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Verfahren und Vorrichtung
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zur Überführung von schalmmförmigen oder zähflüssigen Abfallstoffen
in einen festen deponierbaren Zustand Die Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren
gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Eine umweltfreundliche Beseitigung von schlammförmigen und pastösen
Gemischen aus Ölen und anderen organischen Stoffen mit anorganischen und organischen
Festbestandteilen ist bisher nur mit cjrossen Schwierigkeiten und hohem Aufwand
auf Sondermüllbeseitigungsanlagen möglich.
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Eine Deponierung dieser Stoffe im angelieferten Zustand kann bis zur
endgültigen Beseitigung nur innerhalb des Betriebsgeländes einer Sondermüllbeseitigungsanlage
in Betracht kommen, wo gewährleistet ist, dass die Stoffe nicht in das umgebende
Erdreich bzw. in das Grundwasser gelangen können. Da diese Stoffe in zunehmend grösserem
Umfang angeliefert werden, kann eine Deponierung nur in begrenztem Umfang in Betracht
kommen. Zudem kann sie zu Geruchsbelästigungen der Belegschaft und der Umgebung
fahren.
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Eine Wiedergewinnung der in diesen sehr unterschiedlich zusammengesetzten
Abfallgemischen enthaltenen Stoffe ist gegenwärtig und in absehbarer Zukunft technologisch
und wirtschaftlich noch nicht realisierbar. Auch eine thermische Beseitigung dieser
Abfallstoffe in geeigneten Verbrennungsanlagen bereitet erhebliche Schwierigkeiten.
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Zum einen müssen hierbei die enststehenden Rauchgase rauch den nunmehr
gültigen Bestimmungen der Ta-Luft gereinigt werden, was einen erheblichen apparativen
und kostenmässigen Aufwand erforderlich macht. Fin weiteres Problem entsteht durch
die bei der Rauchwaswäsche anfallenden konzentrierten Salzlösungen, die beseitigt
werden müssen, um den Problemkreis "Reinhaltung der Luft - Verschmutzung des Wassers"
zu durchbrechen. Eine umweltfreundliche Beseitigung dieser konzentrierten Salzlösungen
ist nach dem gegenwärtigen Stand der Technik jedoch nur mit hohen Kosten möglich.
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Zur Vermeidung dieser technischen und wirtschaftlichen Probeme wurde
versucht, die halbflüssigen, schlammförmigen und pastösen Abfallstoffe in einen
festen Zustand zu überführen, ohne dabei neue Umweltprobleme bezüglich Luftverunreinigung
oder Beeinträchtigung von Gewässern aller Art, des Bodens der Flora umd der Kacina
zu schaffen.
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Die CH-PS 405 612 und die DT-OS 2 053 627 beschreiben ein Verfahren
zur Herstellung von festen, insbesondere pulverförmigen, Öle, bituminöse Stoffe
oder Wachse in feiner Verteilung enthaltenden Hydroxiden, bei dem eine mit Wasser
ein Hydroxid bildende pulverförmige Verbindung mit den Ölen, bituminösen Stoffen
oder Wachsen vermischt wird. An:ic hliessend wird diese
Mischung
mit der stöchiometrischen Wassermenge zum Hydroxid umgesetzt. Figur die ein hydroxid
bildende Verbiiidung wird vorzugsweise Calciumoxid verwendet. Aus der I)T-AS 1 254
591 ist es weiterhin bekannt, zur Ölaufnahme vorgesehene Stoffe vor dem Zusammenbringen
mit dem öl mit einem IJydrophobituncjsmittel zu versetzen, das die llaftung der
hydrophoben Stoffe, dh. des Öls am Kalkstaub, fördert. Ausgehend von diesem Stand
der Technik wurden Verfahren zur Ab trennung von in Wasser schwer lösli clien organischen
Stoffen aus wässrigen Mehrhasensystemen und Verfahren zum Unschädlichmachen von
Abfallstoffen entwickelt, die in der I)T-OS 2 328 777 und in der DT-OS 2 328 778
beschrieben sind. Bei diesen Verfahren werden die Abfallstoffe mit einem mit Hydrophobierungsmitteln
vorbehandelten Erdalkalioxid vermischt, das anschliessend mit etwa stöchiometrischen
Wassermengen zum trdalkalihydroxid umgesetzt wird. Im Falle des Verfahrens zum Abtrennen
von in Wasser schwer löslichen organischen Stoffen aus wässrigen Mehrphasensystemen
wird das Wasser dem Mehrphasensystem selbst entzogen. In der bevorzugten Ausführungsform
wird bei diesem Verfahren hydrophobierter Branntkalk verwendet. Hierdurch soll eine
ausreichende Adsorption der Abfallstoffe erreicht werden, um ein umweltfreundliches
Deponieren der so gewonnenen Endprodukte zu ermöglichen, was der Vorbehandlung des
Branntkalks mit einem Hydrophobierungsmittel zugeschrieben wird.
