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Wastewater contains a diverse array of organic and inorganic compounds and its complex composition strongly depends on the location and the connected dischargers. However, municipal wastewater as a carrier of feces and urine generally contains considerable amounts of the main nutrients nitrogen and phosphorus. The latter is in the focus of the discussions about the recovery potential of wastewater due to the relatively high mass flows of phosphorus in wastewater and the finite nature and decreasing quality of phosphate rock reserves. But due to the presence of the whole periodic table of elements, wastewater might contain further valuable components of interest for recovery including those defined as critical raw materials by the European Commission. Phosphorus and most of the other critical raw materials are fixed in the sewage sludge and after incineration in the sewage sludge ash (SSA). This is accompanied by high concentration factors from wastewater via sludge to ash. However, the mass fractions of the majority of elements in sewage sludge are comparable to those of the earth crust, indicating no relative enrichment. Nevertheless, enrichment factors of 100 or higher are given for phosphorus, copper, zinc, cadmium, silver, tin, lead and the platinum group elements indicating an anthropogenic input. An economic value of sewage sludge was estimated to $460,-/t calculated on the basis of the respective market prices for high purity elements – a theoretical value. A German survey of sewage sludge ashes showed that the mass fractions and the mass flows of most of the elements present in SSA are probably too low for an economic recovery. In most cases the mass flows are rather small compared to the imports and the chemical forms are not suitable for recovery. An exception is phosphorus that is present in high mass fractions up to 13% and that bears a high substitution potential. If the application of P-recovery technologies lead to a further concentration of valuable elements e.g. as by-products in side streams of the process, it would probably make also the recovery of other elements of economic interest.
Mit dem Entwurf der im Januar 2011 vom Bundesumweltministerium vorgelegten Mantelverordnung, welche eine Novelle der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung sowie der Grundwasserverordnung sowie die neue Ersatzbaustoffverordnung (ErsatzbaustoffV) umfasst, werden neue Methoden zur Herstellung von wässrigen Eluaten im Gesetzestext verankert, In der Novelle der BBodSchV werden in diesem Zusammenhang für organische Schadstoffe u.a. Säulen- oder Schüttelverfahren genannt. Bei den Säulenversuchen sollen Perlcolate bis zu einem Flüssigkeits-Feststoffverhältnis von 2 1/lcg entsprechend dem Übereinstimmungstest nach DIN 19528 gesammelt werden. Das Schüttelverfahren soll nach E DIN 19527 („Schüttelverfahren zur Untersuchung des Elutionsverhaltens von organischen Stoffen mit einem Wasser/Feststoff-Verhältnis von 2 1/lcg“) durchgeführt werden.
In der Ersatzbaustoffverordnung wird als Verfahren zur Herstellung von wässrigen Eluaten bisher nur das Säulenverfahren nach DIN 19528 („Perlcolationsverfahren zur gemeinsamen Untersuchung des Elutionsverhaltens von anorganischen und organischen Stoffen“) genannt.
In diesem Beitrag wird ein Vergleich der Ergebnisse von Säulen- und Schüttelverfahren als Übereinstimmungstest für Böden und Bodenmaterialien, welche mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und Mineralölkohlenwasserstoffen (MICW) belastet sind, vorgenommen.
In der Bundes-Bodenschutz- und Altlasten-verordnung (BBodSchV) und im Arbeits-entwurf der Novellierung ist für den Wirkungspfad Boden-Grundwasser eine Sickerwasserprognose vorgesehen, um die Gefahren, die von kontaminierten Stand-orten für das Schutzgut Grundwasser ausgehen, beurteilen zu können. Bei der Sickerwasserprognose kann u.a. auf der Grundlage von Materialuntersuchungen im Labor die Quellstärke kontaminierter Ma-terialen ermittelt werden, welche dann bei Transportmodellierungen Berücksichtigung findet. Der Entwurf der Novellierung der BBodSchV sieht für die Ermittlung der Quellstärke den Übereinstimmungstest des Säulenversuchs nach DIN 19528 bis zu einem Wasser/Feststoff - Verhältnis (W/F) von 2 l/kg für anorganische und organische Stoffe (PAK) oder den Schüttelversuch nach DIN 19529 für anorganische Stoffe und E DIN 19527 für organische Stoffe auch jeweils mit einem W/F von 2 l/kg vor. Die Zulassung beider Elutionsverfahren setzt die Gleichwertigkeit der Ergebnisse beider Verfahren voraus. Im Folgenden werden die Ergebnisse des Vergleichs der Auslaugung von polyzyklischen aromat-ischen Kohlenwasserstoffen (PAK) aus unterschiedlichen Böden mit Hilfe beider Elutionsverfahren vorgestellt.
Für die vom Bundesumweltministerium vorgesehene Mantelverordnung sind validierte Unter-suchungsmethoden erforderlich. Dazu gehört auch die Herstellung von wässrigen Eluaten, z.B. zur Beurteilung der Mobilität von Schadstoffen und der Ableitung von Grenzwerten.
Ziel des Vorhabens war es, auf der Grundlage geeigneter Testmaterialien (mit prioritären organischen Schadstoffen kontaminierte Böden und Bodenmaterialien) Ringversuche zur Validierung des Schüttelverfahrens nach E DIN 19527 und des Säulenverfahrens für die Übereinstimmungs-untersuchung nach DIN 19528 durchzuführen. Auf der Grundlage der Untersuchungsergebnisse sollten beide Normen bezüglich der Vorgehensweise präzisiert werden und es sollten die während des Ringversuchs ermittelten Verfahrenskenndatenn zur Validierung der Normen herangezogen werden. Darüber hinaus sollten Säulen- und Schüttelverfahren als Übereinstimmungstest vergleichend bewertet werden.
Es wurden vier geeignete Ringversuchsmaterialien hergestellt und an insgesamt 18 Ringversuchsteilnehmer ausgegeben. Die Auswertung der Ringversuche erfolgte auf der Grundlage klassischer Statistik nach DIN ISO 5725 mit Hilfe der AuswertesoftwareProLab 2011 (quo data).
Auf der Grundlage der Validierungsringversuche wurden die Verfahrenskenndaten für die Norm DIN 19527 ermittelt. Die statistische Auswertung der eingereichten Datensätze war aufgrund der großen Streubreite der Daten schwierig. Die vorgeschriebenen statistischen Methoden zur Datenauswertung adressieren die Behandlung nicht gleichverteilter Datensätze nur ungenügend. Das muss bei der Bewertung der Ergebnisse und deren Zuverlässigkeit berücksichtigt werden.
Generell kann festgestellt werden, dass keine signifikanten Unterschiede zwischen den Ergebnissen der Schüttel- und Säulenelution beobachtet werden. Dabei werden beim Schüttelverfahren tendenziell etwas geringere Gesamtmittelwerte erzielt als beim Säulenverfahren, die berechneten Vergleichsvariationskoeffizienten sind für das Schüttelverfahren meist etwas niedriger. Dennoch erweisen sich beide Elutionsverfahren bei den eingesetzten Ringversuchsmaterialien als gut vergleichbar.