Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff in der Beton-, Asphalt- und Zementindustrie

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321 Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff

Verwertung von Abfallverbrennungsasche als Zuschlagstoff in der Beton-, Asphalt- und Zementindustrie

Stefan Lübben

1. Veranlassung ...321

2. Grundlagen ...324

3. Lösungsansatz ...329

4. Fazit ...333

5. Literatur ...334

1. Veranlassung

Die Stadtreinigung Hamburg (SRH) hat als Unternehmen, welches sich um nachhaltige Abfallwirtschaft bemüht, bereits früh auf Abfallverbrennung gesetzt und ab 1999 alle häuslichen und hausmüllähnlichen Abfälle den vier für die hamburgischen Abfälle zur Verfügung stehenden Abfallverbrennungsanlagen zugeführt. In 2013 ent- standen durch die Verbrennung von 1.130.000 Tonnen Abfall in diesen vier Anlagen etwa 280.000 Tonnen Rohasche, welche dann den zugehörigen Aufbereitungsanlagen zugeführt wurden. Erst durch die weitgehende Abtrennung von Unverbranntem, Eisenschrott und NE-Metallen sowie die anschließende mehrwöchige Lagerung zur chemischen Stabilisierung der Asche durch Kalzinierung entsteht aus dem anfänglich kaum verwertbaren Gemenge ein Mineralgemisch, welches als Fertigasche (Hausmüll- verbrennungsasche HMVA) einen Ersatzbaustoff darstellt und auf dem freien Markt angeboten werden kann.

Bild 1 zeigt die Mengenentwicklung bei den abgetrennten Metallen exemplarisch für eine Aufbereitungsanlage im Raum Hamburg. Die Werte zeigen einen deutlich rückläufigen Fe-Schrottgehalt seit 1997, welcher ursprünglich bei bis zu zwölf Prozent lag und inzwischen auf deutlich unter vier Prozent zurückgegangen ist. Die aufgrund ihres Marktwertes besonders interessanten NE-Metalle werden erst seit 1998 abgetrennt. Durch mehrfache Optimierung der Anlagentechnik konnte der abgetrennte NE-Anteil auf über ein Prozent der behandelten Rohasche gesteigert werden. Das technologisch maximal Mögliche ist bei der NE-Abtrennung damit nicht getan, eine weitere Steigerung der NE-Abtrennung wäre mit konventioneller Technik jedoch kaum mehr wirtschaftlich.

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Stefan Lübben

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Bild 1: Darstellung der behandelten Rohaschemengen und der jeweils abgetrennten Metallanteile

Quelle: EEW: Energy from Waste Stapelfeld GmbH, persönliche Mitteilung vom 11. März 2015, 2015

Nach Abtrennung der genannten Wert- und Störstoffe verbleiben letztendlich jährlich etwa 255.000 Tonnen HMVA, wovon etwa 95.000 Tonnen deponiert werden. Der Grund für die Deponierung dieser Teilmenge liegt nicht in der möglicherweise minderwertigen Qualität dieser HMVA, sondern einzig in den entsprechenden, langfristigen vertragli- chen Vereinbarungen. Die verbleibenden etwa 160.000 Tonnen HMVA werden über die Hanseatische Schlackenkontor GmbH als Ersatzbaustoff im norddeutschen Raum vermarktet (Bild 2). Dabei verbleiben laut HSK (2015) im Durchschnitt der Jahre 2007 bis 2013 etwa sechzig Prozent der HMVA in Hamburg, etwa 23 Prozent werden nach Niedersachsen, etwa elf Prozent nach Schleswig-Holstein und die verbleibenden etwa sechs Prozent nach Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern geliefert.

Für die Verwertung werden definierte Korngrößenspektren hergestellt und angeboten, wobei der weitaus überwiegende Teil als Körnung 0 bis 32 mm (0/32) angeboten wird.

Für spezielle Anwendungszwecke wird ggf. eine andere Absiebung hergestellt. Die HMVA wird zu 56 % im Industrie- und Gewerbebau, zu 27 % im Deponiebau und zu 15 % im Straßen- und Wegebau eingesetzt [11]. Die Absatzmöglichkeiten für HMVA als Deponiebaustoff werden jedoch in den kommenden Jahren kontinuierlich zurückgehen, da die Stilllegungsarbeiten auf Deponien nach der großen Deponieschließungswelle in 2005 nach und nach beendet werden.

Für den Einsatz dieses Ersatzbaustoffes ist die Mitteilung zwanzig der Länderarbeitsge- meinschaft Abfall (LAGA M 20) das maßgebliche Regelwerk, welches – zumindest für Hamburg – noch ergänzt wird um verschiedene Technische Regeln (TR Bauschutt, TR Schlacken aus Hausmüll-Verbrennungsanlagen, TR Straßenaufbruch, TR mineralische

