Ökologische Bewertung der mechanisch-biologischen Restabfallbehandlung und der Müllverbrennung auf Basis von Energie- und Schadgasbilanzen:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Mettmann
ANS
1999
|
| Ausgabe: | 2. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Schriftenreihe des Arbeitskreises für die Nutzbarmachung von Siedlungsabfällen (ANS) e.V.
38 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 194, [48] S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3924618372 |
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| adam_text | Titel: Ökologische Bewertung der mechanisch-biologischen Restabfallbehandlung und der Müllverbrennung auf
Autor: Wallmann, Rainer
Jahr: 1999
Verzeichnisse
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungen
1 Einleitung und Problemstellung.......................................................................19
2 Material und Methoden......................................................................................22
2.1 Beschreibung der Forschungsvorhaben.........................................................22
2.2 Methoden................................................._____________.____._________22
2.2.1 Analytik Schadgasemissionen.............................................................................22
2.2.2 Herstellung und betrieblicher Energie- und Hilfsstoffaufwand..............................23
2.2.2.1 Grundlagen..........................................................................................................23
ZZ2.2 BBanzierungsziel...................................................... ............................................26
2.2.2.3 Bilanzierungsgrenzen..........................................................................................26
2.2.2.4 Bilanzierungsmethode.........................................................................................27
2.2.2.5 Untersuchungsparameter....................................................................................31
2.2.3 Abluftemissionen.................................................................................................32
2.2.3.1 Datengrundlage...................................................................................................32
2.2.3.2 Berechnung von Schadgasfrachten im Robgas...................................................32
2.2.3.3 Ermittlung von Reingaskonzentrationen..............................................................34
2.2.3.4 Bewertung der Ergebnsse..................................................................................35
2.2.3.5 Untersuchungsparameter....................................................................................36
Z2.4 Kohlenstoff-Bilanzierung......................................................................................36
ZZ5 Systemvergleich zur Restabfallbehandlung.........................................................36
2.2.5.1 Bilanzienjngsziel.................................................... ..............................................37
2.2.5.2 Bilanzierungsgrenzen..........................................................................................37
2.2.5.3 Sachbilanz....................................:......................................................................40
Z2.5.4 Wirkungsbifanz....................................................................................................40
2.Z5.5 Bilanzbewertung..................................................................................................44
ZZ5.6 Sensiövttätsanalyse.............................................................................................48
2.2.5.7 Untersuchungsparameter.....................................................................................48
2.2.6 Energie-und Emissionsdaten...............................................................................48
2.3 Untersuchungsvarianten ._.......„.._..„........„....„........................_.-...........—... 49
2.3.1 MBA-Varianten...................................................................................................^49
Verzeichnisse
3 Grundlagen für den Systemvergleich..............................................................57
3.1 Herstellung und betrieblicher Energie- und Hilfsstoffaufwand......................57
3.1.1 Beschreibung der bilanzierten MBA-Anlage.........................................................57
3.1.1.1 Abfallaufbereitung................................................................................................59
3.1.1.2 Behandlung von Wert-und Störstoffen................................................................59
3.1.1.3 Biologische Behandlung......................................................................................60
3.1.1.4 Deponierung........................................................................................................62
3.1.2 Materialaufwand zur Herstellung der Anlagen.....................................................62
3.1.3 Betriebsmittelaufwand der Varianten...................................................................63
3.1.3.1 Betriebsmittelaufwand der MBA-Varianten..........................................................63
3.1.3.2 Betriebsmittelaufwand der MVA-Varianten..........................................................65
3.1.4 Sachbilanz...........................................................................................................67
3.2 Abluftemissionen der Untersuchungsvarianten--------------------------------..... 67