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In diesem Zusammenhang wird ausgeführt: Branntkalk reagiert mit Wasser
rasch und exotherm. Er würde daher ohne besondere Vorbehandlung in wässrigen Systemen
durch das Wasser gelöscht, dh. in Calcium-Hydroxid übergeführt werden, das die öligen
Substanzen jedoch nur ebenso ungenügend adsorbiert wie direkt zugesetzter gelöschter
Kalk. Selbst hydrophobiertes Calcium-Hydroxid hat nur eine vergleichsweise geringe
adsorptionskapazität für ölige Stoffe. Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt,
dass sich
Calciumoxid völlig anders verhält, wenn es nach einer
Vorbehandlung mit Hydrophobierungsmitteln in Gegenwart der Abfallstoffe mit Wasser
umgesetzt wird, welches entweder bereits im System in der zur Hydroxidbildung erforderlichen
stöchiometrischen Mindestmenge vorliegt oder nach der Aufnahme der flüssigen Abfallstoffe
zugesetzt wird. Bezüglich des hierbei ablaufenden Mechanismus wird angenommen, dass
die Moleküle des ITydrophobierungsmittels zunächst die Oberfläche der Calciumoxidmizellen
bedecken und diese hierdurch gegen den Angriff des Wassers schützen. Unter Einwirkung
der in der nichtwässrigen Phase enthaltenen organischen Stoffe dürfen die Moleküle
des Hydrophobierungsmittels dann stufenweise inaktiviert, dh. von der organischen
Phase aufgenommen werden, so dass Wassermoleküle an das CaO-Gitter herankönnen und
unter erheblicher Volumenvergrösserung Calciumhydroxid bilden, dessen Teilchen im
status nascendi die organischen Substanzen adsorbieren.
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Die Hoffnungen, mit diesem Verfahren und dem Einsatz von hydrophobierten
Erdalkalioxiden geeignete Mittel zur Überführung der halbflüssigen, schlammförmigen
und pastösen Abfallstoffe in einen umweltfreundlichen, deponierbaren festen Zustand
gefunden zu haben, haben sich leider nicht bestätigt.
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Entsprechende Untersuchungen, bei denen primär die Auslaugbarkeit
der vorhandenen Mineralölanteile untersucht wurde, haben gezeigt, dass die erhaltenen
schüttfähigen, pulverförmigen Reaktionsprodukte die Mineralölanteile durch Oberflächenadsorption
nur ungenügend binden. Die Umsetzungsprodukte geben daher bei Auslaugungsversuchen
Mineralölanteile an das umgebende Wasser ab.
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Die Verwendung von hydrophobiertem Calciumoxid hat die Löslichkeit
des Calciumhydroxids nicht vermindert, so dass die Auslauglösungen derartiger Umsetzungsprodukte
stark alkalisch sind. Bei einer Ablagerung der Umsetzungsprodukte ausserhalb vorschrif
tsmässig abgedichteter Deponien sind daher entsprechende Cewäs sers chutzmaßnahmen
notwendig.
