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Studien zum Thema

DOC/TOC im Eluat von Abfällen aus der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung (MBA) – Evaluierung der Bestimmungsmethoden

Die Umweltbundesamt GmbH hat im Auftrag des Bundesministeriums eine Evaluierung der Bestimmungsmethoden für den gesamten organischen Kohlenstoff im Eluat (total organic carbon (TOC)) und den gelösten organischen Kohlenstoff im Eluat (dissolverd organic carbon (DOC)) von Abfällen aus der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung (MBA) durchgeführt.

Gemäß Deponieverordnung 2008 ist für die Annahme von Abfällen auf einer Massenabfalldeponie der Grenzwert für den TOC im Eluat (2.500 Milligramm pro Kilogramm (mg/kg) TM) einzuhalten. Für Abfälle aus der MBA gilt dieser Grenzwert nicht, jedoch ist der TOC im Eluat auch für diese Abfälle zu bestimmen und in die Beurteilung des Deponieverhaltens mit einzubeziehen. In Deutschland ist für die Deponierung von MBA-Abfällen hingegen der DOC im Eluat begrenzt.

Für die Evaluierung der beiden Bestimmungsmethoden wurden Proben unterschiedlicher Rottegrade aus zwei österreichischen MBA-Anlagen herangezogen. Durch systematische Untersuchung in zwei österreichischen Labors wurden mögliche Einflussfaktoren bei der Probenaufbereitung und Analyse auf die Untersuchungsergebnisse ermittelt. Als wesentliche Einflussfaktoren konnten vor allem die Zentrifugationsdauer und die Wahl des Filtermediums nachgewiesen werden. Diese Faktoren haben bis dato noch keinen Eingang in die Normung gefunden. Als weiterer relevanter Faktor für die Bestimmungsmethoden, der in der Normung zu präzisieren ist, wurde die quantitative Entfernung von anorganischem Kohlenstoff in Kombination mit Ansäuern und Ausblasen beim Gerät ermittelt.

Die mit den optimierten Bestimmungsmethoden erhaltenen DOC-Gehalte der untersuchten Proben lagen im Mittel bei 87 Prozent bezogen auf die TOC-Gehalte im Eluat. Während die zur Deponierung vorgesehenen Proben die österreichischen Ablagerungskriterien gemäß Deponieverordnung 2008 erfüllten, lagen die DOC-Konzentrationen im Eluat über dem deutschen Grenzwert von 300 Milligramm pro Liter (entspricht 3.000 mg/kg TM).

Studie: DOC/TOC (PDF, 6 MB)

Kurzgutachten zur Frachtbegrenzung für Emissionen aus der MBA

In der MBA-Richtlinie (2002) wurde zur Begrenzung von Abluftemissionen aus MBA-Anlagen eine Frachtenregelung für organische Stoffe bezogen auf den Gesamtinput in die Anlage festgelegt. Diese unterscheidet sich von der in Deutschland verbindlich einzuhaltenden Frachtenregelung der 30. BImSchV (2001) nur durch einen höheren Grenzwert (100 Gramm pro Tonne (g/t) Input anstelle 55 g/t Input), wird in Österreich allerdings bisher nicht konsequent umgesetzt.

In der vom Bundesministerium beauftragten Studie erfolgt eine nähere Betrachtung dieser Frachtenregelungen. An Hand von Betriebserfahrungen bei deutschen MBA-Anlagen werden die Auswirkungen der Frachtenregelung der 30. BImSchV auf die Abluftkonzepte sowie – damit einhergehend – auf den ArbeitnehmerInnenschutz und den Korrosionsschutz im Betrieb der Anlagen aufgezeigt. Zugleich werden Ansätze zur Weiterentwicklung des Abluftkonzeptes präsentiert und mögliche Alternativen zu den bestehenden Frachtenregelungen vorgestellt. Die durchschnittlichen Abluftmengen und die aus jahrelangen kontinuierlichen Messungen in Deutschland bekannten Emissionsfrachten und –konzentrationen werden dargestellt und die Übertragbarkeit der aufgezeigten Betriebserfahrungen und des vorgestellten neuen Abluftkonzeptes auf die Verhältnisse in Österreich überprüft. An Hand von Praxisdaten von MBA-Anlagenkonzepten mit unterschiedlichen Betriebsweisen sowie ergänzenden theoretischen Ansätzen werden die mit verschiedenen Abluftreinigungsverfahren (regenerativer thermischer Oxidation, Biofilter und deren Kombination) erreichbaren Emissionsfrachten abgeschätzt und hinsichtlich der Erfüllung der Anforderungen gemäß MBA-Richtlinie oder 30. BImSchV bewertet. Auswirkungen einer Vergärungsstufe auf die Abluftkonzepte der MBA-Anlagen sowie die Emissionsfrachten und –konzentrationen werden ebenfalls beschrieben.

