Energetische Nutzung von heizwertreichen Rückständen aus dem Landfill Mining

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431 Energetische Nutzung von heizwertreichen Rückständen aus dem Landfill Mining

Energetische Nutzung von heizwertreichen Rückständen aus dem Landfill Mining

Renato Sarc, Roland Pomberger, Tanja Wolfsberger und Josef Adam

1. Einleitung und Begriffserklärung ...431

2. LAMIS – Landfill Mining Österreich – Pilotregion Steiermark ...433

2.1. Deponie Hollabrunn (Niederösterreich) ...434

2.2. Deponie Allerheiligen im Mürztal (Steiermark) ...434

3. Case Study ...437

3.1. Theoretische Untersuchungen ...437

3.2. Praktische Untersuchungen – Mobiler Aufbereitungsversuch ...439

3.3. Ergebnisse ...439

3.4. Verwertungsmöglichkeiten und Grenzen ...440

3.5. Waschversuche ...444

4. Schlussfolgerungen ...446

5. Quellen ...447

1. Einleitung und Begriffserklärung

Eine steigende Substitution von fossilen Brennstoffen wie u.a. Kohle, Erdöl und Erdgas bedingt einen höheren Bedarf an Sekundärrohstoffen (z.B. Kunststoffe), wodurch das Auffinden neuer potentieller Rohstofflager für die betroffenen Wirtschaftsbereiche an Bedeutung gewinnt. Aus abfalltechnischer Sicht rückt hier vor allem das Urban Mining, auch bezeichnet als Stadtschürfung, durch die Nutzung von anthropogen geschaffenen Lagerstätten (z.B. Städte) als Rohstoffminen sowie der Teilbereich Landfill Mining in den Fokus. Beim Landfill Mining werden in der Vergangenheit abgelagerte Abfälle aus einer Deponie, unter Einhaltung der geltenden Anforderungen bezüglich Arbeits- und Nachbarschaftsschutzes (z.B. Brand- und Explosionsrisiko), geordnet abgegraben.

Dabei kann es sich um Maßnahmen zur Sanierung oder Sicherung eines Standortes als auch um die Durchführung eines Deponierückbaues handeln. Während eine Sa- nierung bzw. Sicherung die Reduzierung des Gefährdungs- und Schadstoffpotenzials eines Deponiestandortes auf die Schutzgüter vorsieht, werden bei einem Rückbau die abgegrabenen Abfälle aufbereitet, um diese in weiterer Folge nach Möglichkeit einer

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Renato Sarc, Roland Pomberger, Tanja Wolfsberger, Josef Adam

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stofflichen oder energetischen Verwertung zuzuführen. Der nicht verwertbare Anteil (Feinfraktion) wird in verdichteter Form wieder in eine Deponie eingebaut, was in der Gesamtbetrachtung eine wesentliche Reduktion des Deponievolumens bedeutet. [5]

Als Gründe für die in der Vergangenheit durchgeführten Deponierückbauprojekte sind die Gewinnung von Kompost oder Boden, die Gewinnung bzw. Reduktion von Deponievolumen, die Sanierung von Altstandorten, der Grundwasserschutz oder der Flächenbedarf für die Industrie zu nennen [2, 6, 12]. Durch den Wandel der Abfall- wirtschaft hin zu einer Ressourcenwirtschaft nimmt nun aber auch die Gewinnung von potentiellen Sekundärrohstoffen aus Abfällen bzw. Deponien an Bedeutung zu. Neben Eisen- und Nichteisenmetallen zählen vor allem Kunststoffe und andere heizwertreiche Fraktionen (z.B. Papier, Textilien) dazu. Durch deren möglichen thermischen Einsatz, u.a. in Mitverbrennungsanlagen wie Zementwerke, könnten fossile Energieträger sub- stituiert und Emissionen und Kosten (z.B. Transportkosten) reduziert bzw. eingespart werden.

Jedoch ist ein geordneter Deponierückbau mit einer Vielzahl von Herausforderungen (standort-, technologie- und materialspezifisch usw.) verbunden. Zur Abschätzung der Ausbeute an verwertbaren Materialien ist eine zuvor durchgeführte, vollständige Analyse des Standortes essentiell. Da in den meisten Fällen nur Aufzeichnungen und Daten über u.a. Abfallzusammensetzungen aus der Vergangenheit vorliegen, sind für die Gewinnung von genaueren Informationen über den Deponiekörper Bohrungen und Schürfe sowie anschließende Sortierungen und chemische Analysen der gewonnenen Materialien notwendig. Diese Untersuchungen sind jedoch teuer, zeitintensiv und aufwendig in ihrer Durchführung und beschreiben nur einen kleinen Teil der in der Deponie lagernden Materialien, so dass aufgrund der hohen Heterogenität des Ab- fallkörpers keine gültigen Aussagen für die gesamte Deponie getroffen werden können [10]. Für die Betrachtung der Wirtschaftlichkeit eines Rückbaus, welche abhängig von der Menge an verwertbaren Materialien ist, muss eine Methode zur Vorabschätzung des Rohstoffpotenzials und der etwaigen Rückbaukosten gefunden werden. Des Weiteren ist bei einem Rückbauprojekt der geltende gesetzliche Rahmen einzuhalten, wobei es in den wenigsten Fällen Gesetze gibt, die einen Deponierückbau dezidiert regeln. [8]

