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Abfallbehandlung

Bearbeitet von: Martin Albrecht   

In der EG-Abfallrahmenrichtlinie (Art 3 Nr. 14) bezeichnet der Begriff Abfallbehandlung alle Verfahren der Verwertung (Abfallverwertung) und Beseitigung (Abfallbeseitigung) einschließlich der Vorbereitung vor der Verwertung oder Beseitigung von Abfall. Im Kreislaufwirtschaftsgesetz wird hingegen weiterhin der im deutschen Abfallrecht seit jeher übliche und weitgehend synonyme Begriff der Abfallentsorgung verwendet.

Somit lassen sich unter dem Begriff Abfallbehandlung allgemein alle Verfahren zusammenfassen, denen Abfälle unterworfen werden, um ihre Verwertung oder Beseitigung zu erreichen. Der Begriff wird aber oft auch enger gefasst und bezeichnet dann die Vorbehandlungsmaßnahmen vor einer endgültigen Verwertung oder Beseitigung, speziell die erforderlichen Maßnahmen zur Erfüllung der Anforderungen an eine Deponierung.

Ziele der Abfallbehandlung können sein:

– Schadstoffzerstörung bzw. -aufkonzentrierung (Schadstoffsenke),

– Mineralisierung/Inertisierung,

– Wertstoff- bzw. Energiegewinnung (Ressourcenschonung),

– Mengen- und Volumenreduzierung vor der Deponierung (Minimierung des Landschaftsverbrauchs).

Neben Aufbereitungstechniken wie z. B. Abfallsortierung (siehe Sortierung) kommen als Abfallbehandlungsmaßnahmen v. a. die chemisch-physikalische Behandlung, thermische sowie biologische und mechanisch-biologische Verfahren in Frage.

Chemisch-physikalische Abfallbehandlung:

Abkürzung CPB. Der Begriff wird zusammenfassend für eine Reihe von Behandlungsmaßnahmen und -verfahren verwendet, deren gemeinsames Ziel die Abtrennung, Immobilisierung oder Zerstörung schädlicher Inhaltsstoffe von (in der Regel gefährlichen) Abfällen vor deren endgültigen Abfallbeseitigung ist. Zur Behandlung der meist flüssigen oder schlammigen Abfälle kommen meist mehrere Verfahrensschritte in Kombination zum Einsatz, deren Art und Reihenfolge von der Art und Eigenschaften des jeweils behandelten Abfalls abhängt. Im Einzelnen werden Verfahren zur chemischen Stoffumwandlung (Oxidation und Reduktion, z. B. bei Chromat-Entgiftung, Nitrit- oder Cyanid-Entgiftung, sowie Neutralisation und Fällung) und Verfahren der Stofftrennung (Destillation, Emulsionsspaltung, Sedimentation, Filtration, Ionenaustausch, Elektrolyse etc.) angewandt. Zur chemisch-physikalischen Behandlung werden auch die Klärschlammentwässerung und Klärschlammkonditionierung gerechnet.

In Deutschland gibt es ca. 180 Anlagen, in denen Abfälle zur chemisch-physikalischen Behandlung angenommen werden. Einschließlich der betriebsintern zur Vorbehandlung der eigenen Produktionsabfälle genutzten Anlagen kommt man auf ca. 600 Anlagen („CP-Anlagen“). Diese besitzen meist ein typisches, anlagenindividuelles Konzept für Technik und Betrieb, das auf die zu behandelnden Abfälle abgestimmt ist. Ein allgemeingültiger, auf alle CP-Anlagen übertragbarer Stand der Technik existiert nur bedingt. Zur Festlegung der Anforderungen an CP-Anlagen kann die EU-weit gültige „beste verfügbare Technik“ [BVT, siehe BAT (1.)], die im BVT-Merkblatt „Abfallbehandlungsanlagen“ beschrieben wird, herangezogen werden (veröffentlicht im Amtsblatt C 275/15 der EU vom 25.10.2006, in deutscher Teilübersetzung bereitgestellt vom Umweltbundesamt)[1].

Thermische Abfallbehandlung[2]:

Das wichtigste und in Deutschland in der Praxis bisher fast ausschließlich eingesetzte Verfahren ist die Abfallverbrennung in ihren Varianten Hausmüllverbrennung, Klärschlammverbrennung und Sonderabfallverbrennung.