In einer ergänzenden Beilage erfolgt eine Abschätzung der Klimarelevanz der einzelnen Anlagenkonzepte in Form einer vereinfachten Klimabilanzierung. Neben den auf tatsächlichen Emissionsmessungen beruhenden Anlagenvarianten werden dabei auch theoretische Fallbeispiele betrachtet.

Klimarelevanz der Abluftreinigung bei der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung (KAMBA)

In der vom Bundesministerium beauftragten Studie werden ausgewählte, der Praxis nachgebildete Anwendungsfälle der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung (MBA) mit unterschiedlichen Abluftreinigungsverfahren modelliert und entsprechend deren Klimarelevanz beurteilt.

Die insgesamt 27 modellierten Anwendungsfälle umfassen neben "klassischen " aeroben Rotteverfahren auch aeroben Trocknungsverfahren und Verfahren mit einer Teilstromvergärung. Als Abluftreinigungsaggregate werden die regenerative thermische Oxidation (RTO), Biofilter und deren Kombination - jeweils mit vorgeschalteten (sauren) Wäschern - berücksichtigt. Die Eingangsdaten betreffend die Rohgaskonzentrationen und -frachten sowie die Kenndaten zum Betrieb der mechanisch-biologischen Verfahren und Abluftreinigungsaggregate basieren auf Erfahrungswerten und kontinuierlichen Messungen zahlreicher MBA-Anlagen in Deutschland. Für MBA-Anlagen in Österreich lagen kaum kontinuierliche Messdaten zum Betrieb und zu den Emissionen vor, diese konnten daher nicht Eingang in die Berechnungen finden.

Zur Beurteilung der Klimarelevanz werden einerseits die nach der Abluftreinigung im Reingas verbleibenden oder durch die Abluftbehandlung verursachten direkten Emissionen am Standort sowie im Bereich der Energiebereitstellung die in der Vorkette auftretenden indirekten Emissionen herangezogen. Diesen Belastungen werden klimarelevante Gutschriften aus der Erzeugung von Ammoniumsulfat im sauren Wäscher sowie – in den Anwendungsfällen mit einer Teilstromvergärung – aus der Erzeugung von Strom aus Biogas gegenüber gestellt.

Im Vergleich der Anwendungsfälle untereinander weisen jene mit einer Teilstromvergärung durch die Gutschrift für den erzeugten Strom aus der Biogasnutzung im Hinblick auf die Klimabilanz die besten Gesamtbilanzen auf. Erfolgt die Abluftbehandlung bei den MBA-Konzepten mit einer Teilstromvergärung mittels RTO oder einer Kombination aus RTO und Biofilter, dann ergibt sich insgesamt eine Klimaentlastung.

Als weiteres wesentliches Ergebnis zeigt sich, dass die Einhaltung der Richtwerte der MBA-Richtlinie unter Berücksichtigung einer geringen Klimabelastung bei allen modellierten Anwendungsfällen nur durch das Abluftreinigungskonzept der Kombination von Biofiltern und RTO ermöglicht wird.

Studie: Klimarelevanz der Abluftreinigung (PDF, 2 MB)

Emissionen von Lachgas aus der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung

Lachgas (Distickstoffmonoxid (N2O)) ist neben Kohlendioxid und Methan das drittbedeutendste Treibhausgas. Mit einer mittleren atmosphärischen Verweilzeit von 114 Jahren und einem relativ hohen molekularen Treibhauspotenzial – das globale Erwärmungspotential beträgt circa das 298-Fache von Kohlendioxid und circa das 12-Fache von Methan – beträgt sein Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt heute etwa 6 Prozent.

Die vom Bundesministerium beauftragte Studie beschreibt die Grundlagen für die Entstehung von Lachgas bei der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung (MBA). Lachgas wird einerseits während des biologischen Umsatzes der organischen Substanz im Zuge der Rotte oder Abwasserreinigung gebildet (primäres Lachgas), andererseits entsteht Lachgas auch bei der biologischen und der thermischen Abluftreinigung (sekundäres Lachgas). Allein durch Kenntnis der wesentlichen Bildungsreaktionen ist es möglich, die Lachgasbildung bei der MBA zu steuern und zu minimieren. Ziel der individuellen Betriebsführung einer MBA-Anlage muss es sein, die Lachgasbildung möglichst weitgehend zu unterdrücken, denn eine technische Maßnahme zur nachträglichen Emissionsminderung steht nicht zur Verfügung.