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 160.000 Rohaschemenge t/a

Metallanteil

%

Rohasche 0-32 mm Fe-Anteil NE-Anteil

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Abfälle aus Gießereien, TR Schlacken und Aschen aus steinkohlebefeuerten Kraftwer- ken, Heizkraftwerken und Heizwerken). Ferner sind § 7 Bundesbodenschutz-Gesetz und §§ 9 ff Bundesbodenschutz-Verordnung zu berücksichtigen. Um die Komplexität dieser zahlreichen zu berücksichtigenden, jedoch nicht sauber auf einander abge- stimmten Regelwerke zu vereinfachen und zudem zu einer rechtssicheren Basis für die Verwertung mineralischer Abfälle zu gelangen, wird seit 2006 beim BMUB an der Mantelverordnung gearbeitet. Diese Mantelverordnung soll die Anforderungen des Grundwasser- und Bodenschutzes berücksichtigen, die Altlastenverordnung anpassen und eine spezielle, sog. Ersatzbaustoffverordnung für die Verwendung von Ersatzbau- stoffen in technischen Bauwerken beinhalten. Die mittlerweile neunjährige, teils sehr kontroverse Diskussion über die verschiedenen Arbeitsentwürfe der Mantelverordnung Bild 2: Massenströme bei der HMVA-Entstehung und -Vermarktung in Hamburg

Quelle: HSK: Hanseatisches Schlackenkontor GmbH. Zitiert in: Entwurf des Abfallwirtschaftsplanes Siedlungsabfälle der Freien und Hansestadt Hamburg. Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Abteilung Abfallwirtschaft, Stand 02.02.2015, unveröffentlicht, 2015

Abfälle aus den Landkreisen Niedersachsens 120.000 t

MVR Rugenberger Damm

Hamburg 320.000 t

120.000 t 200.000 t 320.000 t 130.000 t 200.000 t 160.000 t

MVB Borsigstraße Hamburg 320.000 t

HMV-Rohschlacke 280.000 t

Schlackeaufbereitung

HMV-Fertigschlacke 255.000 t

Vermarktung von HMV-Fertigschlacke durch Hanseatisches Schlackenkontor GmbH (HSK)

160.000 t

Beseitigung von HMV-Schlacke auf der Deponie Damsdorf/Tensfeld

95.000 t Abscheidung

von Eisenmetallen 22.000 t

Abscheidung von Nicht-Eisenmetallen

3.000 t MVA Stellinger

Moor Hamburg 130.000 t

EEW Energy from Waste Stapelfeld

360.000 t Abfälle der Stadtreinigung

Hamburg (SRH) 850.000 t Abfälle aus den Landkreisen Schleswig-Holsteins 160.000 t

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Stefan Lübben

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hat bei potenziellen HMVA-Abnehmern viel Verunsicherung hervorgerufen.

Scharfe Richt-, Grenz- oder Vorsorgewerte, wie auch die Forderung von HMVA- Mindesteinbaumengen von 1.500 m³ je Baustelle haben bei Kunden den Eindruck erweckt, es handele sich um einen Gefahrstoff, dessen Einsatz unkalkulierbare Risiken birgt. So verwundert es nicht, dass auch im Großraum Hamburg, wo der HMVA-Absatz bislang noch vergleichsweise gut lief, die HMVA-Vermarktung zunehmend Probleme bereitet und die HMVA-Lagerflächen zeitweise überlaufen. Angesichts dieser Tatsache, verbunden mit dem aktuellen Kauf einer Abfallverbrennungsanlage und der Erhöhung der Eigentumsanteile bei einer weiteren Abfallverbrennungsanlage durch die Stadtrei- nigung Hamburg, hat die Stadtreinigung Hamburg den Entschluss gefasst, sich selbst mehr um die HMVA-Vermarktung zu kümmern. Die im zweiten Referentenentwurf der Mantelverordnung vorgesehene Mindesteinbaumenge von 1.500 m³ pro Baustelle würde für Hamburg bedeuten, dass der weitaus größte Teil der mit Hamburger HMVA beschickten Baustellen künftig zu klein und deren Belieferung somit nicht mehr zulässig wäre [7]. Eine HMVA-Vermarktung in die bisherigen Absatzfelder wäre dann nicht mehr möglich. So ist es ein Ziel der Stadtreinigung Hamburg, neue Verwertungswege für die HMVA zu finden, um eine mittelfristig drohende weitgehende Beseitigung von HMVA auf Deponien zu verhindern.

Aktuell wird über einen dritten Arbeitsentwurf der Mantelverordnung gesprochen, welcher noch in 2015 als Referentenentwurf vorgelegt werden soll. Auch wenn dieser Entwurf gelockerte Forderungen hinsichtlich der Mindesteinbaumenge (100 m³ je Baustelle statt bislang 1.500 m³) und des Sulfatwertes im Eluat für RC1 aufweisen soll (650 mg/l statt bislang 450 mg/l) [15], bleibt die Stadtreinigung Hamburg bei dem Ziel, höherwertige Verwertungswege für die gesamte HMVA oder aber Teilströme daraus zu suchen und so das nachhaltige Handeln der Abfallwirtschaft voran zu treiben.