Weitere Herausforderungen ergeben sich für die Sortiertechnik bzw. für die Verwertung aufgrund der jahrelangen Ablagerung und der dadurch beeinflussten Qualität der rück- gewonnenen Rohstoffe. Insbesondere heizwertreiche Fraktionen müssen im Fall einer energetischen Verwertung in österreichischen Mitverbrennungsanlagen bestimmte Qualitätskriterien wie u.a. Heizwert, Chlor und Schwermetallkonzentration erfüllen, wodurch im Vorfeld geeignete Aufbereitungsverfahren zum Einsatz kommen müssen.

Im gegenständlichen Beitrag werden neben allgemeinen Beschreibungen relevante Ergebnisse in Bezug auf heizwertreiche Rückstände aus dem Projekt Landfill Mining Österreich – Pilotregion Steiermark, kurz LAMIS, welches von der Österreichischen Forschungsfördergesellschaft (FFG) gefördert wurde, näher erläutert. Dazu werden beide Standorte, an denen umfangreiche praktische Untersuchungen durchgeführt wurden, beschrieben und ausgewählte Ergebnisse (z.B. Aufbereitung der rückgebauten Abfälle mittels mobilen Aggregaten usw.) dargestellt.

Ersatzbrennstoffe

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2. LAMIS – Landfill Mining Österreich – Pilotregion Steiermark [8]

Aufgrund der beschriebenen Herausforderungen, die ein Deponierückbau an die ökonomische und ökologische Machbarkeit des Vorhabens stellt und zur Erarbeitung der grundlegenden Daten und Ansätze, wurde das Projekt LAMIS vom Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben in Zusammenarbeit mit unterschiedlichen Industrie- und Kommunalpartnern und dem Land Steiermark initiiert.

Hauptziel des Projektes war die Weiterentwicklung und mittelfristige Nutzbarmachung von Erkenntnissen aus der Grundlagenforschung des Landfill Minings, um diese für zukünftige Anwendungen im Bereich des Deponierückbaus nutzen zu können. Im Zuge des Projektes wurde die Basis für eine umweltökonomische sowie rechtliche Be- wertung von Rückbauprojekten geschaffen, wodurch geeignete Bewertungsinstrumente abgeleitet und ein ökonomisches Modell zur Entscheidungsfindung entwickelt wurden.

Zusammenfassend wurden im Projekt folgende Ziele realisiert:

• Gewinnung von Daten über Art, Menge und Zusammensetzung der deponierten Abfälle in steirischen Deponien,

• Untersuchung und Darstellung des theoretischen Rohstoffpotenzials ausgewählter Deponien,

• Festlegung eines oder mehrerer Standort/e, welche/r für einen Rückbau geeignet ist/sind,

• Erhebung der bestehenden und erprobten Technologien und Untersuchung auf ihre Eignung hinsichtlich Deponierückbau,

• Gewinnung von repräsentativen Proben und Charakterisierung des abgelagerten Materials bezüglich Menge und Qualität,

• Ermittlung der tatsächlichen Abfallzusammensetzung und des Einflusses auf die Sortiertechnik,

• Darstellung des tatsächlich nutzbaren Anteils und die Bewertung der Mengen und der Qualität des Ausbringens,

• Ausarbeitung der wirtschaftlich sinnvollen Verwertungswege und Darstellung möglicher Abnehmer sowie erzielbarer Erlöse in einem Modell,

• Aus den Ergebnissen der Untersuchungen wurden Grundlagen und Vorschläge zur Änderung und Anpassung von abfallrechtlichen Regelungen abgeleitet, um zukünftig die Nutzung von Altdeponien als Rohstofflager zu erleichtern.

Die Umsetzung des Vorhabens wurde dabei in Form eines dreistufigen Verfahrens (Grundlagenanalyse, Realdatenanalyse und bewertungstechnische Analyse), welches aus Bild 1 hervorgeht, verwirklicht. Die Region Steiermark bietet dabei aufgrund ihrer geologischen, umwelt- und abfallwirtschaftlichen Gegebenheiten (Vielfalt an Abfallbe- handlungs- und Deponietechnologien) viele Möglichkeiten (z.B. Anlagen- und Techno- logienähe), die für die Umsetzung des umfangreichen Grundvorhabens notwendig sind.

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Bild 1: Konzeptschema des Projektes Landfill Mining Österreich – Pilotregion Steiermark Hierbei wurden für das Projekt LAMIS zwei Deponien als Pilotdeponien ausgewählt: Die Massenabfalldeponie Hollabrunn (H) in Niederösterreich sowie die Deponie Allerheili- gen im Mürztal (A) in der Steiermark, welche im Folgenden kurz beschrieben werden.