Die Studie zeigt daher die für die Lachgasbildung relevanten Einflussfaktoren und spezifischen Quellen für die Bildung von Lachgas bei der MBA auf und formuliert entsprechende Empfehlungen für Maßnahmen zur gezielten Minimierung der Lachgasbildung. Erfahrungswerte aus den Betriebsoptimierungen bei MBA-Anlagen in Deutschland, die auf Grund des Emissionsgrenzwertes der 30. BImSchV (2001) bereits umgesetzt wurden, und Ausführungen zur Emissionsmessung runden die Studie ab. Einzelne Emissionsmessungen bei MBA-Anlagen in Österreich dokumentieren auf Seiten der Lachgasminimierung ein zum Teil noch erhebliches Optimierungspotential.

Studie: Lachgas-Emissionen (PDF, 2 MB)

Evaluierung des Abfallannahmeverfahrens für MBA-Abfälle zur Deponierung - AMBA

In der Deponieverordnung 2008 wird das Abfallannahmeverfahren für Abfälle aus der mechanisch-biologischen Behandlung in einem eigenen Modell geregelt (MBA-Modell). Für die vorliegende Studie wurden die Anforderungen dieses Modells in die Praxis umgesetzt.

Abfälle aus der mechanisch-biologischen Behandlung weisen aufgrund ihrer Herkunft heterogene Eigenschaften auf. Bei der Untersuchung dieser Abfälle ist auf eine angepasste Probenahme- und Aufarbeitungsplanung besonderes Augenmerk zu legen. In der Studie werden die Probenahmeplanung und die Schritte von der Entnahme bis zur Analyse der Proben detailliert betrachtet. Ziel ist es, Hinweise über den Einfluss der Unsicherheiten einzelner Schritte auf das Gesamtergebnis zu erhalten. Die relevanten Leitparameter für MBA-Abfälle wie Brennwert, Atmungsaktivität, Gasspendensumme und ausgewählte Gehalte im Feststoff und Eluat werden eingehend bewertet. Zum Vergleich dienen Ergebnisse aus einer parallel durchgeführten Probenahme nach dem statistischen Ansatz für die Probenahmeplanung.

Studie: AMBA (PDF, 4 MB)

SEMBA – Stoffbilanzen mechanisch-biologischer Anlagen zur Behandlung von Restmüll

Zielsetzung der von der Umweltbundesamt GmbH und dem Bundesministerium beauftragten Studie war die Entwicklung einer allgemeinen Methode zur Erstellung von Stoffbilanzen in mechanischen und mechanisch-biologischen Anlagen zur Behandlung von Siedlungsabfällen. Weiters wurden im Rahmen der Studie Stoffbilanzen für ausgewählte Leitparameter an drei großtechnischen Anlagen ermittelt.

Aufbauend auf provisorischen Bilanzen auf Basis von Literaturdaten wurden unter Einsatz statistischer Planungs- und Auswertemethoden Probenahmepläne zur Bestimmung von Stoffbilanzen nach der Methode der Stoffflussanalyse entwickelt und entsprechende Bilanzen bei der MBA Oberpullendorf, der mechanischen Abfallbehandlung Kirchdorf an der Krems und der Splittinganlage der Magistratsabteilung 48 in Wien erarbeitet. In Oberpullendorf wurden Bilanzen für zwei verschiedene mechanische Aufbereitungsvarianten und die Rotte erstellt.

Die Bilanzierung ermöglicht es, den Fluss der Stoffe (zum Beispiel der Schwermetalle) von einem Prozessschritt zum nächsten zu verfolgen und die Verteilung der Stoffe auf die Outputgüter zu beschreiben. Effekte der Aufkonzentrierung oder Schadstoffentfrach­tung einzelner Elemente in den Outputgütern durch mechanische Aufbereitungs­schritte wurden dokumentiert und die Stoffbilanzen der drei Anlagen vergleichend gegenübergestellt. Festgestellte Unterschiede in der Stoffverteilung konnten zum Teil auf die spezifischen Anlagentechniken zurückgeführt werden.
Die Probenahme und –aufbereitung stellten sich als Schlüsselkriterien der Stoffbilan­zierung heraus. Um das Ziel der Bestimmung durchschnittlicher Güterzusammen­setzung inklusive aller Beiträge aus "Störstoffen" der Probenaufbereitung (vornehm­lich metallische Werkstoffe) zu erreichen, wurden umfangreiche Separatbestimmun­gen metallischer Anteile durchgeführt. Als "Nebenprodukte " der Stoffbilanzen wurden damit Erkenntnisse darüber gewonnen, in welcher Form Metalle im Abfall vorliegen.