2. Grundlagen

Laut Greinert [9] handelt es sich bei der fertig aufbereiteten HMVA aus Hamburger Anlagen von Anfang an um ein Produkt, weil die Rohasche feste Aufbereitungsschritte regelhaft mit dem Ziel durchläuft einen Ersatzbaustoff bereitzustellen. Da es für die HMVA einen Markt und eine Nachfrage gibt und die HMVA alle technischen Anforderungen, Rechtsvorschriften und anwendbare Normen erfüllt, ist die HMVA, die die Aufberei- tungsanlagen in Hamburg verlässt, als Produkt anzusehen. Trotzdem hat die HMVA in der Öffentlichkeit ein relativ schlechtes Image und wird in der allgemeinen Wahrnehmung mit Abfall gleichgesetzt. Da der Absatz der HMVA in letzter Zeit phasenweise schwierig ist, nehmen die Bemühungen zur weiteren Produktverbesserung auch in Hamburg zu.

Die Erfahrungen der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass die Aufbereitung der Roha- sche aus dem Nassentschlacker durch verschiedene Stufen der Metallabscheidung und die kaltmechanische Klassierung nur bedingt in der Lage ist, aus Rohasche eine hochwertige und zudem leicht vermarktbare HMVA zu machen. Auch die etwa dreimonatige Lage- rung der Rohasche nach erfolgter Metallabscheidung zur Verbesserung verschiedener Anforderungen seitens der Bauphysik und des Umweltschutzes an HMVA (Rückgang

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der Eluierbarkeit von Chloriden, Sulfaten, Schwermetallen, Absenkung der Reaktivitäts- möglichkeiten, Erhöhung der Volumenstabiltät, Entfeuchtung) führen nicht zu einem in allen Teilbereichen optimalen Ersatzbaustoff. Die Eigenschaften der fertigen HMVA sind zwar weitgehend gleichbleibend, womit HMVA ein berechenbarer Ersatzbaustoff ist, die hohen Salzgehalte sowie die gelegentlich erhöhten Metallgehalte (Kupfer, Molybdän, usw.) können durch die konventionelle Aufbereitung aber nicht nennenswert beeinflusst werden und sind hauptverantwortlich für die stagnierende oder gar rückläufige Akzep- tanz von HMVA als Ersatzbaustoff. Es gibt zwar die grundsätzliche Möglichkeit, einen Nassentschlacker mit Wasserüberschuss zu fahren [20], diese Möglichkeit wird aber in der Praxis kaum, bzw. nur sehr eingeschränkt genutzt. Untersuchungen von Hirschmann et al. [10] haben gezeigt, dass der Chloridgehalt der fertigen HMVA durch Erhöhung des Wasserdurchsatzes im Entschlacker zwar verringert werden kann, es wurde aber auch aufgezeigt, dass das restliche Chlorid durch die Lagerung/Kalcinierung der Rohasche nicht eingebunden wird sondern mobil bleibt. Die vergleichsweise aufwendige Reinigung des Waschwassers aus dem Nassentschlacker führt letztendlich aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus zu einer Reduzierung des Wasserdurchsatzes und dadurch bedingt zu einer rückläufigen Reduzierung der Chlorid- und Sulfatgehalten der HMVA. Ver- gleichende Langzeituntersuchungen an den HMVA aus drei Abfallverbrennungsanlagen im Hamburger Raum haben gezeigt, dass die Chlorid- und Sulfatgehalte im Eluat von HMVA um etwa fünfzig Prozent reduziert werden können, wenn die Nassentschlacker mit Wasserüberschuss betrieben werden. Bei zwei der Anlagen konnte durch die Schla- ckenwäsche der Chloridgehalt im Eluat auf unter 100 mg/l, der Sulfatgehalt auf etwa 200 mg/l gesenkt werden, ohne Wäsche lag er hingegen bei etwa 180 mg/l Chlorid und etwa 360 mg/l Sulfat [5].

Untersuchungen von Kluge [12] zum Einsatz von HMVA in bituminösen Tragschichten als Ersatz für Kiessand kamen zu positiven Ergebnissen. Seegrön und Damm [17, 18]

erprobten die Herstellung von Kaltmischgut aus HMVA mit Bitumenemulsion im Tech- nikumsmaßstab und stellten fest, dass das Mischgut sehr wasser- und frostempfindlich ist, ein deutlich erhöhtes Hohlraumvolumen aufweist und diverse Mindestanforderun- gen nicht erfüllt werden können. Bei der nachfolgenden Erprobung von Kaltmischgut aus HMVA 0/16 und Bitumenemulsion auf einer Versuchsstrecke konnten zwar etwas verbesserte Ergebnisse erzielt werden, hohes Hohlraumvolumen, Aufblühungen, Risse und unbefriedigende Verdichtbarkeit zeigten aber auch hier, dass dieser Ansatz nicht erfolgversprechend ist.

Fast die gesamte als Ersatzbaustoff verwertete HMVA-Menge wird als HMVA-Gemisch mit dem vollständigen Kornspektrum (z.B. 0 bis 32 mm) verwendet. In den vergangenen zwanzig Jahren sind von den Abfallverbrennungsanlagen im Raum Hamburg und vom Hanseatischen Schlackenkontor über dreißig Gutachten zur Verwendung von HMVA als Ersatzbaustoff in Auftrag gegeben worden, dabei wurde in keinem der bis 2007 er- stellten Gutachten das Korngrößenspektrum der HMVA im unteren Bereich reduziert.