2.1. Deponie Hollabrunn (Niederösterreich) [9]

Die Deponie Hollabrunn ist eine Massenabfalldeponie in Form einer Grubendeponie, welche im Dezember 1982 wasserrechtlich bewilligt wurde. Das Deponiegelände erstreckt sich über eine Gesamtfläche von etwa 78.000 m² und gliedert sich in vier Abschnitte.

Die genehmigte Kapazität beträgt insgesamt 950.000 m³, wobei nur 680.000 m³ davon ausgebaut und verfüllt wurden. Im Mai 2013 wurden auf dem Verfüllabschnitt VA02, in welchem Abfälle im Zeitraum 1990 bis 2000 abgelagert wurden, Bohrungen durchgeführt.

Im Mai/Juni 2014 fanden zusätzlich Bohrungsarbeiten auf dem Verfüllabschnitt VA03 (Ablagerungszeitraum 1990 bis 2000) dieser Deponie statt. Das zu Tage geförderte Material wurde für den mobilen Aufbereitungsversuch verwendet, bei dem u.a. eine heizwertreiche Fraktion hergestellt werden konnten. Eine genaue Beschreibung des mobilen Versuches sowie der Probenahme der zu analysierenden Einzelproben findet sich in Punkt 3.2.

2.2. Deponie Allerheiligen im Mürztal (Steiermark) [9]

Die Inbetriebnahme dieser Deponie erfolgte im Jahr 1979 und die genehmigte Kapa- zität beläuft sich auf 543.200 m³ auf einer Ablagerungsfläche von etwa 10 Hektar. Die Restkapazität der Deponie betrug mit Stand 01.01.2015 etwa 77.108 m³. Bis zum Jahr

Nutzbare Menge η Abf i

Stand der Technik

Umweltökonomische Bewertung Abfallrechtliche Grundlagen Gegenständlicher Ansatz

Ersatzbrennstoffe

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2003 wurden hauptsächlich mechanisch-biologisch (MB) vorbehandelte Siedlungsabfälle sowie unbehandelter Sperrmüll auf vier Verfüllabschnitten deponiert. Im Zuge der MB- Behandlung wurden die angelieferten Siedlungsabfälle vorzerkleinert, eisenentfrachtet und im Anschluss einer Siebung (Siebschnitt 80 mm) zugeführt. Der Siebüberlauf wurde zusammen mit unbehandeltem Sperrmüll direkt auf die Deponie verbracht. Der Sieb- durchgang wurde mit Klärschlamm versetzt, einer biologischen Behandlung unterzogen und anschließend als MBA-Kompost abgelagert.

Für Untersuchungen wurde Material aus den Abschnitten 1 und 2 mittels Durchführung von Schürfen abgegraben (Ablagerung von 1979 bis 1988). Ein Teil der Abfälle wurde einer Handsortierung zugeführt. Der andere Teil der Abfälle wurde für den mobilen Aufbereitungsversuch verwendet, in dessen Zuge ebenfalls eine heizwertreiche Fraktion gewonnen werden konnte. Eine Beschreibung des mobilen Versuches sowie der Probe- nahme der für die chemische Analyse hergestellten Einzelproben kann unter Punkt 3.2.

entnommen werden.

3. Case Study

In diesem Kapitel werden theoretische und praktische Untersuchungen an den ausge- wählten Deponiestandorten näher erläutert.

3.1. Theoretische Untersuchungen

Energiepotenzial von in Deponien lagernden Abfällen [8|

Ein Ziel des Landfill Mining Projektes war die Untersuchung der Möglichkeit einer energetischen Verwertung der lagernden Abfälle. Im ersten Schritt erfolgte hierzu die Erhebung der theoretisch in den Deponien vorhanden Abfallmenge an Kunststoffen bzw. anderen heizwertreichen Fraktionen wie u.a. Papier, Holz und Textilien im Zuge einer Ist-Zustandserhebung und einer theoretischen Ressourcenpotenzialabschätzung.

Ermittlung der Ablagerungsmengen (Ist-Zustandserhebung) [8]

Für die Abschätzung des Energiepotenzials der steirischen Deponien erfolgte zunächst die Erhebung der Ablagerungsmengen je Fraktion. Betrachtet wurden hierbei insgesamt zehn Massenabfalldeponien, die aufgrund von Volumenkriterien, des zu erwarteten Rohstoffpotenzials sowie ausreichend Ablagerungsinformationen ausgewählt wurden.

