Abb. 1. Gemessene Konzentra- tionsverlaufe von polychlorierten Di- benzodioxinen und -furanen wahrend des Hauptversuches entlang des Rauchgaspfades.

In Tab. 1 sind die bei allen Eluattests [4] der Schmelzgranulate ermittelten Konzentrationsbereiche und chemisch-physikalischen Summenparameter zusammengestellt; es zeigt sich, daB die stren- gen Eluatkriterien ftir Bodenablagerungen [5] bis auf wenige Ausnahmen erfullt werden.

Die Konzentrationsverlaufe von polychlorierten Dibenzodioxi- nen und -furanen entlang des Rauchgaspfades wahrend des Hauptversuches sind in Abb. 1 dargestellt; das zur RGR eingesetz- te Gewebefilter halt iiber 99% der PCDDPCDF-Belastung des Rohgases zuruck, so daB der Toxizitatsaquivalent-Wert des Rein- gases den Grenzwert von 0,l ng TElm3 [6] um mindestens eine Zehnerpotenz unterschreitet. Die MeBergebnisse bezuglich Staub, Arsen, Cadmium und Quecksilber im Reingas liegen ebenfalls deutlich unterhalb der Grenzwerte [6].

Die im Rahmen der Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse haben gezeigt, daB das SBV zur thermischen Behandlung von kommunalen Klarschlammen mit Restmiill geeignet ist und diese Technologie zur Abfallbehandlung im GroBmaBstab umgesetzt werden sollte.

Die Autoren danken Herrn Dr. R. Ahrens-Botzong, Herrn Dip1.- Ing. E. Redmann und Herrn Dip1.-Ing. H. Werdinig, Fa. Siemens UB KWU, ohne deren Unterstutzung die Durchfuhrung des Vorhabens nicht moglich gewesen ware. - DasVorhaben wurde im Rahmen des Projekts Jergleichende Untersuchungen von Verfah- ren zur thermischen Klarschlammtrocknung und -entsorgung" vom Bayerischen Staatsministerium fur Landesentwicklung und Umweltfragen gefordert.

Das ausfuhrliche Manuskript (52 S.) ist bei den Autoren gegen Zahlung eines Unkostenbeitrags erhaltlich.

Eingegangen am 12. Mai 1992 [K 14481

Literatur

[I] Anonym (AbfKIarV): BGBl (1992) 21, TI. 1, S. 9121934. [2] Griiner, M . : Umwelt (1990) Nr. 6, S. 2751276. [3] Kassner, W : Entsorgungspraxis (1992) Nr. 112, S. 36/40.

[4] Fachgruppe Wasserchemie in der Gesellschaft Deutscher Che- miker in Gemeinschaft mit dem NormenausschuB Wasserwe- sen (NAW) im DIN Deutsches Institut fur Normung e.V: Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlamm-Untersuchung, Band IV, S. S4, VCH, Weinheim 1991.

[5] Landesamt fur Wasser und Abfall Nordrhein-Westfalen: Ent- wurf einer Richtlinie iiber die Untersuchung und Beurteilung von Abfallen, TI. 2, Diisseldorf, Juni 1987.

[6] Anonym (17. BImSchV): BGBl (1990) 64, TI. 1, S. 254512553.

Thomas Geiger, Hanspeter Baumgartner, Helmut Seifert, lngo H. Dorn und Hans Knopf**

Alte Automobile werden bisher in Shredderanlagen aufbereitet. Dabei fallt neben der Hauptfraktion Stahlschrott, die bei der Stahlherstellung vollstandig wiederverwertet wird, eine Shredder- leichtmullfraktion an. Ihr Anteil betragt 25%. Die Hauptbestand- teile des Shredderschrotts sind Kunststoffe, Glas, Gummi, Lack und Schmutz. Das jahrliche Gesamtaufkommen in der alten Bundesrepublik Deutschland betragt etwa 500000 t.

Neben einer denkbaren stofflichen Verwertung ergeben sich Moglichkeiten zur energetischen Nutzung der Restkunststoffe im Shredderleichtmull. Dabei bietet die thermische Entsorgung durch Verbrennung neben der Energieriickgewinnung und Volumenre-

* Vortrag von Z Geiger auf dem Jahrestreffen der Verfahrens- Ingenieure, 25. bis 27. Sept. 1991 in Koln.

** Dip1.-Ing. Z Geiger, Dr. H. Baurngartner, Dr. H . Seifert, Dr. H. I . Dorn und Dr. H. Knopf, BASF AG, 6700 Ludwigsha- fenlRh.

444 Chem.-1ng.-Tech. 65 (1993) Nr. 4, S. 444-446 0 VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim, 1993 0009-286Xl9310404-0444 $5.00 + .25/0

duzierung den Vorteil einer weitestgehenden Zerstorung der im Shreddermull enthaltenen Schadstoffe.