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Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht in den hohen Kosten
des für die Durchführung der Verfahren benötigten hydrophohierten Branntkalks.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu entwickeln, das es ermöglicht, schlarmförmige oder zähflüssige Abfallstoffe mit
wässrigen Bestandteilen und mit in Wasser schwer löslichen organischen Bestandteilen,
insbesondere wässrig-pastöse Gemische aus Ölen, anderen organischen, insbesondere
flüssigen Stoffen und anorganischen sowie organischen Feststoffanteilen in einen
festen Zustand über zuführen, der ein umweltfreundliches Deponieren der Produkte
ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man die ein
wässriges Mehrphasensystem darstellenden Abfallstoffe mit einem Erdalkalioxid versetzt,
das Erdalkalioxid mit den wässrigen Bestandteilen zu einem mit den anderen Bestandteilen
beladenen Erdalkalihydroxid reagieren lässt und anschliessend das erhaltene Produkt
mit einem ilydrophobierungsmittel versetzt.
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Bei Auslaugungsversuchen, die mit nach dem erfindungsgemässen Verfahren
hergestellten Produkten durchgefiihrt wurden, zeigte sich, dass sich darin das enthaltene
Calciumhydroxid unter der Einwirkung atmosphärischer Niederschläge weitgehend passiv
verhält und Hydroxylionen nur in einem verminderten IJmfang in Lösung setzt, so
dass, soweit bisher ersichtlich, keine besonderen Maßnahmen zum Gewäss erschutz
durchgefiihrt werden müssen. Die herabgesetzte Löslichkeit des Calciumhydroxids
vermindert auch die Alkalisierung des Bodens. In dem gewonnenen pulvrig-festen Umsetzungsprodukt
sind des weiteren die Adsorptionskräfte
zwischen dem Calciumhydroxid
und den adsorbierten öligen Stoffen so erhöht, dass eine Trennung durch atmosphärische
und klimatische Einwirkungen nicht stattfindet. Die nach dem erfindungsgemässen
Verfahren hergestellten Produkte lassen sich, soweit absehbar, auch ausserhalb von
Sondermüllplätzen ohne Umweltgefährdung deponieren.
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Die durch das erfindungsgemässe Verfahren zu verarbeitenden schlammförmigen
oder zähf lfissigen Abfallstoffe enthalten wässrige und in Wasser schwer lösliche
organische Bestandteile. Unter in Wasser schwer löslichen organischen Bestand teilen
sollen hierbei sowohl organische Stoffe und Stoffgemische verstanden werden, die
mit Wasser teilweise mischbar sind, als auch solche, die in Wasser völlig unlöslich
sind, wobei die organischen Stoffe oder Stofigemische ausser in flüssigem Zustand
auch als im Wasser suspendierte Stoffe vorliegen können, die erst bei einer Temperaturerhöhung
oder unter dem Einfluss eines Lösungsmittels eine Phasenänderung erleiden. Es handelt
sich somit bei den in Rede stehenden schlammförmigen oder zähfliissigen Abfallstoffen
nicht nur um Zweiphasensysteme aus Wasser mit organischen Flüssigkeiten, die mit
Wasser nicht oder nur begrenzt mischbar sind, sondern auch um Mehrphasensysteme,
die auch feinverteilte Feststoffe enthalten können. Neben organischen Feststoffen
können selbstverständlich auch anorganische Feststoffe sowie deren Lösungen enthalten
sein. Die schlammförrnigen bzw. zähflfissigen Abfallstoffe sollten jedoch von festen
Grohverunreinigungen befreit sein.
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Die in den schlammförmigen oder zähflilssigen Abfallstoffen enthaltenen
organischen Bestandteile können monomere und polymere Verbindungen wie Polymerisate,
Polykondensate und Polyadditionsverbindungen natürlichen oder synthetischen Ursprungs
sein.