Studie: SEMBA (PDF, 7 MB)

Heizwertreiche Abfallfraktionen aus der mechanischen Abfallbehandlung (MA) und der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung (MBA)

Das Ziel der von der Umweltbundesamt GmbH und dem Bundesministerium beauftragten Studie war die Erarbeitung einer Methodik zur reproduzierbaren und repräsentativen Probenahme und -aufbereitung von heizwertreichen Abfallfraktionen aus der MA und MBA sowie die Charakterisierung verschiedener heizwertreicher Abfallfraktionen.

In einem ersten Schritt wurde auf Basis der vom CEN/TC 292 erarbeiteten Norm prEN 14899 im Entwurf sowie der zugehörigen Technischen Berichte ein Modell zur Berechnung der Probenahmemengen und Anzahl der Proben für die ausgewählten Leitparameter Brennwert, Glühverlust und die Gesamtgehalte an Cadmium, Kupfer und Chlor erarbeitet. Darauf aufbauend wurden in einem zweiten Schritt spezifische Probenahmepläne für heizwertreiche Abfallfraktionen aus den MBA-Anlagen in Oberpullendorf, Kufstein und Zell am See sowie aus der Splittinganlage Wien erstellt und diese Fraktionen anschließend beprobt und untersucht.

Im Rahmen der Studie wurde erstmals ein Vergleich von errechneten und ermittelten Vertrauensintervallen für Bestimmungsmittelwerte in großem Umfang durchgeführt. Im Zuge eines ergänzenden großtechnischen Verbrennungsversuches an der Müllverbrennungsanlage (MVA) Spittelau konnten die Bestimmungsmittelwerte für die heizwertreiche Fraktion aus der Spittinganlage Wien mit den Werten der Massenbilanz aus der Verbrennungsanlage verglichen werden und damit eine Evaluierung der Probenahmemethodik erfolgen. Für die Planung von grundlegenden Charakterisierungen der heizwertreichen Fraktionen aus der MA oder MBA stehen nun für die genannten Leitparameter belastbare Vergleichsdaten für unterschiedliche heizwertreiche Fraktionen zur Verfügung.

Mechanische Abfallbehandlung (MA) von gemischten Siedlungs- und Gewerbeabfällen in Österreich – Anlagenstandorte 2007

Die Umweltbundesamt GmbH hat im Auftrag des Bundesministerium den Status der mechanischen Abfallbehandlung in Österreich erhoben.

Die Studie "Mechanische Abfallbehandlung (MA) von gemischten Siedlungs- und Gewerbeabfällen in Österreich – Anlagenstandorte 2007" gibt einen Überblick über 24 im Jahre 2007 in Betrieb befindlichen Anlagen zur mechanischen Behandlung von gemischten Siedlungs- und Gewerbeabfällen mit einer gesamten Verarbeitungskapazität von maximal 1.224.000 Tonnen pro Jahr (t/a). Erfasst wurden Anlagen ab einer Verarbeitungskapazität von zumindest 5 000 t/a. Nicht in die Betrachtungen der Studie aufgenommen wurden Anlagen, die unmittelbar bei MVA- oder MBA-Anlagen vor- oder nachgeschaltet sind sowie Anlagen zur ausschließlichen Sortierung von getrennt gesammelten Verpackungsabfällen. Die detaillierte Dokumentation von 14 Anlagen umfasst neben den relevanten Eckdaten, ausführlichen Verfahrensbeschreibungen und Fließbildern auch Angaben zum Abluftmanagement und abluftbezogenen Emissionsschutzauflagen. Für sieben Anlagen konnten die wesentlichen input- und outputseitigen Abfallströme in den Jahren 2003 bis 2006 im Detail erfasst und in einer abschließenden Gesamtbetrachtung aggregiert dargestellt werden. Die weiteren zehn Anlagenstandorte wurden durch Angabe der wesentlichen Kenndaten eingeschränkt dokumentiert.

Studie: gemischten Siedlungs- und Gewerbeabfälle (PDF, 863 KB)

Ringversuch: Stabilitätsparameter zur Beurteilung von mechanisch-biologisch vorbehandelten Abfällen

Zur Validierung der Methoden für die Bestimmung der Stabilitätsparameter an mechanisch-biologisch vorbehandelten Abfällen (Atmungsaktivität AT4, Gasbildungspotential GB21 und Gasspendensumme GS21 gemäß Entwurf der ÖNORMEN S 2027 Teil 1 - 3) wurde durch das Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft ein Ringversuch beauftragt, an dem 16 Labors aus Österreich und aus Deutschland teilgenommen haben.

Der Hauptversuch wurde an je einer teil- und vollstabilisierten Probe aus einer österreichischen MBA-Anlage durchgeführt. Weiters wurden zwei unterschiedliche Methoden zur Probenaufbereitung an drei verschiedenen Materialien getestet. Die Konzeption und Auswertung des Ringversuchs erfolgte gemäß ISO 5725.

Ringversuch (PDF, 421 KB)