3.2.1 Abluftemissionen der MBA...................................................................................67
3.2.1.1 Emissionsrelevante Bereiche der MBA................................................................68
3.2.1.2 Abluftmengen......................................................................................................70
3.2.1.3 Schadgasemissionen..................................................,........................................72
3.Z1.4 BewerftingderMBA-Sdiadg^BemBsionen..........................................................80
3.Z1.5 Schlußfolgerungen und Ausblick..........................................................................85
3.2.1.6 Zusammenfassung..............................................................................................86
3.2.1.7 Annahmen für den Systemvergleich....................................................................87
3.2.2 Abluftemissionen der MVA...................................................................................88
3.3 Nachgelagerte Behandlungsschritte der MBA-Varianten...............................90
3.3.1 Deponierung mechanisch-biologisch behandelter Abfälle....................................90
3.3.1.1 Aufwand für Herstellung, Betrieb und Rekultivierung der Deponie.......................90
3.3.1.2 Gutschriften der Deponierung............................................................................102
3.3.2 Energetische Verwertung der Leichtstoffe.........................................................103
3.3.3 Verwertung der Fe-Metalle................................................................................106
3.3.4 Transportaufwand der MBA...............................................................................107
3.4 Nachgelagerte Behandlungsschritte der MVA-Varianten______________108
3.4.1 Gutschriften für die Strom-und Wärmebereitstellung........................................108
3.4.2 Stoffliche Verwertung von Fe-Metallen, NaCI und Gips.....................................112
3.4.3 Schlackeaufbereitung und -Verwertung..............................................................112
3.4.4 Filterstaub-Deponierung....................................................................................113
3.4.5 Transportaufwand der MVA...............................................................................113
Verzeichnisse
3.5 Kohlenstoffbilanzierung der Untersuchungsvarianten.................................115
3.5.1 Einleitung............................................................................................................115
3.5.2 Kohlenstoff im Restabfall....................................................................................116
3.5.3 Kohlenstoffbilanzen von Rotte und Verbrennung................................................120
3.5.3.1 MBA-Varianten...................................................................................................120
3.5.3.2 MVA...................................................................................................................125
3.5.4 Zusammenfassung.............................................................................................126
3.6 Aufwendungen für die Strombereitstellung...................................................127
4 Systemvergleich zwischen MBA und MVA.....................................................128
4.1 Sach- und Wirkungsbilanz...............................................................................128
4.2 Bilanzbewertung...............................................................................................128
4.2.1 Kumulierter Primärenergieaufwand....................................................................128
4.2.2 Verbrauch fossiler Energieträger........................................................................130
4.2.3 Treibhauspotential..............................................................................................131
4.2.4 Photooxidantjenbildung......................................................................................133
4.2.5 Versauerungspotential........................................................................................134
4.2.6 Freisetzung toxischer Stoffe...............................................................................136
4.2.6.1 Humantoxizitat....................................................................................................136
4.2.6.2 Okotoxizität.........................................................................................................138
4.2.7 Zusammenfassende Bewertung.........................................................................141
4.2.7.1 Verbal-argumentative Bewertung.......................................................................141
4.2.7.2 Mathematisch gewichtete Bewertung................................................. ................144
4.2.7.3 Bedeutung der Verfahrensbereiche für die ökologische Bewertung....................146
4.3 Sensiävitätsanalyse...............................__........______....._________„___148
4.4 Diskussion des Systemvergleichs......----------------------------------------------„169
4.4.1 Untersuchungsmethoden....................................................................................169
4.4.2 Standardisierung der Grundlagen für Systemvergteiche.....................................171
4.4.3 Ökologische Bewertung der Untersuchungsvarianten........................................172