Insgesamt konnte dabei eine theoretische Menge von etwa 4.700.000 Tonnen an poten- tiell zu verwertenden Abfällen abgeschätzt werden. Wie in Bild 2 ersichtlich, beträgt der Anteil der brennbaren Fraktion dabei etwa 65 Prozent oder 3.050.000 Tonnen. Gemessen an der Gesamtmenge entfallen etwa 31 Prozent oder 1.480.000 Tonnen auf die Fraktion Papier, Pappe und Kartonagen (PPK), etwa 14 Prozent oder 660.000 Tonnen auf Textilien und Hygieneartikel, etwa 14 Prozent oder 640.000 Tonnen auf Kunststoffe, etwa 4 Pro- zent oder 200.000 Tonnen auf Verbundstoffe sowie etwa 2 Prozent oder 70.000 Tonnen auf Holz, Leder und Gummi. Der Inertanteil, bestehend aus den Fraktionen Glas und metallhaltige Abfälle beträgt insgesamt etwa 13 Prozent oder 640.000 Tonnen. Neben der Fraktion PPK bilden Mineralabfälle bzw. die Feinfraktion mit etwa 22 Prozent oder 1.020.000 Tonnen die mengenmäßig größte Einzelfraktion.

Ersatzbrennstoffe

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Papier 31 %

Kunststoffe 14 %

Textilien und Hygieneartikel 14 % Holz, Leder und Gummi

2 %

Verbundstoffe 4 %

Mineralische Abfälle 22 %

Glas 7 %

Metallhaltige Abfälle 6 %

Brennbare Fraktion 65 % Inertfraktion

13 % Feinfraktion

22 %

Bild 2: Aufteilung der deponierten Fraktionen ausgewählter steirischer Massenabfalldeponien Theoretische Rohstoffpotenzialermittlung ausgewählter steirischer Deponien [8]

Die Bestimmung des theoretischen Rohstoffpotenzials, jene theoretisch vorhandene Menge an verwertbarem Material unter Berücksichtigung biochemischer Abbau- prozesse, unter Einbeziehung des Gasprognosemodells von Tabasaran und Retten- berger [11] ergab eine Menge von etwa 3.910.000 Tonnen Originalsubstanz (OS) an potentiellen Wertstoffen in den ausgewählten Deponiestandorten für die Steiermark.

Unter Berücksichtigung der spezifischen Wassergehalte der einzelnen Fraktionen er- gibt sich ein theoretisches Ressourcenpotenzial von insgesamt etwa 2.750.000 Tonnen bezogen auf die Trockensubstanz der Abfälle. Wie in Bild 3 ersichtlich, beträgt das energetisch verwertbare Rohstoffpotenzial davon etwa 45 Prozent bzw. 1.220.000 Tonnen, wovon Kunststoffe mit etwa 15 Prozent den größten Anteil bilden.

Bild 3: Aufteilung des theoretischen Rohstoffpotentials ausgewählter steirischer Massenabfall- deponien

Papier 14 % Kunststoffe 15 % Textilien und Hygieneartikel 10 %

Holz, Leder und Gummi 1 % Verbundstoffe 5 % Mineralische Abfälle

33 %

Glas 11 %

Metallhaltige Abfälle 10 %

Brennbare Fraktion 45 % Inertfraktion

22 % Feinfraktion

33 %

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3.2. Praktische Untersuchungen – Mobiler Aufbereitungsversuch [9]

Neben Bohrungen, Probenahmen und Sortierungen für die Charakterisierung des deponierten Materials wurde ein mobiler Aufbereitungsversuch mit Material aus dem VA03 der Deponie Hollabrunn sowie Material aus den Verfüllabschnitten 1 und 2 der Deponie Allerheiligen durchgeführt. Insgesamt wurden etwa 49 Tonnen des Deponats aus Hollabrunn und 42 Tonnen der Abfälle aus Allerheiligen einer mobilen Aufbereitung mit den verwendeten Aggregaten Einwellenzerkleinerer, einem Trommelsieb (Maschenweite 20 mm) sowie einem Ballistikseparator (Siebbeläge mit 50 und 80 mm) zugeführt. Die Eingangsmaterialien wurden dabei getrennt voneinander zerkleinert und durch einen Überbandmagneten eisenentfrachtet. Der verbleibende Abfallstrom wurde mittels Rad- lader dem Trommelsieb zugeführt, wodurch feine Anteile abgetrennt werden konnten (Anteil Feinfraktion ungefähr 59 bis 62 Prozent). Der Siebüberlauf > 20 mm wurde erneut zerkleinert, nochmals eisenentfrachtet und im Anschluss direkt dem Ballistikseparator zugegeben. Das Schema des Aufbereitungsversuchs ist in Bild 4 ersichtlich.

Eingangsmaterial

Zerkleinerung inkl.

Metallentfrachtung

Ballistische Separation

Fe

< 20 mm

3D- Material

2D- Material

20 bis 50 mm

50 bis 80 mm Siebung

Zerkleinerung inkl.

Metallentfrachtung

Bild 4: Schema mobiler Aufbereitungsversuch

Durch die gewählten Aufbereitungsschritte konnte das abgegrabene Deponat in sechs Fraktionen geteilt werden: Eisen, Feinfraktion (< 20 mm), 3D-Material, 2D-Material, Fraktion 20 bis 50 mm und Fraktion 50 bis 80 mm. Dabei bestand das 2D-Material (Anteil etwa 6 bis 13 Prozent) zum größten Teil aus Kunststoffen, Textilien und Holz.