Verbrennungsverfahren: Nach dem Prinzip der Rostfeuerung in ihren diversen technischen Varianten werden zurzeit (2015) in Deutschland 68 Verbrennungsanlagen für Siedlungsabfälle (Müllverbrennungsanlagen, MVA) betrieben, die zusammen eine Jahreskapazität von circa 19,6 Millionen t aufweisen. Zum Teil können in diesen Anlagen auch Klärschlämme mitverbrannt werden. Alle Anlagen nutzen die entstehende Energie als Strom, Prozessdampf und/oder Fernwärme. Der energetische Gesamtnutzungsgrad liegt im Durchschnitt bei circa 50 %. Hauptprodukt der Verbrennung sind Rostaschen, die überwiegend verwertet werden, insbesondere im Straßen- und Wegebau. Darüber hinaus werden Eisen und Nichteisenmetalle aus der Schlacke zurückgewonnen und stofflich verwertet.

Für spezielle Abfallströme werden andere Verbrennungsverfahren eingesetzt. Sonderabfälle können in Drehrohröfen bei hohen Temperaturen verbrannt werden. Klärschlämme werden überwiegend in Wirbelschichtöfen (vgl. Wirbelschichtverfahren), Etagenöfen, Etagenwirbelöfen und Zykloidfeuerungen verbrannt.

Die Mitverbrennung von Abfällen in Industrieanlagen und Kraftwerken ist eine Variante der energetischen Verwertung und erfordert in der Regel eine vorherige Aufbereitung durch Sortieren und mechanische Vorbehandlungsschritte, durch die eine hochkalorische Fraktion erzeugt wird (Ersatzbrennstoff, EBS). Dieser kann in Zementwerken oder in Stein- und Braunkohlekraftwerken zusammen mit fossilen Energieträgern verbrannt werden. Daneben werden Ersatzbrennstoffe zunehmend auch in speziellen EBS-Kraftwerken verbrannt. Derzeit (Stand 2015) sind in Deutschland etwa 30 dieser Anlagen mit einer Jahreskapazität von ca. 4,7 Millionen Tonnen in Betrieb. Sie befinden sich in der Regel mit anderen Industrieanlagen am selben Standort und beliefern diese mit Prozesswärme oder elektrischer Energie. Auf diese Weise können fossile Energieträger (z. B. Kohle, Öl und Gas) ersetzt werden.

Alternative thermische Behandlungsverfahren: Zur Entwicklung alternativer thermischer Behandlungsverfahren[3] wie Pyrolyse, Vergasung und Plasmaverfahren sowie Verfahrenskombinationen, z. B. Pyrolyse/Verbrennung oder Pyrolyse/Vergasung wurden bis zum Ende des letzten Jahrtausends beträchtliche Anstrengungen unternommen, doch haben sich die in diese Technologien gesetzten Erwartungen zumindest in Bezug auf Restabfälle nicht erfüllt. Alternative thermische Verfahren dürften daher auch in Zukunft auf spezielle Abfallfraktionen beschränkt bleiben.

– Pyrolyse: Bei der Pyrolyse (Entgasung, Verschwelung, Konversion) von Abfällen werden die organischen Bestandteile unter Sauerstoff-Ausschluss thermisch zersetzt, wobei langkettige, verzweigte oder vernetzte Kohlenwasserstoffe in kleinere Bruchstücke und in Kohlenstoff umgewandelt werden. Es entstehen feste (Pyrolysekoks), flüssige (Pyrolyseöle und -teere) und gasförmige (Pyrolysegas) Produkte. In Abhängigkeit vom Ausgangsmaterial erhält man zusätzlich Kondenswasser mit gelösten Verunreinigungen sowie mineralische und metallische Anteile. Die stoffliche Verwertung der Pyrolyseprodukte, insbesondere der Pyrolyseöle und des vorwiegend aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid sowie Methan bestehenden Pyrolysegases, erfordert eine vorherige Reinigung und Aufbereitung. Zur thermischen Behandlung von Restabfällen nach dem Prinzip der Pyrolyse ist gegenwärtig in Deutschland nur eine Anlage in Betrieb.

