and column tests).
It was concluded that soil-like material can mostly be utilized even when the precautionary limit values set are exceeded by a factor of less than two. For C&D waste, the fine fraction below 2 mm and the content of brick material is problematic. IBA fulfills quality level “HMVA-2” following German regulations. Improved levels of utilization might be achievable with better treatment technologies.
In Germany, about 60 million tons of demolition waste are generated annually. Approximately 70% of the demolition waste is currently recycled. Most recycling applications, for example in roadbed substructures, can be seen as a kind of downcycling. However, there are also some high-level applications for demolition waste. For instance, crushed and sieved concrete demolition waste can be used as concrete aggregate instead of natural materials. Depending on the crushing process, about a third of the broken concrete is currently concrete sand. At present, concrete sand fraction (0-4 mm) is rarely reused as a concrete aggregate. This is due to the fact that some important characteristics of crushed concrete sand are different from those of natural sand. As a result, it does not reach the standards required for aggregates. Concrete containing such aggregate is of lower quality than concrete made of natural aggregate. This paper describes an experimental investigation on the treatment of concrete sand gained from demolition waste by wet processing using a jig whereby the sand is separated by grain size and, more importantly, by density. Concrete produced with concrete sand which has been treated in this manner should have the same quality as concrete prepared with natural aggregate. Recycled sand used as aggregate substitutes natural resources and avoids disposal of waste. It has all the characteristics of an Ecomaterial. (author abst.)
Die neue VDI Richtlinie 3925 stellt Bewertungswerkzeuge vor, die es erlauben, ökologische, ökonomische und inzwischen auch soziale Aspekte und Auswirkungen verschiedener Abfallbehandlungsverfahren miteinander zu vergleichen. Die Richtlinie verfolgt das Ziel, die Anwendung von geeigneten wissenschaftlich-technischen Bewertungsmethoden auf abfallwirtschaftliche Fragen zu beschreiben. Die Methoden, deren Einsatz, Anwendung, Komplexität, Möglichkeiten und Grenzen werden anhand von Praxisbeispielen erläutert.---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
The new VDI guideline 3925 presents assessment tools for the comparison of economic, ecological and also social aspects of different waste treatment processes. Objective of the guideline is to describe the application of suitable scientific and technical assessment methods to waste management strategies. The methods, their applicability, complexity, opportunities and limits are illustrated using practical examples.
Geokunststoffe werden im Wasserbau häufig eingesetzt, beispielsweise bei Maßnahmen für den Küstenschutz oder in Ballastschichten für Windenergieanlagen. Eine zunehmende Anwendung von Geokunststoffen wird aufgrund der Ausweitung der Offshore-Windenergieerzeugung und des Schutzes auf steigende Wasserspiegel und extremere Wetterbedingungen infolge des Klimawandels beobachtet. Die Anwendung von Geokunststoffen in Wasserbauprojekten bietet zwar verschiedene wirtschaftliche und technische Vorteile, wurde jedoch kürzlich in Frage gestellt, da sich diese Materialien während ihrer Lebensdauer verschlechtern und langfristig gefährliche Auswirkungen auf die aquatische Umwelt haben können, insbesondere als Ursprung von Kunststoffabfällen oder als Quelle / Senke für Chemikalien wie Weichmacher und Stabilisatoren, die bei der Herstellung von Geokunststoffen verwendet werden, um deren Leistung zu verbessern. Der Vortrag geht auf diese Bedenken ein.
This study was undertaken to investigate the long-term performance of elemental iron as reactive material for the removal of uranium in passive groundwater remediation systems. By using 237U as a radioindicator it was possible to track the movement of the contamination front through a test column without taking samples or dismantling the apparatus. The stoichiometric ratio between uranium and iron was found to be 1:(1390±62). The reaction between iron and uranium is of pseudo first-order kinetics and the rate constant was measured to be (1.1±0.09)×10-3 s-1. These data enable the calculation of ideal lifetime for permeable reactive barriers (PRB) using iron for uranium removal neglecting hydrological factors that may impair the function of PRBs.
