4 Material und Umwelt
Filtern
Dokumenttyp
- Zeitschriftenartikel (21)
- Vortrag (15)
- Forschungsbericht (3)
- Beitrag zu einem Tagungsband (2)
- Buchkapitel (1)
Schlagworte
- Leaching (19)
- BBodSchV (6)
- PAK (6)
- Verwertung (5)
- Bodenmaterial (4)
- Antimony (3)
- Construction products (3)
- Ecotoxicity (3)
- Elutionsverfahren (3)
- Lysimeter (3)
Organisationseinheit der BAM
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (42) (entfernen)
Paper des Monats
- ja (2)
The environmental impact assessment of materials is usually based on laboratory tests, mostly in combination with models describing the longterm fate of the substances of interest in the targeted environmental compartment. Thus, laboratory tests are the fundamental link to achieve appropriate assessment conclusions which makes it essential to generate consistent results. This just as applies to the leaching of cementitious materials. In Europe, the leaching behavior of monolithic building materials is tested in the Dynamic Surface Leaching Test following the specification CEN/TS 16637–2. An interlaboratory comparison on European level regarding this technical specification showed relatively high intra- and interlaboratory variations for the tested materials (monolithic copper slag and cement stabilized coal fly ash). Therefore the German Committee for Structural Concrete (DAfStb) framed a guideline to specify additional testing conditions for cementitious materials. To assess the possible improvement by this guidelines measures, a round robin test with 11 participants from Germany and the Netherlands was conducted. This work aims to provide insight into the factors to be considered in the testing of alkaline materials, including sample preparation, and highlights crucial procedures and their manifestation in the results. All evaluated parameters showed improved results compared to the earlier round robin test. The relative standard deviations for repeatability (RSDr) and reproducibility (RSDR) of the elements calcium, barium, antimony, chromium, molybdenum and vanadium, which are the parameters evaluated in both round robin tests, were RSDr = 4%, 4%, 2%, 5%, 5%, and 5% respectively (4% in average) for this work, in comparison to the European round robin test with an average RSDr of 29% (17%, 17%, 20%, 40%, 36%, and 42%). The RSDR improved from 41% (30%, 36%, 29%, 57%, 40%, and 56%) to 14% (12%, 8%, 6%, 28%, 15%, and 12%). CO2 ingress during testing and the inaccuracy of eluate analytics for concentrations close to the determination limits were identified as the main sources of error.
The use of ashes from municipal solid waste incineration as secondary building materials is an important pillar for the circular economy in Germany. However, leaching of potential toxic elements from these materials must be at environmentally acceptable levels. Normally, a three-month ageing period immobilizes most hazardous heavy metals, but antimony (Sb) and vanadium (V) showed previously unusual leaching. In order to clarify the mechanisms, we analyzed the Sb and V species in various bottom and fly ashes from municipal waste incineration by XANES spectroscopy. Antimony oxidizes from Sb(+ III) species used as flame retardants in plastics to Sb(+ V) compounds during waste incineration. However, owing to the similarity of different Sb(+ V) compound in the Sb K- and L-edge XANES spectra, it was not possible to accurately identify an exact Sb(+ V) species. Moreover, V is mainly present as oxidation state + V compound in the analyzed ashes. However, the coarse and magnetic fraction of the bottom ashes contain larger amounts of V(+ III) and V(+ IV) compounds which might enter the waste incineration from vanadium carbide containing steel tools. Thus, Sb and V could be critical potential toxic elements in secondary building materials and long-term monitoring of the release should be taken into account in the future.
Kunststoff- und Kunststoffrasenflächen kommt bei intensiv genutzten Flächen als Allwetterbeläge eine große Bedeutung zu. Sie leisten einen wichtigen Beitrag zur Absicherung eines ganzjähriger Sportangebote.
Gerade Kunststoffrasen ist aber in den letzten Jahren häufig in die Kritik geraten, insbesondere durch gefährliche Inhaltsstoffe und andere negative Einflüsse auf die Umwelt. Dies hat bei Bauherren zu einer Verunsicherung geführt und Fragen aufgeworfen, die erst teilweise beantwortet sind. Die Diskussionen rund um diesen Allwetterbelag haben bereits dazu geführt, dass von Seiten der Industrie viel verändert wurde und neue innovative Lösungen gefunden werden.