– Vergasung: Bei der Vergasung von Abfällen erfolgt eine thermische Umsetzung der organischen Bestandteile mit gasförmigen Vergasungsmitteln, z. B. Sauerstoff, Luft, Wasserdampf, zu brennbaren Gasen (unterstöchiometrische Verbrennung), die im Wesentlichen aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid bestehen. Das Gas (Synthesegas, Generatorgas) kann nach Aufbereitung stofflich oder energetisch genutzt werden. Neben Gas fällt bei der Vergasung Prozesswasser an, während nichtbrennbare mineralische Bestandteile als Asche oder Schlacke zurückbleiben.

–Kombinationsverfahren: Bei den vorwiegend für die Behandlung von Restmüll vorgesehenen mehrstufigen Kombinationsverfahren sollten die genannten Verfahren miteinander und ggf. mit einer Verbrennung kombiniert werden. Als Vorteile gegenüber der konventionellen Abfallverbrennung wurden geringere Rauchgasvolumen sowie höhere Verwertungsquoten erwartet; als nachteilig erwies sich jedoch die systembedingte geringere Energienutzung. Nicht zuletzt auch auf Grund technischer Schwierigkeiten wurde die Weiterentwicklung dieser Verfahren in Deutschland eingestellt.

– Plasmaverfahren: Bei den Plasmaverfahren werden Abfälle im Plasmalichtbogen bei Temperaturen oberhalb von 1500 °C pyrolysiert oder vergast. Die im Abfall enthaltenen Metalle und Mineralstoffe werden bei diesen Verfahren eingeschmolzen bzw. verglast. Im Fall der Plasmapyrolyse kann außerdem ein heizwertreiches Gas gewonnen werden, im Fall oder Plasmavergasung ein Wasserstoff- oder Kohlenmonoxid-reiches Synthesegas.

– Verfahren in der Entwicklung: Weitere alternative thermische Verfahren für besondere Abfallarten befinden sich noch in der Entwicklung. Bei der hydrothermalen Carbonisierung (HTC) von biologischen Abfällen und Klärschlämmen wird die nasse Biomasse in wässriger Suspension bei 180 bis 250 °C unter Druck in eine energetisch verwertbare Biokohle umgewandelt[4].

Biologische Abfallbehandlung:

Getrennt erfasste biologische Abfälle (Bioabfälle) werden in der Regel einer Verwertung durch Kompostierung oder Vergärung zugeführt. Im ersten Fall entsteht durch aerobe Verrottung Kompost, im zweiten Fall durch ein- oder zweistufige anaerobe Vergärung thermisch nutzbares Biogas zusammen mit Gärresten, die in einer Nachverrottung wiederum kompostiert werden können. Ziel der biologischen Verfahren ist nicht zuletzt die Gewinnung hochwertiger Komposte für Landwirtschaft und Gartenbau. 2008 gab es bereits etwa 1000 Kompostierungsanlagen und 85 Vergärungsanlagen, in denen Bioabfälle aus Haushalten und Gewerbe sowie Garten- und Parkabfälle eingesetzt wurden[5]. Die biologische Abfallbehandlung dürfte in Zukunft stark an Bedeutung gewinnen, da durch erweiterte gesetzliche Vorgaben (Kreislaufwirtschaftsgesetz) die Getrennterfassung biologischer Abfälle aus Haushalten ab 2015 verpflichtend vorgeschrieben wird.

Mechanisch-biologische Abfallbehandlung:

Auch als „kalte“ Abfallbehandlung oder Restmüllbehandlung bezeichnet (Abkürzung MBA)[6,7]. Mit einer Kombination aus mechanischen und biologischen Techniken sollte ursprünglich das Ziel verfolgt werden, Restabfälle so zu behandeln, dass sie den Anforderungen an eine Deponierung genügten. Insbesondere sollten die in einer Deponie selbsttätig ablaufenden langfristigen Abbauprozesse, die zu Deponiegas-Bildung, Sickerwasser-Belastung und Setzungserscheinungen führen, unter optimierten Bedingungen kontrolliert vor der Ablagerung durchgeführt werden.