4.4.4 Ausblick und Schlußfolgerungen........................................................................177
4.4.5 Forschungsbedarf..............................................................................................179
5 Zusammenfassung ..............................
Literatur....___.______.__
Anlagen
„184
Verzeichnisse
Abbildungsverzeichnis
Abb. 2-1: Bilanzgrenzen der kumulativen Bilanzierung von Herstellung und betrieb-
lichem Energie- und Hilfsstoffaufwand der MBA und MVA................................27-
Abb. 2-2: Methodische Ansätze zur Berechnung von Schadgasfrachten..........................33
Abb. 2-3: Bilanzierungsgrenzen der MBA.........................................................................*
Abb. 2-4: Bilanzierungsgrenzen der MVA.........................................................................*
Abb. 2-5: Vorgehensweise bei der Bilanzbewertung.........................................................**
Abb. 2-6: Schematische Darstellung des Lüttungssystems in Variante 2..........................S
Abb. 2-7: Aufbau einer Tafelmiete nach dem Kaminzugverfahren....................................53
Abb. 3-1: Verfahrensablauf der bilanzierten MBA-Anlage.................................................®
Abb. 3-2: Schematische Darstellung des Lüftungssystems der bilanzierten MBA.............SB
Abb. 3-3: Schematische Darstellung der Abluftführung einer Intensivrotte-MBA...............70
Abb. 3-4: Abluftkonzentrationen (Rohgas) bei der aeroben Behandlung von Rest-
abfällen in einem druckbelüfteten Rottesystem, Ergebnisse aus dem _
Forschungsvorhaben des Landes Hessen....................................................-¦•
Abb. 3-5: Organische Schadstofffrachten im MBA-Rohgas...............................................76
Abb. 3-6: Organische Schadstofffrachten im MBA-Reingas..............................................*
Abb. 3-7: BTX-Konzentratkmen und -Frachten während der biologischen Behandlung ;
und der Deponierung mechanisch-biologisch aufbereiteter Restabfälle............
Abb. 3-8. KohfencBoxkJ-Kreislauf der Erde......................................................................115
Abb. 3-9: Kunststoff-Wiederfindungsraten in Rotte- und Leichtstofffraktion nach
mechanischer Aufbereitung von Restabfall.....................................................tz1
Abb. 3-10: Kohlenstoffbilanz der MBA: Restabfallaufbereitung, -rotte und -deponierung
sowie Gutschriften durch die energetische Verwertung heizwertreicher
Leichtstoffe (Variante 1)..................................................................................12Z
Abb. 3-11: Kohlenstoffbilanz der MBA: Restabfaflaufbereitung, -rotte und -deponierung
sowie Gutschriften durch de energetische Verwertung heizwertreicher
Leichtstoffe (Varianten 2 und 3)......................................................................124
Abb. 3-12: Kohlenstoffbilanz der Müllverbrennung (ohne Gutschriften)............................125
Abb. 4-1: Kumulierter Primarenergieaufwand (KEA) der Untersuchungsvarianten.........I29
Abb. 4-2: Verbrauch fossiler Energieträger der Untersuchungsvarianten........................138
Abb. 4-3: Beiträge der Urtersuchungsvarianten zum Treibhauspotential.........................132
Abb. 4-4: Beitrage der Untersuchungsvarianten zur PhotoowdantienbBdung..................1^
Abb. 4-5: Beitrage der Untersuchungsvarianten zum Versauerungspotential.................XJS
HunTartMdzitätvonMBA-i«KlMVA-Abhirtermssi«ienmRelati«izur
MiiKtest-MVA m» voyst Kfiger Ausschöpft der Gfenrwerte der
17. BlmSchV.............................. .............138
Verzeichnisse
Abb. 4-7: Ökotoxizität von Intensivrotte-MBA- und MVA-Abluftemissionen in Relation
zur Mindest-MVA mit vollständiger Ausschöpfung der Grenzwerte der
17. BlmSchV....................................................................................................139
Abb. 4-8: Relevanz der Schadstoffe für die Ökotoxizität..................................................140
Abb. 4-9: Zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse für die Umweltproblem-
felder Treibhaus- und Versauerungspotential, Verbrauch fossiler Energie-