Auf der Grundlage bereits vorangegangener Untersuchungen im Auftrag des VKE [l, 21 wurden bei der BASF Aktiengesellschaft zwei Verfahren zur thermischen Entsorgung von Shredderleicht- mull ausfuhrlich in mehreren Versuchen untersucht und in bezug auf ihre technische und wirtschaftliche Realisierbarkeit gegen- ubergestellt: Zum einen dasverbrennen im Drehrohrofen und zum anderen die Entsorgung des Shredderleichtmulls zusammen mit Klarschlamm in einer Wirbelschichtfeuerung.

1 Shreddermullverbrennung im Drehrohrofen

Abb. 1 zeigt die Betriebsanlage, in der die Versuche zur Verbrennung des Shredderleichtmiills durchgefiihrt wurden. Die thermische Leistung des Drehrohrofens betragt 30 bis 35 GJ/h. Dabei gelangten insgesamt 60 t Shreddermiill zur Verbrennung. Insgesamt umfaBte die Versuchsreihe sieben Einzelversuche, dar- unter ein Langzeitversuch von iiber 30 h Versuchsdauer. Der Anteil des Shredderleichtguts an der thermischen Belastung des Drehrohrs variierte bei den einzelnen Versuchen von 0 YO bis fast 80 Yo.

Der Shreddermull wurde, in Kartons verpackt, iiber eine Gebindeaufgabe mit sehr kurzen Taktzeiten quasikontinuierlich in den Drehrohrofen eingebracht. Der Shreddermiillmassenstrom wurde erfaBt. An insgesamt vier MeBstellen wurden wahrend der Versuche Beprobungen vorgenommen. An MeRstelle 1 und MeR- stelle 2 wurden die Konzentrationen von CO, NO,, S 0 2 , HCI, 0 2

und Restkohlenwasserstoffen bestimmt. Die Ermittlung des Staubgehalts erfolgt an MeBstelle 3. Die Beprobung der Schlacke fand an MeRstelle 4 statt. Ebenfalls an der MeRstelle 3 wurden wahrend eines ausgewahlten Versuchs sowohl die PCDDIPCDF- Konzentrationen als auch der Gehalt von fluchtigen Schwermetal- len bestimmt.

Die an MeBstelle 1 festgestellten CO- bzw. C,H,-Anteile, die infolge der nicht kontinuierlichen Aufgabeweise entstehen, wer- den in der Nachbrennkammer vollstandig abgebaut. Bei NO,, HC1 und SO2 konnte eine Abhangigkeit von der eingesetzten Shred- derleichtmullmenge festgestellt werden. Sie steigen mit zuneh- mendem Anteil von Shreddermull am Gesamtbrennstoff an.

Sowohl der Staubgehalt des Rohgases (MeDstelle 3) als auch die Emissionen der an den Staub gebundenen Schwermetalle nehmen mit steigendem Anteil des Shredderleichtguts zu. Durch die nachgeschaltete Rauchgasreinigung liegen die am Kamin gemes- senen Reingaswerte unter den zulassigen Grenzwerten.

Die Schlackeproben wurden einern Eluattest unterzogen. Die Untersuchungen zeigen, daD die Schwermetalle sehr gut in die glasartige Matrix der Schlacke eingebunden werdqn. Die sehr

Nachbrennlornrner Abhihekessel

Abb. 1. Shredderleichtmullverbrennung im Drehrohr.

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strengen Grenzwerte fur die Klasse der Inertstoffe der TVA Schweiz werden in Ausnahmefallen unwesentlich uberschritten. Der TOC-Gehalt der Proben liegt bei etwa 0,8 %. Dieser Wert charakterisiert den sehr guten Feststoffausbrand.

2 Shreddermullverbrennung im Wirbelschichtofen

Die Versuche zur Shredderleichtmiillverbrennung im Wirbel- schichtofen wurden in einer kleinen, zylinderformigen Techni- kumsbrennkammer mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Hohe von etwa 2,50 m durchgefuhrt. Das Ziel war in erster Linie die Ermittlung sicherer Betriebsbedingungen. Dazu wurde u.a. das Verhaltnis des Klarschlamms zum Shreddermullanteil variiert und der Wirbelboden fur einen optimalen Bettascheaustrag modifi- ziert . Aufgrund der geringen GroBe der Versuchsanlage besitzen die ermittelten Emissionswerte nur einen qualitativen Charakter.

Die Versuche ergaben, daB fur ein solches Verfahren die Wirbelbettemperatur auf einen Bereich zwischen 800 "C und maximal 900 "C eingegrenzt werden muB. Wird diese Obergrenze uberschritten, kommt es, wahrscheinlich aufgrund des erhohten Glasanteils im Shredderleichtmull, zu einem Verbacken des Wir- belsandes. Abb. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Brenn- stoffzusammensetzung, dem Heizwert, dem Restsauerstoffgehalt und den sich ergebenden Verbrennungstemperaturen. (Bei den Wirhelschichtversuchen wurden dem Shreddermull 20% Kunst- stoffe beigemischt.)

Daruber hinaus ist ein kontinuierlicher Abzug der nicht fluidi- sierbaren Bestandteile aus dem Wirbelbett zu gewahrleisten. Dafur scheint ein trichterformiger oder auch ein schrag angestell- ter Dusenboden am geeignetsten.