Das oftmals bezüglich der Salzfrachten eher kritisch zu sehende Fein- und Feinstkorn (<

200 µm) wurde stets in der HMVA belassen. In 2007 wurden im Auftrag der HSK-GmbH erste Untersuchungen zur Wäsche von beraubter Rohasche in einer Kieswaschanlage

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Stefan Lübben

326

(Schwertwäsche) vorgenommen und die Feinanteile kleiner 100 µm abgetrennt [13].

Ein erster Effekt dieser Wäsche war, dass auf eine anschließende Kalcinierungsphase verzichtet werden konnte, da die Kalcitintensität der gewaschenen HMVA von Anfang an bereits bei etwa 170 Counts lag und sich bei längerer Lagerung nicht weiter verrin- gerte. In anschließenden Eluattests (S4 und EN 1744-3) lagen annähernd alle gemes- senen Werte unterhalb der Prüfwerte für den Wirkungspfad Boden - Grundwasser [2], lediglich bei den Elementen Antimon und Chromat (bestimmt als Chrom VI) lagen die Werte häufig oberhalb der Prüfwerte. Beim Kupfer gab es mehrfach Gehalte im Eluat, die den Prüfwert erreichten oder knapp überschritten. Diese Prüfwertüberschreitun- gen sind jedoch kein Hinweis für eine unmittelbare Gefährdung, da bei beiden o.g.

Eluattests die HMVA intensiv mit Wasser vermengt und geschüttelt wird und dabei wesentlich mehr Ionen in Lösung gehen, als dieses in der normalen Bodenlösung er- folgen würde. Vor einem möglichen Eintrag ins Grundwasser findet zudem noch eine weitere Verdünnung oder aber Adsorption im Unterboden statt [21]. Anschließende Eignungsprüfungen in einem Hamburger Asphaltmischwerk zeigten, dass auch bei Ersatz von bis zu dreißig Prozent des Splitts durch gewaschene und von groben Glas- partikeln befreite HMVA der Körnung 2/22 ersetzt werden konnten, ohne dass die Messwerte die zulässigen Spannweiten der verschiedenen Prüfnormen überschritten [1]. Nachfolgende Eignungsprüfungen der Deutag [6] führten zu der Empfehlung, nicht mehr als zwanzig Prozent an gewaschener HMVA zuzusetzen, da andernfalls die Eigenschaften der Asphalttragschichten, insbesondere die Wasserempfindlichkeit, messbar negativ beeinflusst werden, auch wenn die Anforderungen der technischen Regelwerke noch eingehalten werden, wenn dreißig Prozent HMVA zugesetzt werden.

Untersuchungen von Müller und Rübner [14] zum Einsatz von HMVA verschiedener Körnungen zeigten, dass durch den HMVA-Zusatz das Porenvolumen in Beton- körpern erheblich – bis zum Doppelten – zunimmt und die Druckfestigkeit entsprechend abnimmt. Besonders bei Kontakt mit Wasser kommt es um die in der HMVA enthaltenen Aluminiumpartikel zur Bildung von Aluminiumhydroxiden mit entspre- chender Quellung und Abplatzungen des Betons nahe der Oberfläche. Um die in der HMVA enthaltenen Glaspartikel entstehen langfristig voluminöse Alkalisilikatgele, welche ebenfalls in der Lage sind, Risse im Beton hervorzurufen. Rübner et al. [16]

stellten fest, dass sich mit HMVA als Gesteinskörnung Normalbetone gut herstellen lassen, die im Vergleich zu Naturkies deutlich erhöhten Gehalte an metallischem Alu- minium, Glas und Chloriden führen jedoch zu deutlichen Schäden an Betonkörpern, wenn diese in Kontakt mit Wasser kommen. Die Autoren empfehlen daher, den Gehalt der für die Betonherstellung eingesetzten, auf HMVA basierenden Gesteinskörnungen an metallischem Aluminium erheblich (auf max. 0,2 Massenprozent) zu reduzieren.

Der Chloridgehalt sollte auf unter 0,04 Massenprozent gesenkt werden, um Beweh- rungsstahlkorrosion zu verhindern. Der Glasanteil sollte ebenfalls soweit wie möglich reduziert werden, wobei hier keine Empfehlungswerte für Maximalgehalte gegeben werden. In den Versuchen wurden HMVA mit etwa drei bis sieben Massenprozent Glas eingesetzt, bei diesen Gehalten wurden Langzeitschäden durch Glaskorrosion nicht ausgeschlossen.

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3. Lösungsansatz

Im Rahmen eines vom BMBF geförderten Projektes mit diversen Partnern aus dem Großraum Hamburg soll beginnend ab Juli 2015 geprüft werden, ob gezielt erzeugte Teilströme des weitgehend mineralischen Konglomerats HMVA leichter und wirt- schaftlicher vermarktet werden können als das vollständige Gemisch.