3.3. Ergebnisse [9]

Für die chemische Charakterisierung des erhaltenen 2D-Materials bzw. der heizwertreichen Fraktion wurden nach Beendigung des mobilen Versuches je Deponie vier Einzelproben á 10 l (P1-P4) basierend auf der ÖNORM S 2127 [1] hergestellt. Die chemischen Analysen dieser Proben führten dabei zu folgenden Ergebnissen (Tabelle 1).

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3.4. Verwertungsmöglichkeiten und Grenzen [9]

Geltende Gesetzeslage in Österreich für die energetische Verwertung der heizwertreichen Fraktion in Mitverbrennungsanlagen

Die Verbrennung von Abfällen in Mitverbrennungsanlagen (d.h. drei Arten: Zement-, Kraftwerke und sonstige Mitverbrennungsanlagen) wird in der Abfallverbrennungs- verordnung 2002 (BGBl. II Nr. 389/2002) geregelt. In Abhängigkeit der Art der Mit- verbrennungsanlage sind laut AVV 2002 unterschiedliche Schadstoffgrenzwerte für das Inputmaterial einzuhalten. Diese werden in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 1: Analysenergebnisse der heizwertreichen Fraktion der Deponie Hollabrunn und Aller- heiligen – gewonnen beim mobilen Aufbereitungsversuch

Parameter Einheit Hollabrunn Allerheiligen

P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 Heizwert kJ/kg TS 22.500 26.000 19.700 22.400 18.800 16.900 17.400 15.700 Antimon mg/kg TS 17 11 9,3 22 17 19 26 250 Arsen mg/kg TS 4,1 6,2 7,6 7 17 22 13 16 Blei mg/kg TS 200 440 120 230 510 540 830 700 Cadmium mg/kg TS 3,1 5,1 14 14 4,7 10 30 10 Chrom mg/kg TS 62 130 87 97 250 230 330 240 Kobalt mg/kg TS 7,7 5,9 8,2 5,1 14 22 14 17 Nickel mg/kg TS 24 36 74 26 65 97 65 94 Quecksilber mg/kg TS 0,6 0,36 0,25 0,25 1,1 0,75 1,2 1,4

Tabelle 2: Schadstoffgrenzwerte für den Einsatz von Abfällen in Mitverbrennungsanlagen Grenzwerte für Mitverbrennungsanlagen

mg/MJ TS

Parameter Zementwerke Kraftwerke Sonstige Anlagen Median 80er-Perzentil Median 80er-Perzentil

Median 80er-Perzentil

≤ 15% * ≤ 15% *

Antimon 7 10 7 10 7 10

Arsen 2 3 2 3 1 1,5 Blei 20 36 15 27 15 27 Cadmium 0,23 0,46 0,17 0,34 0,17 0,34 Chrom 25 37 19 28 19 28 Kobalt 1,5 2,7 0,9 1,6 0,9 1,6 Nickel 10 18 7 12 7 12 Quecksilber 0,075 0,15 0,075 0,15 0,075 0,15

* Prozentualer Anteil der Brennstoffwärmeleistung aus der Verbrennung von Abfällen an der Gesamtbrennstoffwärmeleistung

Quelle: Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (BMLFUW): Verordnung über die Verbrennung von Abfällen, Abfallverbrennungsverordnung – AVV (BGBl. II Nr. 389/2002). Wien, Österreich, 2010

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Die Überprüfung der Einhaltung von Grenzwerten erfolgt nach den Vorschriften laut Abfallverbrennungsverordnung 2002: Liegen mehr als fünf Analyseergebnisse vor, gilt als Beurteilungswert der Median bzw. das 80er-Perzentil dieser Analyseergebnisse.

Der Grenzwert gilt als eingehalten, wenn der Beurteilungswert den Grenzwert nicht überschreitet. Liegen weniger als fünf Analyseergebnisse vor, wird für den Beurtei- lungswert das arithmetische Mittel der Analyseergebnisse herangezogen. Der Grenz- wert gilt in diesem Fall als eingehalten, wenn der Beurteilungswert den Grenzwert für den Median nicht überschreitet und jedes Einzelmessergebnis den Grenzwert für das 80er-Perzentil einhält.

Einsatz der heizwertreichen Fraktion in Mitverbrennungsanlagen Für den Vergleich der Ergebnisse der aus dem mobilen Aufbereitungsversuch gewonnenen 2D- bzw. heizwertreichen Fraktionen wurden gemäß AVV 2002 die entsprechenden Beurteilungswerte aus den Analysenergebnissen (Tabelle 1) getrennt für jede Deponie berechnet. Diese können Tabelle 3 entnommen werden.

