Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg -

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1 Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg -
C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe MüllVerbrennungsAnlage (MVA) Hamburg < 5 MJ/kg * nach vorheriger biologischer Behandlung

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Sie sind keine Veröffentlichung und nicht zitierbar! Da bei den Folienvorlagen für diese Vorlesung nicht für alle Abbildungen die Urheberrechte geklärt sind, sind diese Materialien nur für den vorlesungsbegleitenden Gebrauch zu verwenden.

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Katalysatoren Recycling Der grösste Teil davon sind Katalysatoren aus abgemeldeten und verschrotteten Kraftfahrzeugen. In Westeuropa waren dies bis zum Jahr mehr als 5 Mio. Katalysatoren pro Jahr. In diesen Katalysatoren sind Platin, Palladium und Rhodium gebunden. RecySwiss GmbH

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Recycling sichert Rohstoffversorgung

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe 1996 Wasser Kalk Koks Druckluft Rückstände Absorption, Adsorption, Filtration Gewebefilter

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Wirbelschicht-Pyrolyse

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Rostfeuerung Es werden Walzenroste, seltener auch Wanderroste eingesetzt. In der ersten Zone findet eine Trocknung des Mülls statt, der bei Temperaturen über 100 °C eine Verdampfung des Wasseranteils folgt. In der nächsten Zone erfolgt im Temperaturbereich von 250 – 800 °C eine Entgasung des Mülls. Mit Erreichen des Flammpunktes der Entgasungsprodukte setzt die Verbrennung ein, die unterstöchiometrisch (Unvollständig) bei Temperaturen von 800 – 1150 °C abläuft. Auf der letzten Rostzone erfolgt der Restausbrand.

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Drehrohrofenverbrennung BASF Drehrohröfen ermöglichen hohe Verbrennungs- temperaturen und lange Verweilzeiten für Brenngut und Abgase und schaffen damit die Voraussetzungen zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte. Demontage

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Sondermüllverbrennung Als Sondermüll bezeichnet man Abfälle, die nach Art, Beschaffenheit oder Menge in besonderem Maße gesundheits-, wasser- oder luftgefährdend, explosiv oder brennbar sind oder Erreger übertragbarer Krankheiten enthalten oder hervorbringen können Die Entsorgung von Sondermüll ist überwachungspflichtig und bedarf besonderer Recyclingverfahren oder – falls nicht anders möglich – spezieller Verfahren der Müllverbrennung und des Deponierens. Verbrannt werden häufig kontaminierte Böden (PAK – polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, PCB – polycyclische Biphenyle, Dioxine). Insbesondere diese bedürfen Glühtemperaturen von bis zu °C. Deshalb werden üblicherweise Sondermüllverbrennungs anlagen mit einer zusätzlichen, bei Bedarf zuschaltbaren Glühstufe versehen. Für Sonderabfallverbrennungsanlagen ist die Verbrennung im Drehrohrofen das gängige Verfahren. 1250 °C

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Hochsee-Verbrennung insbesondere für chlorhaltige Abfallstoffe 1991: Ende der Sondermüllverbrennung auf See

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Schema einer Deponie geklüftet oder porös Spundwand Abdeckung (Plane und/oder Erde) Netz gegen Papierflug horizontale Lagerung der Gesteinsschichten (oder Gasverwertung) Gas wird abgefackelt Drainage → Klärwerk undurchlässiger Unterbau

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Deponie (Oberfläche)