träger und Photooxidantienbildung...................................................................143
Abb. 4-10: Mathematisch gewichtete Bewertung der Untersuchungsvarianten für die
Umweltproblemfelder Treibhaus- und Versauerungspotential, Verbrauch
fossiler Energieträger und Photooxidantienbildung...........................................145
Abb. 4-11: Ergebnisse der Untersuchungsvarianten unter Berücksichtigung veränder-
ter Schadgasemissionen der Kaminzugvariante...............................................149
Abb. 4-12: Ergebnisse der Untersuchungsvarianten unter Berücksichtigung zusätz-
licher Aufwendungen der MBA-Varianten für Deponie-Sickerwasser-
reinigung..........................................................................................................152
Abb. 4-13: Ergebnisse der Untersuchungsvarianten unter Berücksichtigung unter-
schiedlicher Kohlenstoff-Abbauraten während der Deponierung mecha-
nisch-biologisch behandelter Abfälle................................................................153
Abb. 4-14: Ergebnisse der Untersuchungsvarianten unter Berücksichtigung unter-
schiedlicher Wirksamkeiten der Methanoxidationsschicht während der
Deponierung mechanisch-biologisch behandelter Abfälle.................................155
Abb. 4-15: Ergebnisse der Untersuchungsvarianten unter Berücksichtigung unter-
schiedlicher Verwertungswege der MBA-Leichtstoffe.......................................156
Abb. 4-16: Ergebnisse der Untersuchungsvarianten unter Berücksichtigung einer
integrierten Vergärungsstufe bei den MBA-Varianten.......................................158
Abb. 4-17: Ergebnisse der Untersuchungsvarianten unter Berücksichtigung der
Verglasung von MVA-Schlacke........................................................................159
Abb. 4-18: Kombinationsvarianten aus Mindest-, Standard- und Optimal-MVA im
Vergleich zur optimierten Intensivrotte (Variante 2)..........................................161
Abb. 4-19: Ergebnisse der Standard- und Optimal-MVA unter Berücksichtigung
unterschiedlicher Gutschriften für die Wärmebereitstellung..............................162
Abb. 4-20: Ergebnisse der Bilanzierung (Gut- und Lastschriften) im Vergleich zur
Berechnung ohne Gutschriften.........................................................................163
Abb. 4-21: Ergebnisse der Untersuchungsvarianten unter Berücksichtigung der Strom-
bereitstellung durch moderne Gaskraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung........165
Abb. 4-22: Humantoxizrtät von MBA- und MVA-Abluftemissionen in Relation zur
Mindest-MVA mit vollständiger Ausschöpfung der Grenzwerte der
17. BlmSchV....................................................................................................166
Abb. 4-23: Relevanz der Schadstoffe für die Humantoxizität.............................................167
Abb. 4-24: Schematische Darstellung zur Berechnung von Energtegutschriften für die
MVA.................................................................................................................175
Verzeichnisse
Tabellenverzeichnis
Tab. 2-1: Kumulierter Primärenergieaufwand (KEA) der RestmQllverrottung (Reite-
mann, 1993) sowie für Müllverbrennung und Deponierung nach Mauch
und Schaefer (1996, korrigierte Werte)............................................................24
Tab. 2-2: Zusammensetzung des kumulierten Primärenergieaufwandes (KEA) für
die Herstellung einer MVA und einer Deponie nach Mauch und Schaefer
(1996)................................................................................................................25
Tab. 2-3: Bilanzierte Baumaterialien zur Herstellung der MBA.........................................28
Tab. 2-4: Prozeßstufen der MBA........._...........................................................................29
Tab. 2-5: Bewertungsvorschlag des Umwettbundesamtes zur ökologischen Bedeu-
tung der untersuchten Wirkungskategorien___.............—................................46
Tab. 2-6: Faktoren für die mathematische Bewertung......................................................47