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Als Beispiele für organische Stoffe oder Stoffgemische, welche Bestandteile
der schlammförmigen, zähflüssigen Abfallstoffe sein können, seien genannt: Altöle
wie verbrauchte Motorenöle, Schneidöle, Bohröle, pflanzliche und tierische öle,
Wachse und wachsähnliche Stoffe, wie sie beispielsweise in Autowaschanlagen anfallen,
Teeröle, Harze, bituminöse Stoffe und Peche, Kunstharze, Erdöle, Erdölfraktionen
wie Benzin, Maschinen-, Schmier- und Heizöle, sowie aromatische Verbindungen wie
beispielsweise Benzol und Toluol.
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Diese Stoffe oder Stoffgemische fallen vielfach als Abfallprodukte
von technischen Prozessen in Form von wässrigen Mehrphasensystemen an wie beispielsweise
bei Bohr-, Schneid- und Lackierarbeiten, bei der Imprägnierung in der Textil- und
Papierindustrie sowie bei der Oberflächenbehandlung von Metallen, wo Rückstände
von Bohrfetten, Bohrölen, Schneidölen, Lackemulsionen, Imprägnierungsmitteln, Harz-und
Kunstharzemulsionen und ähnlichem mehr in grossen Mengen entstehen.
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Im allgemeinen wird man für die Durchführung des erfindungsgemässen
Verfahrens alle derartigen einkommenden Abfallstoffe zunächst in Schlammbunkern
vor ihrer Weiterverarbeitung sammeln, so dass eine in ihrer Konsistenz und in ihrem
Wassergehalt annähernd homogene Schlammasse entsteht, die zunächst auch noch mit
Grobverunreinigungen wie Putzwolle und grösseren Fremdkörpern versehen ist.
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Die Zusammensetzung von typisch anfallenden schlammförmigen Abfallstoffen,
welche nach dem erfindungsgemässen Verfahren verarbeitet werden, ist in folgender
Tabelle wiedergegeben:
Zusammensetzung von typischen öl-Schlämmen:
1. Spezifisches Gewicht 1,10 - 1,35 2. Wassergehalt 35 - 60 Gew.
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3. Unbrennbare Feststoffe (Glührückstand) 30 - 50 Gew.% 4. Brennbare
Bestandteile 10 - 20 Gew.8 (mit einem mittleren Heizwert von ca. 1600 kcal/kg) 5.
Petroläther-Extrahierbares (Öle und Fette) 6 - 70 Gew.% Auch Säureharze können Bestandteile
der genannten schlammförmigen Abfallstoffe sein. Gemäss einer besonders bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Säureharze getrennt
gelagert und den wässrig-schlammförmigen Gemischen aus ölen, anderen organischen
Stoffen und anorganischen sowie organischen Feststoffen erst unmittelbar vor dem
Zusetzen des Erdalkalioxids in einer Menge von etwa bis zu 1o Gew.% zugesetzt.
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Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders zur Aufbereitung
von Abfallstoffen mit einem Wasseranteil von etwa 30 Gew.% bis etwa 65 Gew.%, vorzugsweise
von etwa 35 Gew.% bis etwa 40 Gew.%.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht in dessen
Anwendung auf schlammförmige oder zähflüssige Abfallstoffe mit in Wasser schwer
löslichen organischen Bestandteilen, insbesondere mit anorganischen und organischen
Feststoffanteilen, die keinen oder nur einen sehr geringen Wasserbestandteil aufweisen.