In der mechanischen Aufbereitungsstufe werden die Abfallbestandteile ihrer Art und Zusammensetzung entsprechend getrennt und für die nachfolgende biologische Behandlungsstufe vorbereitet. Komponenten der mechanischen Aufbereitung können sein: Sortierung, Zerkleinerung, Mischung, Homogenisierung, Klassierung und Formung. Bei der biologischen Behandlung entstehen Rotteprodukte, bei denen die leicht abbaubaren Stoffe bereits umgesetzt sind, sodass eine Deponierung dieses Materials mit einer erheblichen Reduzierung unerwünschter biologischer Abbauprozesse im Deponiekörper im Vergleich zu unbehandelten Abfällen verbunden ist.

Neben der konventionellen mechanisch-biologischen Abfallbehandlung, die einen maximalen biologischen Abbau der Abfälle zum Ziel hat, gibt es weitere Varianten:

– Die mechanisch-biologische Stabilisierung (MBS) bezweckt eine Materialminimierung und die Gewinnung von Ersatzbrennstoffen durch biologische Trocknung des Abfalls. Hierzu gehört insbesondere das sogenannte Trockenstabilat-Verfahren, bei dem Restmüll vorsortiert, zerkleinert und einer Kurzzeitrotte unterzogen wird, wobei durch Verrottung allein der leicht abbaubaren organischen Substanzen bei gleichzeitiger Verminderung der Abfallrestfeuchte eine Massenreduktion von bis zu 35 Gewichtsprozent und eine Erhöhung des Heizwertes um 35–40 % erreicht wird.

– Die mechanisch-physikalische Stabilisierung (MPS) gewinnt ebenfalls Ersatzbrennstoffe, jedoch durch Anreicherung der heizwertreichen Bestandteile über physikalische Verfahren.

Insgesamt werden heute in Deutschland 44 mechanisch-biologische Anlagen mit einer Behandlungskapazität von mehr als 5 Mio. t Restabfällen pro Jahr betrieben, davon 29 mit klassischer MBA-Technologie, 13 mit MBS- und 3 mit MPS-Technologie. Der Schwerpunkt der Aufbereitung liegt gegenwärtig auf der Gewinnung von heizwertreichen Ersatzbrennstoffen (EBS). Dabei entstehen ca. 2,5 Millionen t EBS, deren Brennwert durchschnittlich etwa 50 % höher als der von Braunkohle liegt und die in Zement- und Kraftwerken fossile Brennstoffe ersetzen[8].

Literatur: 
[1] Umweltbundesamt, Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU), „Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für Abfallbehandlungsanlagen“ mit ausgewählten Kapiteln in deutscher Übersetzung, (2006); https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/... [Prüfdatum 06.05.2015]
[2] Umweltbundesamt, Thermische Behandlung; https://www.umweltbundesamt.de/themen/abfall-ressourcen/... [Prüfdatum 07.01.2015]
[3] Quicker, P.; Noël, Y., Alternativen zur Verbrennung?, In Energie aus Abfall, Bd. 11, Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M., Hrsg.; TK Verlag: Nietwerder, (2014), S. 767–778
[4] Kläusli, T. M., Studie bestätigt Vorteile der Hydrothermale Carbonisierung von Klärschlamm, In Müll und Abfall, (2014) 46(3), 144–150
[5] Umweltbundesamt, Bioabfallbehandlung; https://www.umweltbundesamt.de/themen/abfall-ressourcen/... [Prüfdatum 06.05.2015]
[6] Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, Mechanisch-biologische (Rest-) Abfallbehandlung; DWA-Merkblatt M 388
[7] Nelles, M.; Morscheck, G.; Grünes, J., MBA in Deutschland und Europa – Entwicklung, Stand und Perspektiven; Internationale 9. ASA-Recyclingtage 2012; https://cuvillier.de/uploads/preview/public_file/300/9783954040179.pdf [Prüfdatum 06.05.2015]
[8] Arbeitsgemeinschaft Stoffspezifische Abfallbehandlung (ASA) e. V., Stille Reserven, Abfall – Ressourcen für die Zukunft; 15.05.2012; https://www.asa-ev.de/fileadmin/Media/ASA-EV/Downloads/PDF/... [Prüfdatum 07.06.2017]
Übersetzungen:
Ewaste treatment
Ftraitement des déchets
Itrattamento dei rifiuti
Stratamiento de desechos
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