Der Fachbericht stellt eine Handreichung für Fachleute und interessierte Laien dar, um mehr Klarheit besonders hinsichtlich der Umweltanforderungen zu erzielen.
Due to its large mineral fraction, incineration bottom ash (IBA) from municipal solid waste incineration is an interesting raw material that can be used for road construction or to produce secondary building materials. However, leaching chloride, sulfate, and potentially harmful heavy metals may cause problems in using IBA in civil engineering. Investigating leaching behavior is crucial for the assessment of the environmental compatibility of IBA applications. Various test procedures are available for that purpose. In the present study, a long-term leaching test of a wet-mechanically treated IBA was performed in a lysimeter for almost six years.
While concentrations of chloride, sulfate and the majority of the heavy metals started to decrease rapidly with progressive liquid-to-solid ratio (L/S), antimony (Sb) and vanadium (V) behaved differently. At the beginning of the lysimeter test, the Sb and V concentrations were low, but after approximately one year of operation at an L/S ratio of around 0.8 L/kg, a steady increase was observed. It was shown that this increase is the result of low Ca concentrations due to the formation of CaCO3.
With the data, the solubility products from Ca-antimonate and Ca-vanadate were calculated. The unusual leaching behavior of Sb and V should be kept in mind when considering field scenarios and evaluating the impact on the environment.
Wie Länder mit ihren Abfällen umgehen, hängt nicht nur von der Wirtschaftskraft eines Landes ab. Selbst in einem reichen Land wie Australien werden unbehandelte Abfälle einfach deponiert. Im Rahmen der Travelling Conference, einer vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Vortragsreihe, besuchten Fachleute die Länder Südkorea, Vietnam und Australien, um mit Experten vor Ort Fragestellungen aus der Abfallwirtschaft zu diskutieren. Zu den Schwerpunktthemen zählte die Steigerung der Ressourceneffizienz im Spannungsfeld von ökonomischen und umweltpolitischen Interessen. Eine Frage war beispielsweise die Bewertung der Umweltverträglichkeit von mineralischen Abfällen, wenn diese als Ersatzbaustoffe eingesetzt werden. In diesem Beitrag werden Ähnlichkeiten und Unterschiede bei der Entsorgung von Siedlungsabfällen, beim Recycling und bei der Bewertung der Umweltverträglichkeit der Wiederverwertung von Abfällen in den drei besuchten Ländern im Vergleich zu Deutschland aufgezeigt. Dabei ist man sich in Deutschland und den drei besuchten Ländern einig, dass die Abfallbeseitigung auf Deponien ohne Rückgewinnung von Ressourcen oder Energie die schlechteste Abfallentsorgungsoption ist. Einigkeit besteht auch darin, dass die Ziele einer nachhaltigen Abfallwirtschaft der Schutz der menschlichen Gesundheit und der Umwelt sowie die Schonung von Ressourcen sind. In allen drei Ländern werden große Mengen an mineralischen Abfällen erzeugt, die bei Nachweis der Umweltverträglichkeit einen Teil von natürlichem Sand und Kies für die Bauindustrie ersetzen könnten. Ähnlich wie in Deutschland werden recycelte Abfälle im Tiefbau jedoch nur in geringem Maße eingesetzt. Gründe dafür sind fehlende Behandlungsanlagen für mineralische Abfälle und Bedenken im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit.
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.
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.
Antimon (Sb) wird industriell vorwiegend als Flammschutzmittel in Kunststoffen verwendet. Am Ende des Lebenszyklus landet etwa die Hälfte des produzierten Sb, vorwiegend über entsprechend dotierte Kunststoffe, in Haus- und vor allem Industrieabfällen und in der Folge auch in relevanten Mengen in Rostaschen aus der Verbrennung dieser Abfälle.