Parameter P1 P2 P3 P4 Mittelwert mg/MJ TS

Antimon 0,8 0,4 0,5 1,0 0,7 Arsen 0,2 0,2 0,4 0,3 0,3

Blei 9 17 6 10 11

Cadmium 0,14 0,20 0,71 0,63 0,42 Chrom 3 5 4 4 4 Kobalt 0,3 0,2 0,4 0,2 0,3 Nickel 1 1 4 1 2 Quecksilber 0,030 0,010 0,010 0,010 0,015

Anmerkung: Fett dargestellte Zahlen bedeuten eine Grenzwertüberschreitung

Tabelle 3:

Heizwertbezogene Beurtei- lungswerte der heizwertreichen Fraktion aus Hollabrunn (mobiler Aufbereitungsversuch)

Wie aus dem Vergleich der Grenzwerte gemäß Tabelle 2 und den in Tabelle 3 und in Tabelle 4 ersichtlichen Beurteilungswerten ersichtlich wird, darf basierend auf der gültigen Gesetzgebung weder die heizwertreiche Fraktion aus Hollabrunn noch jene aus Allerheiligen ohne einer zusätzlichen Aufbereitung – d.h. direkt in einer Mit- verbrennungsanlage – energetisch verwertet werden. So kann im Falle der Deponie

Parameter P1 P2 P3 P4 Mittelwert mg/MJ TS

Antimon 0,9 1,1 1,5 15,9 4,9 Arsen 0,9 1,3 0,8 1,0 1,0 Blei 27 32 48 45 38 Cadmium 0,25 0,59 1,72 0,64 0,80 Chrom 13 14 19 15 15 Kobalt 0,7 1,3 0,8 1,1 1,0 Nickel 3 6 4 6 5 Quecksilber 0,060 0,040 0,070 0,090 0,065

Anmerkung: Fett dargestellte Zahlen bedeuten eine Grenzwertüberschreitung

Tabelle 4:

Heizwertbezogene Beurtei- lungswerte der heizwertreichen Fraktion aus Allerheiligen (mobiler Aufbereitungsversuch)

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Hollabrunn eine Überschreitung des Cadmiumgrenzwertes sowohl für den Einsatz in Zementwerken, Kraftwerken und sonstigen Mitverbrennungsanlagen beobachtet werden. Für die heizwertreiche Fraktion aus Allerheiligen müssen zudem noch erhöhte Antimon-, Arsen-, Blei- und Kobaltgehalte berücksichtigt werden.

3.5. Waschversuche [7]

Aus den Untersuchungen aus Punkt 3.4. geht hervor, dass die Schwermetallgehalte der untersuchten heizwertreichen Fraktionen der Deponien Hollabrunn und Allerheiligen die Grenzwerte für eine energetische Verwertung in österreichischen Mitverbrennungs- anlagen überschreiten. Es wird jedoch vermutet, dass die erhöhten Schwermetallgehalte auf die den Fraktionen anhaftenden Verunreinigungen (in Form der Feinfraktion

< 20 mm) zurückgeführt werden können und nicht immanenter Bestandteil der heizwertreichen Fraktion selbst sind. Um diese Annahme zu überprüfen, wurden neben den chemischen Analysen auch Waschversuche an den Fraktionen durchgeführt. Dabei sollen Antworten auf folgende Fragestellungen geliefert werden [4]:

• Wie hoch ist der Anteil an (wasserlöslichen) Verunreinigungen/Anhaftungen?

• Wie hoch ist die Schwermetallbelastung im ungewaschenen/gewaschenen Zustand?

• Können Schwermetallbelastungen durch Abtrennen der Verunreinigungen/

Anhaftungen gesenkt werden?

Für die Waschversuche wurde dabei erneut aus den für jedes Eingangsmaterial vorhan- denen Einzelproben bzw. Rückstellproben der heizwertreichen Fraktion (P1-P4) Material entnommen und dieses zu einer Mischprobe vereinigt. Die jeweilige Mischprobe wurde im Anschluss zwei Waschvorgängen unterzogen. Das gewaschene Material sowie der Schlamm wurden voneinander getrennt, getrocknet, verwogen und einer chemischen Analyse unterzogen, bei der neben den Parametern Heizwert, TOC und TC auch ver- brennungsrelevante Parameter (Schwermetallgehalte, Chlor, Schwefel, Aschegehalt, Glühverlust) ermittelt wurden (Tabelle 5).

Die Wiegung, der durch die Wäsche erhaltenen Fraktionen, zeigte, dass etwa 24 Gew.- Prozent der heizwertreichen Fraktion (ungewaschen) von Hollabrunn aus Verunrei- nigungen bestehen. Bei der heizwertreichen Fraktion des Materials aus Allerheiligen belauft sich der Anteil der Verunreinigungen auf etwa 44 Gew.-Prozent. [4] Der geringere Anteil an Verunreinigungen aus Hollabrunn wird durch die fehlende Vorbehandlung der Abfälle vor der Deponierung und dem einhergehenden geringeren Feinanteil erklärt.