Bereits erste Untersuchungen an Proben aus der TARTECH-Aufbereitungsanlage in Wiesbaden haben gezeigt, dass die Aufbereitung der HMVA-Mineralik nach Prallzer- kleinerung mit etwa 750 km/h Aufprallgeschwindigkeit in verschiedenen Siebschnitten einen deutlichen Qualitätsvorsprung gegenüber der konventionellen Aufbereitung bringt. Durch die Auftrennung der HMVA in die Fraktionen 0/2, 2/5, 5/18, 18/45 mit jeweils eigener NE-Abscheidung für jedes Kornspektrum konnten die Ausbeuten an NE-Metallen von durchschnittlich 1,1 % vom Rohascheinput (Durchschnitt der letzten sechs Jahre in einer Schlackenaufbereitungsanlage im Raum Hamburg mit mehrstufiger NE-Abscheidung) auf 2,3 % gesteigert werden (Durchschnittswert von zwei Chargen aus unterschiedlichen Monaten mit zusammen etwa 1.500 Tonnen HMVA). Die gewonnenen NE-Metalle haben durchschnittlich 16,5 % mineralische Anhaftungen, sind also durch die Prallzerkleinerung bereits wesentlich reiner als aus konventionellen Schlackenaufbereitungsanlagen. In der im März 2015 noch weiter aufgerüsteten Anlage sind evtl. weitere Steigerungen der NE-Metallrückgewinnung möglich. Entsprechende Versuche finden aktuell im laufenden r³-Verbundvorhaben ATR statt (http://www.

r3-innovation.de/de/15424). Durch die Prallzerkleinerung in der TARTECH-Anlage kann der Anteil mineralischer Anhaftungen an den gewonnenen Fe- und NE-Metallen deutlich reduziert und der Erlös für den Verkauf dieser Metalle entsprechend gesteigert werden. Untersuchungen am nicht weiter aufbereiteten Grobschrott der MVA Stellinger Moor ergaben, dass durchschnittlich sieben Prozent des Grobschrotts aus Anhaftungen bestehen, wobei dieser Wert stark variiert (Median 3,9 %).

Die Bilder 3 und 4 zeigen Proben der Mineralikfraktionen 2/5 und 5/18 aus der TAR- TECH-Anlage, welche arm an Metallen und Unverbranntem sind. Die hohen Gehalte an Glas sind deutlich erkennbar, sie könnten einer Verwendung als Baustoffkomponente Bild 3: Siebfraktion 2-5 mm von HMVA

der Anlage Stellinger Moor aus der Tartech-Anlage Wiesbaden

Bild 4: Siebfraktion 5-18 mm von HMVA der Anlage Stellinger Moor aus der Tartech-Anlage Wiesbaden

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Stefan Lübben

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entgegenstehen und sind ggf. zu entfernen. An diesen Materialproben werden zz. im ATR-Projekt diverse Untersuchungen vorgenommen. Auf die Fraktion 2/5 entfallen etwa 18 % des Rohascheinputs, auf die Fraktion 5/18 etwa 13 %. Erste Eluattests nach DIN 12457 mit diesen Proben zeigten, dass die Cr-, Mo- und Sb- Konzentrationen im Eluat im DK0-Bereich liegen, die Cu-Konzentrationen liegen teilweise im unteren DK1-Bereich (IUE 2015).

Dieses Probenmaterial wird im hier vorgestellten Projekt als Referenzmaterial aus einer Trockenaufbereitung verwendet. Beide Materialproben rufen bei den im Pro- jekt beteiligten Asphaltmischbetrieben und Betonherstellern bereits großes Interesse hervor und werden auch dort zur Herstellung von Testkörpern und Testmischungen verwendet werden.

Auch wenn es bereits möglich sein sollte, für die beiden o.g. Fraktionen aus der Tro- ckenaufbereitung einen hochwertigen Verwertungsweg aufzuzeigen, so soll im anste- henden Projekt ein weiterer Verfahrensschritt bei der Aufbereitung erprobt werden.

In Bild 5 ist dargestellt, mit welchem Ansatz die Auftrennung der Stoffströme vorgenommen werden soll. Dabei zeigt die Darstellung den geplanten Ansatz, der in Abhängigkeit von den im Projekt gemachten Erfahrungen auch variiert werden kann.

Die im Projekt tätigen Unternehmen gehen zum jetzigen Zeitpunkt davon aus, dass eine vorgeschaltete Schlackenwäsche Sinn macht, da nur so die für einen Ersatzbaustoff immer noch recht hohen Chlorid- und Sulfatgehalte sicher reduziert werden können.

Bei der anschließenden Abtrennung der NE-Metalle verfolgen die Aufbereiter jedoch unterschiedliche Strategien, welche hier im Projekt auch berücksichtigt werden.

Bild 5: Darstellung der im Projekt vorgesehenen Verfahrensschritte

Ausgangsmaterial Rohschlacke

MVB/MVR (ohne Grobschrott)

Ggf.

Glasabtrennung (Multispektral- sortierer)

Trockene NE-Entfrachtung

durch Hanseatisches

Schlackentor

Herstellung verschiedener

Siebschnitte, weitere Fe-Entfrachtung

Verschiedene Körnungen nach Wäsche

(ohne Feinstfraktion)

Verschiedene Körnungen nach Wäsche

(ohne Feinstfraktion)

Weitergehende NE-Abtrennung

durch Nassaufbereitung (Vertikalsetztisch)

Betonhersteller testet verschiedene

Körnungen

Asphaltmisch- betrieb testet verschiedene Körnungen Herstellung verschiedener

Siebschnitte, weitere Fe- Entfrachtung

Trockene NE-Entfrachtung durch Heidemann

Recycling Wasserreinigung

und Reststoffentsorgung

Feinstfraktion geht an Zementwerk für

weitere Untersuchungen

Ggf.