This study was undertaken to investigate the long-term performance of hydroxyapatite (HAP) as reactive material for the removal of uranium in passive groundwater remediation systems. 237U used as a radioindicator enabled tracking the movement of the contamination front through a test column without taking samples or dismantling the apparatus. The stoichiometric ratio between uranium and HAP was found to be 1:(487±19). Uranium removal by HAP is of pseudo first-order kinetics and the rate constant was measured to be (1.1±0.1)×10-3 s-1. HAP can sorb more than 2900 mg/kg uranium. Possible reaction pathways of uranium and HAP are discussed. The data obtained enable the calculation of ideal lifetime for permeable reactive barriers (PRB) using HAP for uranium removal neglecting hydrological factors that may impair the function of PRBs.
Behaviour of uranium in elemental iron and hydroxyapatite reactive barriers: column experiments
(2005)
Für eine detaillierte Analyse der Gefüge- und Porenstruktur weitgestufter Erdstoffe ist es notwendig, diese dreidimensional (3D) zu visualisieren und ihre Kenngrößen zu ermitteln. Dazu wurde an der BAM eine Präparationsmethode entwickelt, die es ermöglicht die Porenstruktur von Probenkörpern aus suffosiven Erdstoffen und definierten Korngrößenverteilungen über CT-Aufnahmen abzubilden. Über eine eigens dafür, in Zusammenarbeit mit dem Zuse-Institut Berlin (ZIB), entwickelte Bildanalysemethode wurden die Strukturdaten visualisiert. Aus dem Bilddatensatz konnte bereits in der Rückwärtsrechnung eine Kornverteilungslinie zur Validierung generiert und mit experimentell ermittelten Sieblinien verglichen werden. Des Weiteren wurden in Säulenexperimenten Kornumlagerungsprozesse unter der Verwendung von CT-Aufnahmen beobachtet.
Als eine weitere Möglichkeit zur Beschreibung von Gefüge- und Porenstrukturen wurden Kugelpackungen modelliert und deren Strukturdaten ermittelt. Mit einem an der HTWK entwickelten stochastisch-heuristischen Algorithmus lassen sich wirklichkeitsnahe 3D-Gefügemodelle aus kugelförmigen Feststoffpartikeln generieren. Die Kornverteilung ist dabei wählbar. Für die erstellten Gefügemodelle kann der vollständige Porengraph einschließlich der Porengrößen und Engstellen ermittelt und ausgelesen werden.
Ein an der BAM entwickelter und durch die BUW erweiterter Säulenversuch unter Verwendung systematisch veränderter Korngemische von natürlichen Gesteinskörnungen und Glaskugeln ergab weitere Aufschlüsse über die strukturbildenden Fraktionen des Korngerüstes.
Die Perkolationstheorie ist eine moderne wahrscheinlichkeitstheoretische Methode, um Fluss- und Transportvorgänge innerhalb poröser Medien zu simulieren. Über Porennetzwerkmodelle werden die komplexen Fließwege in der Porenstruktur vereinfacht abgebildet. An der BUW wurde ein 3D-Bond-Perkolationsmodell auf einem simplen kubischen Gitter realisiert, in dem die Gitterknoten die Poren und die Gitterstäbe die Porenengstellen repräsentieren. Lokale und globale Strukturveränderungen infolge Partikeltransports werden über die Analyse von Porenräumen beschrieben. Mit diesem Perkolationsmodell können Aussagen zur lokalen und globalen Strukturveränderung durch Partikeltransport in definierten Bodenvolumen abgeleitet werden. Die hergeleiteten Zusammenhänge zu den suffosiven Materialtransportbedingungen mit der Perkolationstheorie sind für homogene, isotrope und selbstähnliche Erdstoffgefüge gültig.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) mit ihrem Fachbereich 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien hat für das Verbundvorhaben „ATR - Aufschluss, Trennung und Rückgewinnung von ressourcenrelevanten Metallen aus Rückständen thermischer Prozesse mit innovativen Verfahren“ die Gesamtkoordination übernommen. Bei insgesamt neun Projektpartnern fiel folgerichtig ein nicht unwesentlicher Aufwand für Verwaltungsaufgaben an.