Zwar werden in den Produkten Sb-Verbindungen in der Oxidationsstufe 3 eingesetzt, in den Aschen liegt Sb jedoch wegen der leichten Oxidierbarkeit überwiegend in der Oxidationsstufe 5 als Oxyanion vor (Sb(OH)6- oder Sb2O74-). Die Freisetzung beim Kontakt mit Wasser ist zunächst gering, weil die Antimonate schwerlösliche Verbindungen mit Ca2+ bilden. Durch die Carbonatisierung der Aschen während der vorgeschalteten Lagerung sinkt der pH-Wert im Eluat. Die Konzentration von Ca im Eluat nimmt mit fortschreitender Elutionsdauer ab, wodurch sich das Lösungsgleichgewicht verschiebt und Antimonate gelöst werden können. Dieses Verhalten wird durch einen Langzeitversuch mit Lysimetern bestätigt. Experimentelle Daten aus unterschiedlichen Elutionstests wurden mit dem Solver-Modul in MS Excel gefittet. Daraus ergibt sich Ca(Sb(OH)6)2xCa0.78(OH)1.56 als mögliche Verbindung für in Rostaschen enthaltenes Ca-Antimonat.
Laut Entwurf der MantelVO ist für Sb in Rostaschen eine Regulierung vorgesehen. Die darin vorgesehenen Grenzwerte könnten ein Problem für Rostaschen darstellen und gefährden die Verwertung der mineralischen Fraktion. In den meisten Bundesländern geschieht der Vollzug derzeit nach dem LAGA Merkblatt M20. Die darin festgelegten Parameter zur Bewertung berücksichtigen im Prinzip nur eine Richtung, bei der sich die Materialeigenschaften im Zuge der Alterung von Rostaschen verbessern. Dieser Zusammenhang ist bei Sb nicht gegeben, was bei der Beurteilung des Gefahrenpotentials aber Berücksichtigung finden sollte. Das entgegengesetzte Verhalten von Sb stellt Aufbereiter und Verwerter möglicherweise vor Probleme. Die Einführung einer Ersatzbaustoffverordnung im Rahmen der MantelVO soll bundeseinheitliche Rechtssicherheit bei der Verwertung von mineralischen Recyclingmaterialien schaffen. Damit würde dann auch eine Grundlage für Investitionen in verbesserte Aufbereitungsverfahren geschaffen werden. Da im Hinblick auf Sb aus dargestellten Zusammenhängen jedoch eher das Gegenteil zu befürchten ist, besteht Forschungsbedarf, um dieses Problem zu lösen.
Release of substances from joint grouts based on various binder types and their ecotoxic effects
(2022)
Background: The leaching of substances and the ecotoxic effects of eluates were studied for joint grouts that are based on various types of binders. Eight products, two of them containing either epoxy resin, polybutadiene or polyurethane binders, or modifed cement, were investigated using harmonized leaching tests for construction products in combination with ecotoxicity tests on algae, daphnia, luminescent bacteria, fish eggs and mutagenicity in accordance with CEN/TR 17105. In addition to basic parameters, such as pH, TOC, and inorganic components, organic substances in the eluates were analysed by gas and liquid chromatography in combination with mass spectrometry. Quantitative analyses in combination with ecotoxicity data on selected substances were used to deduce which substances cause the observed ecotoxic effects.
Results: Different patterns of ecotoxic effects were observed in joint grouts with different binder types. The most ecotoxic effects were observed in epoxy resin-based products, followed by polybutadiene-based products. Fewer ecotoxic effects were observed in polyurethane-based products and modifed cements. Some of these showed no ecotoxicity. Some of the substances in the eluates were identified and related to ecotoxic effects. 4-Tert-butylphenol and amines probably contributed to the ecotoxic effects of at least one of the epoxy resin-based renders, whereas cobalt is assumed to contribute to the toxic effect on algae of one of the polybutadiene-based products. However, only some of the leached substances could be identifed, and only some of the ecotoxic effects can be explained by the available information on the composition of eluates and known ecotoxic profiles of the identified substances.
Conclusions: Ecotoxicity tests on eluates from leaching tests indicate whether environmentally hazardous substances can be leached from construction products. Combined ecotoxicity tests and chemical analysis of eluates from EU-wide harmonized leaching tests for construction products can provide information on substances that cause these effects. This supports the identifcation and development of environmentally friendly construction products.
This study confirmed that ecotoxicity tests in accordance with CEN/TR 17105 are a tool well-suited to support the implementation of the European Commission’s zero pollution vision for 2050 and to reduce pollution to levels no longer considered harmful to health and natural ecosystems.