Glasabtrennung (X-Ray) Fe-Abtrennung

Absiebung/

Zerkleinerung auf max. Korngröße

Schlackenwäsche zur Abtrennung von

Salz und Feinstkorn (z.B. < 100 µm)

Gewaschene Schlacke ohne Feinstkorn

Wasseraufbereitung, Mineralik- Feinstfraktion wird abgetrennt

Feinstfraktion geht an BAM für Zentrifugalsortierung

und Hydrozyklon

1

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Zum Einsatz kommen größere Mengen an Rohasche aus einer Hamburger Abfall- verwertungsanlage. Die Rohasche durchläuft den Nassentschlacker mit sogenannter integrierter Schlackenwäsche in gewohnter Weise, ebenso wird der Grobschrott am Stangensizer abgetrennt. Vorhandene Überband- bzw. Trommelmagnete werden gröbere Fe-Partikel abtrennen, danach wird die Rohasche zur eigentlichen Schlacken- wäsche transportiert. Diese besteht aus einer Vertikalsetzmaschine, wie sie Bräumer [4] vorgestellt hat (Bild 6).

Aufgabe

Organiksieb Überlauf:

Leichtgut

Organik, Kunststoffe, Gummi, Holz, Fasern, Lehm, Schluff

Gegenstromwasser

Sortierschlauch

Austragsventil

Optional:

Metallkonzentrat

Mittelgut:

gereinigte mineralische Fraktion:

Sand, Steine, Porzellan, Glas

Bild 6: Schematische Darstellung der Vertikalsetzmaschine der Firma mbb-Separation

Quelle: Bräumer, M.: Vertikalsetzmaschine zur Aufbereitung von Stoffgemischen zu Ersatzbrennstoffen – Einsparungspotential durch Aufbereitung für die energetische Verwertung. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Erneuerbare Energien, Band 2. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2009, S. 51-58

Das Kernelement dieser Anlage besteht aus dem Sortierschlauch, in welchen über einen Aufgabetrichter mit Waschrutsche das zuvor auf dreißig Millimeter abgesiebte mineralische Gemisch eingetragen wird. Der Sortierschlauch mit dreißig Zentimeter Innendurchmesser wird durch eine Erregereinheit in Schwingungen hoher Frequenz versetzt, zusätzlich durchströmt Prozesswasser den Schlauch von unten nach oben und trägt dabei alle leichten Partikel nach oben in Richtung Waschrutsche aus dem Sortierschlauch heraus (Bild 7). Dabei werden organische und Kunststoff-Partikel

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Stefan Lübben

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ebenso ausgetragen, wie alles Feinstkorn in der Korngröße von Ton oder Feinschluff.

Alle gröberen und schweren Partikel durchlaufen den Sortierschlauch entsprechend der Schwerkraft nach unten gegen den Prozesswasserstrom und werden unten ausgetragen.

Durch diese Dichtetrennung ist es möglich, alle Fremdstoffe, wie auch das Feinstkorn, von der restlichen Mineralik abzutrennen. Besonders schwere Metallpartikel könnten theoretisch, wie in Bild 6 gezeigt, abgetrennt werden. Die für das Projekt vorhandene Anlage verfügt aber nicht über diese Möglichkeit. Das aufsteigende Prozesswasser läuft im Aufgabetrichter über ein Wehr und wird in nachgeschalteten Sieben und Hydrozyklonen gereinigt und im Kreislauf gefahren. Mit Hilfe von Flockungsmitteln und nachgeschalteter Siebbandpresse wird aus dem abgetrennten Feinstkorn ein Filterkuchen hergestellt, welcher zur weiteren Aufbereitung an ein Zementwerk und an die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) gegeben wird. Im Zementwerk wird geprüft werden, ob die Inhaltsstoffe im Filterkuchen den Einsatz dieses Feinstkorns als Zuschlagstoff bei der Zementklinkerherstellung zulassen. Wenn dieses möglich ist, ist die Durchführung von kostenintensiven Brennversuchen vorgesehen, um die Eignung der mineralischen Feinfraktion (max. Korngröße 200 µm) als Zuschlagstoff zu erproben. Die BAM wird prüfen, ob es durch verschiedene physi- kalische Maßnahmen (z.B. Zentrifugalsortierung oder Hydrozyklon) möglich ist, den Gehalt des Filterkuchens an bestimmten im Zementklinker störenden Metallen (z.B.

Cadmium) zu reduzieren.

Die unten ausgetragene mineralische Fraktion wird anschließend in unterschiedlichen Aufbereitungsanlagen beim Hanseatischen Schlackenkontor und bei Heidemann- Recycling in verschiedene Kornspektren aufgetrennt und weitestgehend von Fe- und NE-Metallen befreit. Für diese Aufbereitung wird z.B. eine Aggregatkombination bestehend aus 2 Fe- und 4 NE-Abscheidern plus 2 Windsichtern eingesetzt. Ebenso wird ein neuartiger Wirbelstromabscheider zum Einsatz kommen, der bislang nur als Prototyp getestet wurde. In Abhängigkeit von den Anforderungen der nachfolgenden Verwerter an die Mineralik werden bei Bedarf ein Multispektralsortierer und die Röntgenfluoreszenz-Technologie für die Fein-Aufbereitung eingesetzt. Mittels der Magnetinduktionstomographie (EMCAM) könnten bei Bedarf Metalle gezielt elimi- niert werden.