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Deponieklassen Die DeponieVerordnung (DepV) und die Abfallablagerungsverordnung (AbfAblV) sehen für die oberirdische Ablagerung - je nach Gefährlichkeit der abzulagernden Abfälle – 4 Deponieklassen (DK 0 bis DK III) vor: Deponie für Inertabfälle DK 0 (gering belastete mineralische Abfälle) Deponie für nicht gefährliche Abfälle DK I (mit sehr geringem organischem Anteil) Deponie für nicht gefährliche Abfälle DK II (mit höherem organischem Anteil) Deponie für gefährliche Abfälle DK III Untertagedeponie DK IV - Oberirdische Deponie für “Inertabfälle“ (DK 0): In der Regel ist für die Zulassung nur ein Plangenehmigungsverfahren erforderlich und die Vorlage einer Emissionserklärung entbehrlich. - Oberirdische Deponie für nicht besonders überwachungsbedürftige Abfälle (DK 1) für Abfälle, die einen sehr geringen organischen Anteil enthalten und bei denen eine sehr geringe Schadstofffreisetzung im Auslaugversuch stattfindet. - Hausmülldeponien (heute Deponieklasse DK 2): Historisch gesehen waren die ersten Deponien wilde Müllhaufen, ehemalige Sandgruben, Steinbrüche oder bestenfalls hierfür ausgehobene Erdlöcher. Erst ab 1950 wurden Deponien immerhin gegen Grundwasser und später auch gegen Regenwasser sowie seitlich abgedichtet. In den 1970er Jahren wurden Deponien als große biologische Behandlungsanlagen angesehen. Aufgrund der langen Reaktionszeiten bis zum Abklingen der organischen Prozesse und der beträchtlichen Volumina bei diesen Deponien wurden in den 1990er Jahren Deponie Verordnungen. Seit dürfen nur noch Abfälle mit einem organischen Gewichtsanteil von höchstens 5 Prozent abgelagert werden. - Oberirdische Deponie für besonders überwachungsbedürftige Abfälle (DK 3) für Abfälle, die einen höheren Anteil an Schadstoffen enthalten als die, die auf einer Deponie der Klasse II abgelagert werden dürfen, und bei denen auch die Schadstofffreisetzung im Auslaugversuch größer ist als bei der Deponieklasse II und zum Ausgleich die Anforderungen an die Deponieerrichtung und an den Deponiebetrieb höher sind. Untertagedeponie (DK 4), in der die Abfälle in einem Bergwerk mit eigenständigem Ablagerungsbereich oder in einer Kaverne vollständig im Gestein eingeschlossen, abgelagert werden.

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3. Phase mit den Teilphasen I - VI 2. Phase 1. Phase C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Deponiegas (1)

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Deponiegas (2) Die Phasen des Langzeitverhaltens der Deponiegasproduktion bei Altablagerungen sind wie folgt eingeteilt Phase I Stabile Methanphase: etwa Jahre nach Ablagerung ist im Normalfall die stabile Methanphase erreicht. Von dieser Phase kann dann gesprochen werden, wenn im Deponiegas ein Verhältnis von 55 Vol-% CH4 zu 44 Vol-% CO2 ( CH4 / CO2 = 1,2 ) erreicht ist. O2 und N2 sind nicht oder nur in Spuren im Deponiegas vorhanden. In die Phase I wurden bei der Datenerhebung diejenigen Altablagerungen gestellt, die bei längeren Absaugversuchen Methangehalte um 55 Vol-% aufwiesen. Altablagerungen in diesem Stadium ohne geeignete Oberflächenabdichtungen und entsprechende Entgasungsmaßnahmen zeigen sehr hohe Emissionswerte an der Oberfläche. Phase II Phase steigender CH4 / CO2 - Verhältnisse (CH4 / CO2 > 1,5). Diese auch als Langzeitphase bezeichnete Phase ist dadurch charakterisiert, dass hohe Methanwerte im Deponiekörper gemessen werden können. Eine Erklärung für die hohen Methanwerte liegt zum einen bei der Ausgangs-Gaszusammensetzung. Normalerweise entstehen aus Hausmüll Gase mit einem Gehalt von 55 Vol-% CH4 und 44 Vol-% CO2. Je nach Ausgangsmaterial und Abbaugeschwindigkeit ist eine andere Gaszusammensetzung zu erwarten. Die Menge und die Zusammensetzung des bei vollständiger Zersetzung hängt vom Verhältnis C : H : O : N in den abzubauenden Grundstoffen und von der Temperatur (und anderen Faktoren) ab. Von den wesentlichen Gruppen organischer Stoffe liefern Fette das meiste Gas mit hohem CH4-Gehalt Eiweißstoffe geringere Gasmengen mit ebenso hohem CH4-Gehalt Kohlenhydrate verhältnismäßig wenig Gas mit dem geringsten CH4-Gehalt. Abbaugeschwindigkeit verschiedener Stoffe

