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Small-arm shooting ranges often receive a significant input of lead (Pb), copper (Cu) and antimony (Sb) from ammunition. The goal of the present study was to investigate the mobility, distribution and speciation of Pb and Sb pollution under field conditions in both untreated and sorbent-amended shooting range soil. Elevated Sb (19–349 μg L⁻¹) and Pb (7–1495 μg Pb L⁻¹) concentrations in the porewater of untreated soil over the four-year test period indicated a long-term Sb and Pb source to the adjacent environment in the absence of remedial measures. Mixing ferric oxyhydroxide powder (CFH-12) (2%) together with limestone (1%) into the soil resulted in an average decrease of Sb and Pb porewater concentrations of 66% and 97%, respectively. A similar reduction was achieved by adding 2% zerovalent iron (Fe°) to the soil. The remediation effect was stable over the four-year experimental period indicating no remobilization. Water- and 1 M NH₄NO₃-extractable levels of Sb and Pb in field soil samples indicated significant immobilization by both treatments (89–90% for Sb and 89–99% for Pb). Results from sequential extraction analysis indicate fixation of Sb and Pb in less accessible fractions like amorphous iron oxides or even more crystalline and residual mineral phases, respectively. This work shows that amendment with Fe-based sorbents can be an effective method to reduce the mobility of metals both in cationic and anionic form in polluted shooting range soil.
Es wurde ein Online-Analysenverfahren zur Bestimmung von Elementgehalten in Klär-schlammaschen und deren Produkten aus einem thermochemischen Verfahren entwickelt. Durch das thermochemische Verfahren können Wertstoffe aus den Aschen wieder für die Kreislaufwirtschaft nutzbar gemacht und Schadstoffe sicher entfernt werden. Das Analysensystem ist eine Methodenkombination von Online-Laser induzierter Plasma Spektroskopie (LIBS) und Online-Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA). Robustheit und modulare Bauweise des Verfahrens sind wichtige Anforderungen um auch für andere Anwendungen nutzbar zu sein.
Aufgrund ihrer Phosphorgehalte bieten Klärschlammaschen (KSA) Potentiale für die Herstellung von Phosphatdüngern. Da die agronomische Wirksamkeit von KSA häufig gering ist, bedarf es einer Aufbereitung. Diese kann sowohl vor oder während der Verbrennung des Klärschlamms als auch nachgeschaltet durch eine Aufbereitung der KSA erfolgen.
Mit dem nachgeschalteten, thermochemischen AshDec® Verfahren können unter Hinzugabe eines Natrium-Additivs bereits wirksame aschebasierte Düngerprodukte aus KSA hergestellt werden. Im Rahmen des BMBF-Projekts „R-Rhenania“ wurde auf dieser Basis ein thermochemisches Verfahren für eine Rostfeuerung entwickelt, bei dem die Zugabe des Natrium-Additivs direkt bei der Klärschlammverbrennung erfolgt. So sollen die hochwirksamen aschebasierten Dünger direkt bei der Klärschlammverbrennung entstehen (R-Rhenania-Prozess). Der Vergleich von Produkten aus beiden Prozessen (R-Rhenania und nachgeschaltetes AshDec Verfahren) zeigt, dass die chemische Zusammensetzung vergleichbar ist.
In Versuc
Project ASHES – nutrient recycling from the thermo-chemical processing of waste bagasse and straw
(2017)
Recycling of nutrients from residues of thermo-chemical processing of bagasse/sugar cane straw. The project ASHES is a German-Brazilian collaborative research project and is focused on the recycling of nutrients from residues of thermo-chemical processing of by-products of sugar cane industry (bagasse/straw) in Brazil. The challenge of the project is to increase the energy efficiency of thermal conversion (combustion/gasification) and to enable the recycling of process ashes to close material cycles by gaining adequate and competitive fertilizers as well as (functional) fillers in (bio-)polymer compounds. For this purpose, phosphorus salts are recovered from bagasse, straw, filtercake and vinasse with leaching and precipitation. The AshDec process was used to increase the availability of phosphorus for plant uptake in the ashes. Additives like sewage sludge and chicken manure were also tested. Different fertilizer formulations are granulated/pelletized and tested regarding their storage/handling characteristics. The fertilizing effects are evaluated in plant growth tests and compared with common extraction methods and the new promising diffusive gradients in thin films (DGT)-method. The results of the agronomic investigation of various ashes based products should provide targeted and integrated recommendations for the thermal conversion of bagasse/straw to secondary fertilizers in line with the so-called Next Generation fertilizer strategy. ASHES-partners are Fraunhofer UMSICHT (coordinator), Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Fraunhofer IGB, Forschungszentrum Jülich (FZJ), CUTEC Institute, the Brazilian Center for Research in Energy and Materials (CNPEM), Federal Institute of Goiás (IFG), Laboratório Nacional Agropecuario (LANAGRO) and the Universidade Federal de Goiás (UFG), as well as the companies Tecnaro and Outotec.
Jährlich entstehen in Brasilien ca. 2 bis 10 Millionen Tonnen Aschen aus der Verbrennung von Zuckerrohrbagasse. Die Aschen enthalten schwankende Zusammensetzungen an mineralischen Nährelementen und könnten daher zu Düngezwecken verwendet werden.
Allerdings ist (i) die Nährstoffverfügbarkeit gering, (ii), die entsprechende Nährstoffzusammensetzung nicht optimal für die Nutzung der Aschen als Düngemittel für die Hauptanbaukulturen in Brasilien und (iii) weisen die Aschen aufgrund häufig schlechter Verbrennungsqualitäten hohe organische Kohlenstoffgehalte auf. Im Rahmen des Forschungsprojekts ASHES („Rückführung von Nährstoffen aus Aschen von thermochemischen Prozessen mit Bagasse bzw. Zuckerrohrstroh“), arbeiten 7 deutsche und 4 brasilianische Partner an der Optimierung der thermochemischen Verwertung von Rückständen aus der Zuckerproduktion in Brasilien, inklusive der Formulierung von optimierten Düngemischungen auf Basis der generierten Aschen. In dieser Veröffentlichung wird die Verarbeitung dieser optimierten Mischungen zu Pellets und Granulaten unter Verwendung verfügbarer regionaler Reststoffe wie Filterkuchen (Vinasse-Presskuchen) sowie Hühnertrockenkot beschrieben. Zur Untersuchung der Handlingeigenschaften wurden die produzierten Pellets und Granulate hinsichtlich ihrer mechanischen Stabilität und des Wasseraufnahmevermögens untersucht. Dafür wurden geeignete Prüfverfahren angepasst und entsprechende Versuche durchgeführt.
Im Rahmen des EU-Projekts P-REX werden unter anderem die zwei thermischen Verfahren ASH DEC und Mephrec zur technischen Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm und Klärschlammaschen für die P-Düngemittelproduktion betrachtet. Die Produkte haben geringe Konzentrationen an Schwermetallen und eine bessere P-Löslichkeit als die nicht behandelten Klärschlammaschen. Die Klärschlammasche wird im ASH DEC-Verfahren mit Natriumverbindungen unter reduzierenden Bedingungen im Drehrohrofen behandelt. Das Verfahren wurde erfolgreich bei einem Demonstrationsversuch getestet. Das Mephrec-Verfahren ist ein metallurgisches Schmelzverfahren und wird unter reduzierenden Bedingungen im Schachtofen durchgeführt. Es ist eine Pilotanlage in Nürnberg geplant.