Nach erfolgter weitestgehender Metall- und ggf. auch Glasabtrennung gehen die gewaschenen und von Feinkorn und Salzen befreiten Mineralikströme zu den Verwertern (Asphaltmischbetrieb und Betonwerk) und werden dort erst eingehend untersucht und anschließend in Testmischungen im Labor- und später auch Technikumsmaßstab erprobt. Wenn die Untersuchungen im kleinen Maßstab erfolgreich verlaufen sind, werden im Anschluss Testkörper bzw. Testflächen hergestellt.

Alle Arbeiten werden von der TU Hamburg-Harburg, Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft begleitet. Chemische Analysen aller Input- und Outputströme insbesondere auf Chlorid- und Sulfatgehalte, aber auch auf kritische Metalle werden an der TU durchgeführt, ebenso sind Elutionsversuche vorgesehen. Eine vollstän- dige Vorhabensbilanzierung (Stoffstrombilanz) sowie eine systematische ökologi- sche und ökonomische Bewertung aller Aufbereitungsschritte sowie der erzeugten

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Sekundärrohstoffe sollen den Nutzen der im Projekt erarbeiteten Prozessschritte aufzeigen. Sofern ein ökologisch und ökonomisch sinnvoller Verwertungspfad für Teilströme der HMVA in Richtung einer Verwertung als Beton-, Asphalt- oder Zementklinkerzuschlagstoff aufgezeigt werden kann, soll auch versucht werden, das rechtliche Umfeld für diesen Verwertungsweg abzuklopfen und eine Zertifizierung oder Anerkennung dieser Baustoffkomponente vorzubereiten. Dazu sind zu gegebener Zeit Gespräche mit Baustoffprüfern und Fachverbänden zu führen.

4. Fazit

In den vergangenen Jahrzehnten war die Vermarktung der Hamburger HMVA als hochwertiger Ersatzbaustoff mit hochwertiger Güteüberwachung und gleich- bleibenden Produkteigenschaften in den Bereichen Industrie- und Gewerbebau, Deponiebau, Straßen- und Wegebau relativ problemlos möglich. Da das Hanseatische Schlackenkontor von der hohen Qualität des Produktes emvau-schlacke überzeugt ist, gibt es eine Rücknahmegarantie für die seit 1992 in öffentlichen Baumaßnahmen verbauten HMVA. Die seit 2006 laufende Diskussion zur Mantelverordnung und die darin erhaltenen Grenz-, Richt- oder Vorsorgewerte für die HMVA-Verwendung schaden der Akzeptanz von HMVA als Ersatzbaustoff jedoch zusehens. Die Vermark- tung wird erschwert, der Mengenabsatz ist rückläufig und die Lager laufen über. Die Stadtreinigung Hamburg als größter Erzeuger von Rohasche aus Hausmüllverbrennung in der Metropolregion Hamburg wird daher im Rahmen eines vom BMBF geförder- ten Projektes zusammen mit regionalen Partnern aus der HMVA-Aufbereitung und -Vermarktung, der Zement-, Asphalt- und Betonindustrie unter wissenschaftlicher Begleitung durch die TU Hamburg-Harburg untersuchen, inwieweit die Herstel- lung und Vermarktung von gezielt als Zuschlagstoff für die Bauindustrie erzeugten Teilströmen der Rohasche erfolgversprechend ist. Aus diversen Untersuchungen vergangener Jahre ist bekannt, dass dieser Ansatz im Grundsatz funktioniert, dass jedoch die Gehalte an Salzen, Aluminium oder Glas die limitierenden Faktoren waren.

Durch besondere Behandlungsverfahren – allem voran die Schlackenwäsche, aber auch die nachgeschaltete selektive Sortierung auf Glas und/oder Aluminium sollen diese Störstoffgehalte minimiert werden. Die Partner der Betonindustrie werden Testkörper herstellen, die Partner der Asphaltindustrie Testflächen und die der Zementindustrie Bild 7: Sortierschlauch mit Erregereinheit

als zentrale Baugruppe der im Projekt zum Einsatz kommenden Vertikalsetzmaschine

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Stefan Lübben

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werden Brennversuche zur Zementklinkerherstellung mit auf Rohasche beruhenden mineralischen Komponenten durchführen. Alle Prozesse werden am Ende ökonomisch und ökologisch bewertet. Es besteht der Wille, am Ende des Projektes mindestens einen klar definierten, nachhaltig erzeugten und vermarktungsfähigen Zuschlagstoff für die Bauindustrie herstellen zu können.