Um Aussagen über die Wirksamkeit der Wasche hinsichtlich einer Schwermetallge- haltsreduktion treffen zu können, werden die Ergebnisse der chemischen Analyse des gewaschenen Materials jenen der ungewaschenen Mischprobe MP1-P4 gegenüber- gestellt. Die Ergebnisse des Vergleichs werden für einen besseren Überblick in Bild 5 und 6 graphisch veranschaulicht. Negative Veränderungen durch den Waschvorgang (z.B. Erhöhung der Schwermetallgehalte) werden hierbei strichliert dargestellt. Die Ergebnisse für den bei der Wasche entstandenen Schlamm können ebenfalls Tabelle 5 entnommen werden.

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Tabelle 5: Ergebnisse des Waschversuches der heizwertreichen Fraktion aus Hollabrunn und Allerheiligen

Parameter Einheit Hollabrunn Allerheiligen

Waschgut Schlamm Veränderung Waschgut Schlamm Veränderung Massenanteil % 74,6 24,3 24,3 % 55,3 43,6 43,6 % Heizwert kJ/kg TS 26.300 4.700 + 5 % 27.200 4.900 + 35 % Antimon mg/kg TS 33 14 + 175 % 15 22 - 77 % Arsen mg/kg TS 2,7 8,6 - 50 % 6,9 29 - 51 % Blei mg/kg TS 180 480 - 22 % 380 1120 - 33 % Cadmium mg/kg TS 3,4 3,5 - 72 % 8,5 7,9 - 29 % Chrom mg/kg TS 68 250 - 18 % 130 430 - 48 % Cobald mg/kg TS 4,6 15 - 23 % 7,6 36 - 49 % Nickel mg/kg TS 28 79 - 28 % 39 180 - 48 % Quecksilber mg/kg TS 0,35 0,99 - 40 % 0,89 2,2 - 26 % Aschegehalt % 16,2 64,74 - 25 % 16,61 67,86 - 58 % Glühverlust % 81,5 27,5 + 7 % 80,7 27,2 + 25 % TOC % 56,5 32,6 + 14 % 52,3 32,5 + 13 % TC % 57 34,1 + 15 % 52,8 33,3 + 14 % Chlor mg/kg TS 6.650 620 - 34 % 4.070 810 - 73 % Schwefel mg/kg TS 2.250 2.010 + 2 % 1.780 5.050 - 75 %

Anmerkung 1: Stark abweichende Ergebnisse werden auf die Heterogenität des Abfalls zurückgeführt

Anmerkung 2: Veränderungen ergeben sich durch den Vergleich mit der in Tabelle 1 aufgezeigten Ausgangswerten (Mischprobe aus P1–P4)

negative Auswirkung 200

150

100

50

0 Veränderung

%

Heizwer t

Antimon Arsen Blei

Cadmium Chrom Cobal t

Nickel

QuecksilberAschegehaltGlühverlus t

TOC TC

Chlo r Schwefe

l 5

-50 -22 175

-72

-18 -23 -28 -25

7 14 15

-34 2

-50

40

Bild 5: Veränderungen der heizwertreichen Fraktion aus Hollabrunn durch den Waschvorgang

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Bild 6: Veränderungen der heizwertreichen Fraktion aus Allerheiligen durch den Waschvorgang Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Abtrennung der Verunreinigungen bei den heizwertreichen Fraktionen aus Hollabrunn und Allerheiligen eine Erhöhung des Heizwertes erreicht werden konnte. Diese fällt umso höher aus, je höher der Grad der Verunreinigung des jeweiligen Materials vor dem Waschvorgang war (Änderung Allerheiligen > Hollabrunn). Zudem konnte der Aschegehalt der Fraktionen gesenkt und damit einhergehend der Glühverlust des Materials erhöht werden. Des Weiteren kann gesehen werden, dass der Waschvorgang im Wesentlichen positive Auswirkungen hinsichtlich der Reduktion der Schwermetallbelastung mit sich bringt. Dies wird vor allem beim Vergleich der gewaschenen und ungewaschenen heizwertreichen Fraktion aus Allerheiligen deutlich (Bild 6). Eine mögliche Erklärung für negative Auswirkungen (Ausreißer) bei der Fraktion aus Hollabrunn (Bild 5) für Antimon und Quecksilber kann in der Heterogenität der beprobten Materialien und der damit einhergehenden Herausforderung einer repräsentativen Probenahme gesehen werden. Die Annahme, dass sich Schwermetalle hauptsächlich in der an dem Material anhaftenden Verun- reinigung befinden, konnte grundsätzlich bestätigt werden. Eine Nasssiebung scheint daher zur Verbesserung der Qualität entstehender Outputströme sinnvoll zu sein.