In diesem Fall werden die Abfallstoffe erfindungsgemäss mit Wasser, vorzugsweise
mit Industrieabwasser, versetzt, bis ein Wassergehalt von etwa 30 bis etwa 65 Gew.%,
vorzugsweise von etwa 35 bis etwa 40 Gew.% erreicht ist, wonach man die so gebildeten
Mehrphasensysteme mit einem Erdalkalioxid versetzt und mit dem Wasser zu einem mit
den anderen Abfallstoffen beladenen Erdalkalihydroxid reagieren lässt, wobei man
anschliessend das erhaltene Produkt mit einem Hydrophobierungsmittel
Das erfindungsgemässe Verfahren führt zu besonders vorteilhaften
Ergebnissen, wenn man dem wässrigen Mehrphasensystem Erdalkalioxid in derartigen
Mengen zuführt, dass durch die Umsetzung das im Mehrphasensystem enthaltene Wasser
vollständig aufgehraucht wird. Soweit dieses Wasser hierbei nicht durch die Umsetzung
mit dem Erdalkalioxid unter Bildung eines Erdalkalihydroxids chemisch gebunden wird,
wird es durch die bei dieser exothermen Reaktion freigesetzte Wärme verdampft.
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Hierbei arbeitet man zweckmässigerweise mit einem Erdalkalioxidunterschuss
bezogen auf die zur Umsetzung in dem Mehrphasensystem zur Verfügung stehende Wassermenge.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Erdalkalioxid
in einer Menge zugegeben wird, die etwa 20% bis etwa 50%, vorzugsweise etwa 30%
bis etwa 45% der maximalen Menge beträgt, die mit dem im Mehrphasensystem enthaltenen
Wasser stöchiometrisch umsetzbar ist.
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Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens lassen sich grundsätzlich
alle Arten von Hydrophobierungsmitteln einsetzen, dh. anionen- und kationenaktive
sowie nicht-ionogene grenzflächenaktive Substanzen, soweit sie nicht selbst auslaugbar
sind und eine Gefährdung für Grundwasser und Boden bedeuten.
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Hierbei kommen folgende Verbindungsklassen in Betracht: Fettsäuren
wie Stearin- und Palmitinsäure, Alkylsulfate, Alkylarylsulfonate, Alkylsulfonate,
Sulfobernsteinsäureester, Salze von Carbonsäuren, die eigentlichen Seifen, Sulfosuccinamide,
Äthersulfate, Nqnylphenolpolyglykoläther, Fettalkoholpolyglykoläther sowie deren
Sulfatierungsprodukte, Polyglykoläther, aliphatische Amine, Aminoxide, aliphatische
Alkohole und Cellulosederivate sowie polymere Verbindungen.
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Metallseifen wie Aluminiumstearat, Zinkstearat, Zinkoleat, Siliconharze
wie höher alkylierte Siliconharze, Silane wie höher alkylierte Silane, Acrylharze
wie anpolymerisierte Acrylsäuremethylester, Fettamine wie fettsäuremodifizierte
Melaminharze,
kommen vorzugsweise in Betracht. Als besonders geeignetes
Hydrophobierungsmittel hat sich eine komplexe Zinkseite auf der Basis von Zink und
natürlichen C12 bis C20-Fettsäuren erwiesen. Ein Beispiel einer derartigen komplexen
Zinkseife ist das von den Chemischen Werken München Otto Bärlocher vertriebene "EIydrophobierungsmittel
NBL".
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(Dieses Hydrophobierungsmittel ist ein weisses geruchloses, voluminöses
Pulver mit einem Schmelzpunkt von 118 bis 12o0C.
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Asche: 13 - 14%; Siebrückstand (17 my): Max. 1%; Schüttgewicht: Ca.
150 g/l + 10%; Rüttelgewicht: Ca. 200 g/l + 10%.) Besonders zweckmässig ist es,
wenn das Hydropliobierungsmittel, bezogen auf das Mehrphasensystem, mit etwa o,o5
bis etwa 2 Gew.%, vorzugsweise o,25 bis o,85 Gew.%, zugegeben wird.
