Ein Behandlungskonzept zur Deponierung von Filteraschen und Rauchgasreinigungsrückständen aus Müllverbrennungsanlagen

Dissertation / Doktorarbeit von Thomas Hundesrügge

Zusammenfassung:

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die reststoffspezifischen Eigenschaften von rund vierzig Filteraschen und Rückständen der Rauchgasreinigung ermittelt, die den hessischen Sonder- und Hausmüllverbrennungsanlagen Biebesheim, Darmstadt, Frankfurt, Kassel und Offenbach 1988/89 entnommen worden sind.

Die ermittelten Ergebnisse zeigen, daß die Verbrennung von heterogen zusammengesetzten Hausmüll- und/oder Industriemüllabfällen doch weitestgehend gleichartig zusammengesetzte Verbrennungsrückstände in Form von Filteraschen und Stäuben liefert. Die Ergebnisse der chemischen Vollanalysen und Phasenbestimmungen erlauben die Darstellung der Filteraschenzusammensetzungen in dem Vierkomponentensystem [SiO2], [CaO+MgO+SO3], [Al2O3+Fe2O3] und [KCl+NaCl].

Die Filteraschen weisen in ihren Phasenbeständen neben kristallinen Verbindungen röntgenamorphe Schmelzanteile auf. Die kristallinen Anteile bestehen im wesentlichen aus leichtlöslichen Alkalichloriden, Calciumsulfat-, Calciumkarbonat-, Calciumchlorid- und Calciumhydroxidverbindungen, Quarz und diversen Akzessorien.

Die Calciumaluminat- und -silikatbetonten Schmelzphasen verleihen den Filteraschen latent hydraulische Bindeeigenschaften. Als Anreger für die hydraulischen Abbindereaktionen eignen sich Calciumoxid- und Calciumhydroxidverbindungen, die u.a. in erwünschten Gehalten in den Filteraschen der Müllverbrennungsanlage Frankfurt vorkommen. Bei den ablaufenden Hydratationsreaktionen bilden sich aus den amorphen bzw. glasig erstarrten Anteilen und den Anregerverbindungen neue kristalline Phasen, wie Ettringit, Calciumsilikathydrate und Calciumaluminathydrate, die zudem toxische Schwermetalle kristallchemisch fixieren. Durch die Ausnutzung der abfallspezifischen Eigenschaften lassen sich die pulverförmigen Filteraschen in hydratisierte Festkörper überführen, die Im Hinblick auf eine geordnete Deponierung bessere Eigenschaften als die losen und unbehandelten Aschen besitzen.

Zusätzlich können weitere Abfallstoffe wie sulfatbelastetes Wasser, Calciumsulfatverbindungen oder weitere Verbrennungsrückstände in Form von Schlacken und Aschen mit in den Behandlungsprozeß eingebunden werden, so daß sich die Zugaben von reaktionsunterstützenden Additiven auf ein Minimum reduzieren lassen.

In dem vorliegenden Behandlungskonzept für Filteraschen aus Müllverbrennungsanlagen werden die spezifischen Ascheneigenschaften bestimmt, die optimalen Mischungsverhältnisse zwischen den jeweiligen Aschentypen und die optimalen Wasser zu Feststoffverhältnissen ermittelt, reaktionsunterstützende Additive getestet, die Phasenneubildungen und die Hydratationsverläufe charakterisiert, die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Reaktionsprodukte im Hinblick auf eine Deponierung bestimmt und der Schwermetalleinbau in den Reaktionsphasen qualitativ erfaßt. Bei dem entwickelten Behandlungskonzept kann bereits der zu deponierende Abfall selbst als erste Barriere Im Multibarrierensystem einer Deponie angesehen werden.

Inhaltsverzeichnis:

I	Zusammenfassung	1
Ia	Abstract	3
II	Vorwort	5
III	Inhaltsverzeichnis	7
1.	Einleitung und Zielsetzung	8
2.	Abfallproblematik	10
3.	Müllverbrennung	17
4.	Untersuchungsergebnisse	28
4.1	Filteraschen aus Müllverbrennungsanlagen	28
4.1.1	Probennahme	28
4.1.2	Kenndaten der Verbrennungsanlagen	29
4.1.3	Analytik	31
4.1.4	Phasenanalyse	37
4.1.5	Stoffsysteme	40
4.1.6	Weitere chemisch-physikaiische Parameter	45
4.1.7	Eluationsverhalten	47
4.2	Verfestigung von Filteraschen aus Müllverbrennungsanlagen	55
4.2.1	Grundlagen und Versuchsdurchführung	55
4.2.2	Reaktionsmechanismen	56
4.2.3	Quantitative Ettringitbestimmung	61
4.2.4	Ettringitbildung in Abhängigkeit vom Wasser- zu Feststoffverhältnis	63
4.2.5	Gefügespezifische Untersuchungen an den Stabilisaten	64
4.2.6	Chemisch-physikalische Parameter der Stabilisate	66
4.3	Schwermetallfixierung in Hydratphasen	75
4.3.1	Bildungsbedingungen von Hydratphasen	75
4.3.2	Schwermetalleinbau in Hydratphasen	79
5.	Abschließende Bemerkungen	87
IV	Literaturverzeichnis	90
V	Anhang	104
	Danksagung	120
	Lebenslauf	121