4. Schlussfolgerungen

Die in einer Massenabfalldeponie ablaufenden Abbauprozesse führen zu einer Veränderung des Materials und zu einem hohen Anteil an Feinfraktion von unge- fähr 59 bis 62 Prozent. Die mechanisch gut auftrennbare Grobfraktion beinhaltet die heizwertreiche Fraktion, welche einen Anteil an der Gesamtfraktion von etwa 6 bis 13 Prozent bildet. Unter den geltenden österreichischen Gesetzesrahmen ist für die, aus den beiden vorgestellten Deponiestandorten gewonnene, aufbereitete

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%

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Antimon Arsen Blei

Cadmium Chrom Cobal t

Nickel

QuecksilberAschegehaltGlühverlus

t TOC TC

Chlo r Schwefe

l -29

-48 -49 -48

25 13

-73 -20

-40

-60

-80

-26

-51 -33 35

-77

-58

14

-75

Ersatzbrennstoffe

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heizwertreiche Fraktion eine energetische Verwertung in Mitverbrennungsanlagen nicht möglich, jedoch der Einsatz in Monoverbrennungsanlagen (d.h. Anlagen, die keinen gesetzlichen Qualitätsanforderungen an Inputmaterialien unterliegen).

Die Ergebnisse aus den Waschversuchen zeigen, dass durch die Abtrennung der Verun- reinigungen bzw. des Feinanteils von den heizwertreichen Fraktionen eine Erhöhung des Heizwertes und eine Verringerung des Aschegehaltes erreicht werden konnte.

Zudem bewirkte der Waschvorgang eine Reduktion von Schwermetallen.

Da die Feinfraktion den Hauptanteil einer Deponie bildet, liegt vor allem hier die Herausforderung geeignete Entsorgungswege zu finden.

5. Quellen

[1] ASI – Austrian Standard Institute (Hrsg.): ÖNORM S 2127 Grundlegende Charakterisierung von Abfallhaufen oder von festen Abfällen aus Behältnissen und Transportfahrzeugen. Wien, 2011

[2] Bockreis, A.; Knapp, J.: Landfill Mining – Deponie als Rohstoffquelle, ÖWAV 3-4/2011. Im WWW unter URL: http://link.springer.com/article/10.1007/s00506-010-0275-1, abgerufen am 06.08.2013

[3] Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (BMLFUW):

Verordnung über die Verbrennung von Abfällen, Abfallverbrennungsverordnung – AVV (BGBl.

II Nr. 389/2002). Wien, Österreich, 2010

[4] Liebetegger, W.: Landfill Mining – Charakterisierung der Fein- und heizwertreichen Fraktion.

Masterarbeit am Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft, Montan- universität Leoben, Leoben, 2015

[5] Rettenberger, G.: Deponierückbau: Technik, Wirtschaftlichkeit, Perspektiven, Band 35 Depo- nietechnik 2010, Verlag Abfall aktuell. Online im WWW unter URL: www.wtert.eu/default.

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[6] van Ommen, H.C.: Bericht aus den Niederlanden: Erfahrungen der Grontmij Gruppe, Kom- munale Umwelt-AktioN U.A.N., Schriftenreihe Heft 19. 1994

[7] Wolfsberger, T.: Landfill Mining – Beurteilung und Bewertung des Rohstoff-potentials und der Verwertbarkeit von Abfallen österreichischer Massenabfalldeponien, Dissertation Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft, Montanuniversität Leoben, Leoben, 2016 [8] Wolfsberger, T.; Höllen, D.; Sarc, R.; Pomberger, R.; Budischowsky, A.; Himmel, W.; Mitterwall-

ner, J.: Energielieferant Deponie – Landfill Mining Österreich – Pilotregion Steiermark, Beitrag 18. Internationaler Erfahrungsaustausch für Betreiber thermischer Abfallbehandlungsanlagen, 20.-22. Oktober 2013 in Oberjoch

[9] Wolfsberger, T.; Pomberger, R.; Zöscher, A.: Landfill Mining – Strategische Überlegungen für Massenabfalldeponien, Erfahrungsaustausch Deponien 2015 – Die Zukunft der Deponien und Baurestmassen, 2015

[10] Zacharof, A.; Butler, A.: Landfill Process Modelling Workshop, Stochastic modelling of landfill processes incorporating waste heterogeneity and data uncertainty, Waste Management 24, 2004, S. 241–250. Im WWW unter URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/

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[11] Zentraler Fachdienst Wasser-Boden-Abfall-Altlasten bei der Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg: Der Deponiegashaushalt in Altablagerugen – Leitfaden Deponiegas, Karlsruhe: Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg, 1992. Im WWW unter URL:

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[12] Zhao, Y.; Song, L.; Huang, R.; Song, L.; Li, X.: Recycling of aged refuse from a closed landfill, Waste Management & Research 25, 2007, S. 130-138

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Vorwort

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Karl J. Thomé-Kozmiensky, Michael Beckmann (Hrsg.):

Energie aus Abfall, Band 14

ISBN 978-3-944310-32-9 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky • Neuruppin 2017

Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Sandra Peters, Anne Kuhlo, Janin Burbott-Seidel, Claudia Naumann-Deppe, Ginette Teske, Gabi Spiegel, Cordula Müller

Druck: Universal Medien GmbH, München

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