Insbesondere die Verzögerungen bei dem Bau der großtechnischen Anlagen im Teilprojekt B (ausführlich erläutert im Bericht für das Gesamtvorhaben) resultierten in einer Vielzahl von Folgeaufgaben.
Wissenschaftlich verfahrenstechnisches Ziel des Teilprojektes A bei der BAM war die Rückgewinnung von Metallen und metallischer Verbindungen aus speziellen, bereits teilaufbereiteten Fraktionen von Aschen aus der Hausmüllverbrennung (HMVA). Ausgangsmaterial sollten Fraktionen sein, die im Rahmen des Projektes vom Projektpartner TARTECH eco industries AG bereitgestellt werden sollten. Eigens und im Rahmen des Projektes entwickelte Hochgeschwindigkeits-Rotations-
Beschleuniger sollten die mineralischen Oberflächenverkrustungen abschlagen, die einzelnen Bestandteile trennen und so eine effizientere Sortierung mit Anschlussverfahren ermöglichen. Die Verfahren, die bei der BAM dafür zum Einsatz kamen, waren im Wesentlichen Flotation und Dichtesortierung mittels eines Zentrifugalsortierers. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf der Rückgewinnung bzw. Anreicherung von Kupfer und Kupferverbindungen.
In den Rückständen thermischer Verfahren sind bedingt durch den Verbrennungsprozess Metalle sowohl in elementarer wie auch in chemisch gebundener Form enthalten. Früher wurde Eisenschrott vor allem deshalb mit Magneten abgetrennt, weil sonst die Verwertung als Baustoff erschwert war. Nichteisen-Metalle, bei Rostasche aus einer Müllverbrennungsanlage (MVA) sind dies hauptsächlich Kupfer und Aluminium, können mit der Wirbelstromtechnik abgetrennt werden. Auf diese Weise sinken auch die Gehalte an umweltrelevanten Schwermetallen. Allerdings werden die kleinen Korngrößen und die chemische gebundenen Metallen (z.B. Oxide oder Carbonate) bisher in der Aufbereitung nicht erfasst. Der Beitrag befasst sich mit den verfahrenstechnischen Potenzialen zur Erhöhung der Metallausbeute.
In 2018, the production of Municipal SolidWaste (MSW) in EU-28 reached 250.6 Mt, with the adoption of different management strategies, involving recycling (48 wt %), incineration and thermal valorization (29 wt %) and landfilling (23 wt %). This work was based on the analysis of the baseline situation of MSW management in EU-28 in 2018, considering its progress in 2008–2018, and discussed the possible improvement perspectives based on a framework involving incineration and recycling as the only possible alternatives, specifically evaluating the capability of already-existing incineration plants to fulfill the EU needs in the proposed framework. The results of the assessment showed two main crucial issues that could play a pivotal role in the achievement of Circular Economy action plan targets: the need to increase the recycling quotas for specific MSW fractions through the separate collection, and therefore the improvement of definite treatment process chains; the optimization of the recovery of secondary raw materials from incineration bottom ash, involving the Recycling of ferrous and nonferrous metals and the mineral fraction. Both issues need to find an extensive application across all member states to decrease the actual differences in the adoption of sustainable MSW management options.
The long-term leaching behavior of incineration bottom ash (IBA) was studied with large-scale samples from two German waste incinerators with grate technology. The observation period was up to 281 days. The aging processes proceeded faster in the outdoor storage of the samples. The dominant factor in the leaching behavior is the pH, which starts at values above 12 and decreases to values below 10 (outdoors, <11 indoors). Most heavy metals exhibit minimum solubility in this pH range. The solubility of Sb depends on the prevailing Ca concentration, due to the formation of low-soluble Ca antimonate. The very low sulfate concentrations observed in the leaching tests with fresh IBA could be explained by the presence of ettringite. In the course of the aging reaction, ettringite is transformed into gypsum. The results from batch tests were compared with those from column tests, showing reasonable agreement. Leaching dynamics can be better followed with column tests. All results confirm that the use of IBA is possible under German law.