5. Quellen

[1] Asphalt-Labor: Untersuchung der Eignung von gewaschener HMV-Asche für Asphalttrag- schichten und Asphaltbinderschichten, Teil 1.- Gutachten Nr. 0607, 2006

[2] BBodSchV: Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung, Anhang 2.- http://www.gesetze- im-internet.de/bbodschv/anhang_2.html, 1999, abgerufen am 6.03.2015

[3] BMUB: http://www.bmub.bund.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Bodenschutz/

entw_mantelverordnung.pdf, 2012, abgerufen am 6.03.2015

[4] Bräumer, M.: Vertikalsetzmaschine zur Aufbereitung von Stoffgemischen zu Ersatzbrennstof- fen – Einsparungspotential durch Aufbereitung für die energetische Verwertung. In: Thomé- Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Erneuerbare Energien, Band 2. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2009, S. 51-58

[5] BUG: Schlackenbericht 2002 – Untersuchung von Schwermetallen, Chlorid und Sulfat in Ham- burger Müllverbrennungsschlacken 1997–2002.- Institut für Hygiene und Umwelt Hamburg im Auftrag der Behörde für Umwelt und Gesundheit der Freien und Hansestadt Hamburg, 2003 [6] Deutag: Abschlussbericht – Einsatzmöglichkeiten von HMV-Asche in Asphalttragschichten,

Untersuchung im Auftrag der HSK-GmbH, 2007

[7] Dieckmann, M.: Rechtsgutachterliche Stellungnahme zur rechtlichen Begründbarkeit der Vor- gabe eines Mindesteinbauvolumens von 1.500 m³ in der Ersatzbaustoffverordnung. Esche, Schü- mann, Commichau – Partnerschaftsgesellschaft im Auftrag der HSK-GmbH, 2013

[8] EEW: Energy from Waste Stapelfeld GmbH, persönliche Mitteilung vom 11. März 2015, 2015 [9] Greinert, J.: MV-Schlacke – vom Abfall zum Produkt in einer Sekunde? VKS-News Recht, 164.

Ausgabe, April 2012

[10] Hirschmann, G.; Haase, I.; Förstner, U.: Optimierung der Salzauslaugung aus der MV-Schlacke im Stößelentschlacker.- Gutachten des AsphaltLabors in Kooperation mit der TU Hamburg- Harburg, Institut für Umweltschutztechnik im Auftrag der MVB, 1995

[11] HSK: Hanseatisches Schlackenkontor GmbH. Zitiert in: Entwurf des Abfallwirtschaftsplanes Siedlungsabfälle der Freien und Hansestadt Hamburg. Behörde für Stadtentwicklung und Um- welt, Abteilung Abfallwirtschaft, Stand 02.02.2015, unveröffentlicht, 2015

[12] Kluge, G.: Einsatz von MV-Asche im Straßenbau, Überprüfung der physikalischen Eigenschaf- ten im Langzeitverhalten. UFOPLAN Forschungsbericht 14506164, 1991

[13] Meo, D.; H. Zwahr: Technology selected for city of Los Angeles waste-conversion facility sets new standards for sustainable waste management using WTE.- Proceedings of the 20th North American Waste-to Energy Conference, NAWTEC 20-7018, 2012

[14] Müller, U.; Rübner, K.: The microstructure of concrete made with municipal waste incinerator bottom ash as an aggregate component.- Cement and Concrete Research 36, S. 1434 - 1443, 2006 [15] Paul, M.: Rechtliche Anforderungen – Aktueller Stand.- Vortrag 14. Münsteraner Abfallwirt- schaftstage 24. – 25.02.2015. Der Vortrag ging über den Beitrag im Tagungsband hinaus und enthielt weitere Informationen. Tagungsband: 14. Münsteraner Abfallwirtschaftstage, Müns- teraner Schriften zur Abfallwirtschaft, Band 16, Herausgeber: Flamme, S. et al., ISBN 978-3- 9811142-5-6, 2015

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[16] Rübner, K.; Haamkes, F.; Linde, O.: Untersuchungen an Beton mit Hausmüllverbrennungsasche als Gesteinskörnung.- Tagung Bauchemie in Siegen, GDCh-Monographie Bd. 37, S. 253-259, 2007

[17] Seegrön, A.; Damm, K.: Untersuchung von Kaltmischgut aus MV-Asche und Bitumenemulsion.- Asphaltlabor im Auftrag der HSK GmbH, 1999a

[18] Seegrön, A.; Damm, K.: Weiterführende Untersuchungen an Kaltmischgut aus MV-Asche 0/16 und Bitumenemulsion.- Gutachten 9926, Asphaltlabor im Auftrag der HSK GmbH, 1999b [19] TU Hamburg-Harburg, Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft (IUE), per. Mitteilung

durch V. Enzner, 2015

[20] Zwahr, H.: MV-Schlacke – Mehr als nur ein ungeliebter Baustoff? – 10. Fachtagung Thermische Abfallbehandlung, Schriftenreihe des Instituts für Abfallwirtschaft und Altlasten, TU Dresden, Hrsgb. Bilitewski, B. et al., 2005

[21] Zwahr, H.: Nachbehandlung von MV-Schlacke zur Erschließung neuer Einsatz- und Verwer- tungsmöglichkeiten.- Untersuchungen im Auftrag der HSK-GmbH, unveröffentlicht, 2008

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www.martingmbh.de

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Vorwort

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 2 – Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen – ISBN 978-3-944310-21-3 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky • Neuruppin 2015

Redaktion und Lektorat: Professor Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky, Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Ginette Teske, Sandra Peters, Janin Burbott, Claudia Naumann-Deppe, Anne Kuhlo

Druck: Mediengruppe Universal Grafische Betriebe München GmbH, München

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