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Deponiegas (3) Eine Veränderung dieser Ausgangs - Gaszusammensetzung wird aber auch durch Transportvorgänge (z.B. Auswaschung) hervorgerufen. Bei 20°C ist die Löslichkeit von CO2 in Wasser sehr viel höher als die Löslichkeit von CH4 (CO2 = mg/l gegenüber CH4 = 24 mg/l). Dadurch kann CO2 durch Wasserbewegung ausgewaschen werden. Das Verhältnis CH4 zu CO2 verschiebt sich zugunsten von CH4. Bei den Altablagerungen sind in der Regel deutlich über 50 Vol-% CH4 im Deponiekörper gemessen worden. Der Höchstwert lag bei 85 Vol-% CH4 . Das Verhältnis CH4 zu CO2 lag zwischen 1 und 4. Phase III Lufteindringphase: Es tritt O2 und N2 zu. Das CH4 / CO2 - Verhältnis nimmt wieder ab. Die Ausgangs-Gaskonzentration wird durch den Luftzutritt verdünnt. Es sind Methangehalte zwischen Vol-% messbar. Die CO2-Gehalte liegen zwischen Vol-%. Ein beträchtlicher Anteil an N2 ist nachweisbar. Phase IV Methanoxidationsphase: Wegen der verringerten Gasproduktion dringt verstärkt Luft in den Deponiekörper ein. Methan wird oxidiert und es entsteht Kohlendioxid. Dieser Vorgang verschiebt das Verhältnis CH4 zu CO2 zu Werten < 1. Methanoxidation wird von einer Reihe von Mikro-Organismen ausgeführt, die als methylotroph bezeichnet werden. Diese Organismen sind in der Lage, durch Oxidation von der Kohlenwasserstoffe Energie zu gewinnen. Über 100 Spezies von methylotrophen Bakterien sind bekannt und in der Natur weit verbreitet (z.B. im Boden, in marinen Sedimenten). Voraussetzung ist das gleichzeitige Vorhandensein von Methan und Sauerstoff. Der Sauerstoff der Luft wird verbraucht, und es tritt relativ viel zusätzlicher Stickstoff auf: CH4: 20 Vol-% , CO2: 30 Vol-%, N2: 45 Vol-% , O2: 5 Vol-% In dieser Phase finden normalerweise keine Emissionen in den Luftraum mehr statt. Phase V Kohlendioxidphase: In dieser Phase sind im Deponiekern die Methangehalte sehr gering (max Vol-%). Dadurch wird der CO2-Gehalt gegenüber der normalen Bodenluftzusammensetzung erhöht. Neben erhöhtem N2-Gehalt (> 60 Vol-%) sind gegenüber unbeeinflusster Bodenluft erniedrigte O2-Gehalte messbar (< 15 Vol-%).

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Deponiegas (4) Phase VI Luftphase: Nimmt der Kohlendioxidgehalt noch mehr ab, nimmt der Sauerstoffgehalt zu (auf rund 20 Vol-%), so die Beeinflussung des Bodenluft- bzw. Porenbereichs in der Deponie durch Deponiegas abgeschlossen. Der Sauerstoffgehalt in der Bodenluft ist oft geringer als in der Atmosphäre, weil die bei Lebensvorgängen aller Art im Boden verbrauchte Sauerstoffmenge nur relativ langsam aus der atmosphärischen Luft ersetzt wird. Die O2-Gehalte sind also in entscheidendem Maße abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit, d.h. von der Durchlässigkeit gegenüber Atmosphärenluft. Die typische Gaszusammensetzung in dieser Phase ist: CH4: 0 Vol-%, CO2: 4 Vol-%, N2: 78 Vol-%, O2: 18 Vol-%. Aufgrund der in diesem Kapitel erläuterten Zusammenhänge lassen die oben aufgeführten unterschiedlichen Phasen einen unterschiedlichen Grad der Gefährdung durch Deponiegas erwarten. Deponiegas - Langzeitkonzentrationsverlauf bei Altablagerungen

18 Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg -
C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Basisabdichtung nach TA Siedlungsabfall

19 Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg -
C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Mehrstufige Sickerwasserbehandlung

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Sondermülldeponie Herfa-Neurode Meter Es dürfen keine Sonderabfälle in flüssigem Zustand eingelagert werden. Selbst in Fässern abgefüllt, müssen die Abfallstoffe zumindest stichfest sein.

21 Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg -
C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Radioaktiver Müll in der Asse schwachradioaktiv mittelradioaktiv

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C.v.O.-Univ. Oldenburg, MSc-Chemie, Modul Verfahrenstechnik, Umwelttechnik in der Chemie, Axel Brehm Industrial Chemistry - C.v.O.-University of Oldenburg - Feste und flüssige Abfallstoffe Einlagerung von Abfallstoffen in Kavernen Die Herstellung von Kavernen-speichern setzt ausreichend mächtige Salzformationen voraus. Die Hohlräume werden mittels Bohrungen von über Tage in Teufen bis 2500 Meter ausgesolt. Je nach geologischen Verhältnissen und betrieblichen Erfordernissen erreichen Salzkavernen Speichervolumen von bis größer m³ und können Durchmesser bis zu 80 m und Höhen zwischen 50 und 700 m. Einlagerung von festen, flüssigen oder gasförmigen anthropogenen Sonderabfallstoffen (chemisch-toxisch, schwach radioaktiv) in Kavernen: