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Werkstoffe
(2012)
Ressourcen aus Abfall
(2012)
Die Beseitigung unbehandelter Abfälle auf Deponien gehört der Vergangenheit an, nicht nur weil Verordnungen diese Praxis verbieten, sondern auch, weil wegen steigender Preise für Rohstoffe und sinkender Gehalte in Erzen auch in Abfällen nach Alternativen gesucht wird. In den Aschen aus Hausmüllverbrennungsanlagen können mit einfachen Verfahren Metalle zurückgewonnen werden. Mit dem Phosphor aus Klärschlammaschen können Düngemittel hergestellt und so natürliche Ressourcen geschont werden. In beiden Fällen ist die Anreicherung der Wertstoffe durch den Verbrennungsprozess vorteilhaft, da die Effizienz von Recyclingprozessen stark von der Konzentration im Ausgangsgut abhängig ist.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Disposal of untreated waste has come to end due to new legislation in this field. Furthermore as a response to increasing prices for primary raw materials and decreasing ore concentrations products from waste treatment display a source for secondary raw materials. Elemental metals can be easily separated from municipal solid waste incineration bottom ash. Fertilizers can be produced using phosphate from sewage sludge ashes thus preserving natural resources. In both cases the enrichment taking place in the incineration process facilitates the resource recovery, because the efficiency of recycling processes is dependent on the concentration of the input material.
Die Abfallwirtschaft in Deutschland behandelt eine Menge von 359 Mio. Tonnen. Den größten Anteil haben Bau- und Abbruchabfälle mit 54%. Die Behandlungsverfahren dafür unterscheiden sich stark von denen für Siedlungsabfälle. Gemäß Europäischer Abfallrichtlinie ist Recycling gegenüber einer energetischen Verwertung in der Hierarchie der Abfallbehandlungsverfahren höher bewertet. Bei der thermischen Behandlung entscheidet die Energieeffizienz des Verfahrens, ob eine Behandlung als Verwertung oder Beseitigung gilt. Nach dieser Richtlinie erfolgt die Berechnung der Energieeffizienz stark vereinfacht mit der sogenannten R1-Formel. Veröffentlichte Daten zu Wärme- und Stromproduktion verschiedener thermischer Abfallbehandlungsanlagen werden mit der R1-Formel und Daten aus der Literatur verglichen. Mengen und Entsorgungswege sowie Möglichkeiten zur Bewertung von Abfallbehandlungsverfahren werden diskutiert. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Waste management in Germany covers an amount of 359 million tons. The largest fraction is construction and demolition waste (C&D waste) with some 54%. The treatment processes for C&D waste differ from those for municipal solid waste. According to the European Directive on Waste a waste hierarchy shall apply where recycling has a higher priority than energy recovery. A thermal treatment is regarded as recovery operation only if the energy efficiency is above a certain limit. Under the terms of the directive a simplified calculation of the energy efficiency is perfomed using the so-called R1 formula. Published data on heat and power production of several thermal waste treatment plants are compared to the R1 formula and data from literature. Amount and waste management options for different waste fractions and how to evaluate different waste management processes are discussed.
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.
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.