Tab. 2-7: Rahmendaten der MBA-Untersuchungsvarianten.............................................50
Tab. 2-8: Definition der MVA-Varianten............................................................................55
Tab. 3-1: Materialaufwand zur Herstellung der Anlagen...................................................62
Tab. 3-2: Strom- und Dieselverbrauch der MBA-Varianten...............................................63
Tab. 3-3: Stromverbrauch der MBA-Varianten, differenziert nach Prozeßstufen 64
Tab. 3-4: Betriebsmittel-Aufwendungen der MVA-Varianten (zusammengestellt nach
Betriebsdaten bestehender Anlagen, Stand 1997)............................................66
Tab. 3-5: Emissionsrelevante Verfahrensbereiche bei der mechanisch-biologischen
Restabfallbehandlung........................................................................................69
Tab. 3-6: Verteilung der Schadgasfrachten ausgewählter organischer Verbindungen
im Verlauf einer mehrwöchigen Intensivrotte (Mittel aus 3 Versuchen).............73
Tab. 3-7: Ergebnisse der Schwermetall-Sonderuntersuchung im Hessischen
Forschungsvorhaben.........................................................................................75
Tab. 3-8: Filterwirkungsgrade für 2-stufige Biofiltersysteme bestehend aus Luft-
wäscher und Container-Biofilter (zusammengestellt nach verschiedenen
Untersuchungen)...............................................................................................78
Tab. 3-9: Ausschöpfung der Grenzwerte der TA Luft durch eine MBA mit einer
jährlichen Behandlungskapazität von 45.000 Mg (MBA-Input)...........................82
Tab. 3-10: Einteilung der organischen Einzelverbindungen der MBA-Abluft nach
Klassen 1 bis 3 des Anhang E der TA Luft........................................................84
Tab. 3-11: Abluftemissionen der MVA-Untersuchungsvarianten.........................................89
Tab. 3-12: Spezifischer Dieselverbrauch verschiedener Abfalldeponien.............................92
Tab. 3-13: Spezifische Sickerwassermengen bei unterschiedlich hohen Sickerwasser-
Bildungsraten....................................................................................................99
Tab. 3-14: Berechnung der COrEmissiortsfaktoren für MBA-Letchtstoffe und Kohle
(50% Braun- und 50% Steinkohle, auf Heizwert bezogen)..............................105
Verzeichnisse
Tab. 3-15: Energetische Brennstoff-Ausnutzung verschiedener Müllverbrennungs-
anlagen in Deutschland (Betriebs- und Uteraturdaten).....................................110
Tab. 3-16: Kunststoffanteil im Restabfall aus Haushalten; berechnet aus Müllanalysen
der IGW von 1992 bis 1996 (ländliche und städtische Strukturen nach Ein-
führung des Dualen Systems)..........................................................................117
Tab. 3-17: Kunststoffanteil im hausmüllähnlichen Gewerbeabfall; berechnet aus Müll-
analysen der IGW von 1992 bis 1996 (ländliche und städtische Strukturen
nach Einführung des Dualen Systems)............................................................118
Tab. 3-18: Kunststoffe und Kunststoff-C im Restabfall (75% Restabfall aus Haushal-
ten, 25% hausmüllähnlicher Gewerbeabfall)....................................................118
Tab. 3-19: Schwermetallemissionen der Strombereitstellung in Deutschland
(Stand 1995)....................................................................................................127
Tab. 4-1: Veränderungen der human- und ökotoxischen Bewertungen sowie der
Summe organischer Venbindungen nach Anhang E der TA Luft im MBA-
Rohgas unter Berücksichtigung der halben Werte der Bestimmungs-
grenzen (BG) bzw. einer Nuilemission bei unterschrittener BG........................150
Tab. 4-2: Veränderungen der human- und ökotoxischen Bewertungen sowie der
Summe organischer Verbindungen nach Anhang E der TA Luft im MBA-
Reingas unter Berücksichtigung der halben Werte der Bestimmungs-
grenzen (BG) bzw. einer Nullemission bei unterschrittener BG........................151
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