Aus dem geforderten Temperaturbereich ergibt sich das einzu- stellende Mischungsverhaltnis von Klarschlamm und Shredder- mull. Die Mischung wird bei einer groBtechnischen Anlage je nach Wassergehalt des Klarschlamms maximal 60% Shredderleichtmull enthalten.

3 Verfahrensvergleich

Verbrennungstechnisch sind beide untersuchten Verfahren zur Shredderleichtmull-Entsorgung geeignet. Beide erlauben eine umweltgerechte Entsorgung innerhalb der vom Gesetzgeber vor- gegebenen Grenzwerte. Ein ausreichender Ausbrand der Rauch- gase und der Asche ist gewahrleistet.

Wassergehalt im KIYrschlarnm: 50% Asche : Schlammtmckensubstaru = k1 20 5% Kunststoffe 80 X Shredderleichtmiill

5 10 20 30 40 50 60

Shredderanteil im Brennstoff [Gew.-%]

Abb. 2. Verbrennung von Klarschlamm mit Shreddermull.

Der groBe Vorteil des Drehrohrofens ist die durch die hohe Verbrennungstemperatur bedingte Schlackebildung.Vor allem der im Shredderleichtmull enthaltene mineralische Anteil wirkt als Schlackebildner. Dadurch wird der unverbrannte feste Anteil im Shreddermull in eine glasahnliche Matrix eingeschlossen. Dies verhindert weitgehend die Elution der Schwermetalle und Salze.

Weitere Vorteile des Drehrohrofens sind dessen Unempfindlich- keit gegeniiber Veranderungen des Shredderleichtmulls in bezug auf Heizwert oder Stuckigkeit. Heizwertschwankungen des festen Brennstoffes werden durch eine entsprechende Flussigbrennstoff- regelung ausgeglichen.

Der Einsatz von Zusatzbrennstoff sowohl an der Stirnwand des Drehrohrs als auch in der Nachbrennkammer ist aber auch als Nachteil anzusehen, da hochkalorige flussige Abfallbrennstoffe nicht in unbegrenzter Menge zur Verfiigung stehen und deshalb einen hohen Preis besitzen.

Der Wirbelschichtofen, der auf einem niedrigeren Temperatur- niveau betrieben wird, benutzt Klarschlamm als Zusatzbrennstoff, um die Verbrennungstemperatur zu senken. Bei Klarschlamm besteht ebenfalls ein EntsorgungsengpaB, so daB keine zusatzli- chen Kosten fur den Zukauf von Klarschlamm zu berechnen sind, sondern eher eine Gutschrift zu envarten ist. Somit konnten in einer Anlage zwei Abfallstoffe zusammen entsorgt werden.

Ein Vorteil der Wirbelschichtfeuerung, namlich die niedrige Verbrennungstemperatur und damit eine verminderte Produktion von NO,, konnte gleichzeitig zu Schwierigkeiten bei der Geneh- migung der Anlage fuhren. In der 17. BImSchV wird eine Temperatur von 1200 "C gefordert oder bei einer niedrigeren Verbrennungstemperatur der Nachweis der gleichen Zerstorungs- effizienz. Dies wiirde eine Nachbrennkammer unverzichtbar machen und die Investitionskosten auf das gleiche Niveau wie die Kosten des Drehrohrs anheben. Daneben muBte auch dort teurer Flussigbrennstoff eingesetzt werden.

A l s weiterer Nachteil ist die enge Begrenzung der einzusetzen- den VerbrennungsgutgroBe aufgrund der fluiddynamischen Bedin- gungen im Wirbelbett zu werten. Dies verursacht einen hohen Aufwand bei der Aufbereitung und Zerkleinerung des Shredder- leichtmiills.

Die Investitionskosten beider Anlagen sind ahnlich hoch. Sie betragen fur eine Anlage mit einer Kapazitat von 5 t/h etwa 100 Mio. DM. In diesen Kosten sind ggf. notwendige MaBnahmen zur Minderung der PCDDIF-Emissionen nicht enthalten. Die Entsorgungskosten liegen damit zwischen 350 und 450 DMlt Shredderleichtmull. Die der Kostenbetrachtung zugrundeliegende Schatzgenauigkeit betragt 20%. Da beide Verfahrensvarianten ahnliche Kosten besitzen, sollte man vor allem verfahrenstechni- sche Aspekte zur Entscheidungsfindung in Betracht ziehen. In bezug auf Flexibilitat der Anlage und Reststoffanfall werden deutliche Vorteile fur die Drehrohrofentechnik gesehen.

Ein ausfuhrlicheres Manuskript zu diesem Beitrag (25 Seiten einschlieBlich 12 Abbildungen) ist bei den Autoren gegen einen Unkostenbeitrag erhaltlich.

Eingegangen am 11. Marz 1992 [K 22131

Literatur

[l] Bienderru, G.: Untersuchung uber das Emissionsverhalten der Leichtmullfraktion aus Autoshredderanlagen beim Verbren- nen, FAT Schriftenreihe Nr. 72, 1988.

[2] Kohnle, K.: Thermische Verwertung kunststoffreicher Abfall- fraktionen, Studie im Auftrag des VKE, Jan. 1989.

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