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Die Zugabe des Hydrophobierungsmittels, bezogen auf den Gesamtansatz
aus dem wässrigen Mehrphasensystem und dem zugegebenen Erdalkalioxid, liegt zweckmässigerweise
zwischen etwa o,o2 Gew.% und etwa 2 Gew.%, vorzugsweise zwischen etwa o,2 Gew.%
und etwa o,5 Gew.%.
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Ein in seiner Konsistenz besonders homogenes Endprodukt lässt sich
erhalten, wenn das zu verarbeitende Mehrphasensystem gleichmässig mit dem zugegebenen
Erdalkalioxid vermischt wird und wenn anschliessend an die hierdurch in Gang gesetzte
Umsetzungsreaktion zwischen dem Erdalkalioxid und dem im Mehrphasensystem enthaltenen
Wasser das entstandene Produkt mit dem Hydrophobierungsmittel vermischt wird. Vorzugsweise
erfolgt das Beimischen des Hydrophobierungsmittels sobald die Temperatur im Reaktionsgemisch
nach Erreichen ihres Maximalwerts wieder unter diesen abfällt.
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Zur Vermeidung einer möglichen Umweltverschmutzung durch die bei der
Reaktion entstehenden #rüden werden gemäss einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform
der Erfindung die mit dem durch die Reaktionswärme ausgetriebenen Wasserdampf in
den jrüden entweichenden flüchtigen Bestandteile des Mehrphasensystems
kondensiert
und aufgefangen und/oder die in den Prüden mitgerissenen Feststoffteilchen abgeschieden.
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Als günstig hat es sich ferner erwiesen, wenn die zu verarbeitenden
schlammartigen Abfallstoffe zwecks Homogenisierung zwischengelagert und vor ihrer
Uberführung in einen festen deponierbaren Zustand mechanisch von gröberen Feststoff-
und Fremdkörperverunreinigungen befreit werden. Das erfindungsgemässe Verfahren
lässt sich mit sämtlichen Erdalkalioxiden, dh. mit Calciumoxid, Bariumoxid, Strontiumoxid
oder Magnesiumoxid sowie Mischungen derselben, insbesondere von Calciumoxid und
Magnesiumoxid verwenden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Calciumoxid
oder von handelsüblichem Branntkalk, insbesondere "Weißfeinkalk" erwiesen. Von Vorteil
sind hierbei seine Preisgünstigkeit und die Möglichkeit, ihn bei Sondermüllbeseitigungsanlagen
auch anderwärtig zu verwenden.
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Im folgenden ist daher die Erfindung jeweils am Beispiel des Branntkalks
beschrieben.
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Der Branntkalk wird vorzugsweise, bezogen auf das Mehrphasensystem,
diesem mit etwa 20 Gew.% bis etwa 65 Gew.%, vorzugsweise etwa 45 Gew.% bis etwa
60 Gew.%, zugeführt.
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Die Zuführung des Hydrophobierungsmittels, bezogen auf die Menge des
zugegebenen Branntkalks, liegt zweckmässigerweise zwischen etwa o,l bis etwa 4 Gew.%,
vorzugsweise zwischen etwa 0,5 Gew.% bis 2,4 Gew.%, wobei sich der Bereich von etwa
o,5 bis 1,2 Gew.% im Hinblick auf die Kostenseite und die Verbesserung der Auslaugbeständigkeit
als am günstigsten erwiesen hat.
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Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Überführung von schlammförmigen oder zähflüssigen Abfallstoffen mit wässrigen
Bestandteilen und mit in Wasser schwer löslichen organischen Bestandteilen in einen
festen, deponierbaren Zustand zu schaffen, die insbesondere eine einfache und genau
überwachbare Durchführung des vorstehend erwähnten erfindungsgemässen Verfahrens
ermöglicht. Diese Aufgabe wird
erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung
gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Kombination aus einer Dosier- und Transporteinrichtung
für die Abfallstoffe, einer Dosier- und Transportanlage für die Zuschlagstoffe und
einer Misch- und Umsetzanlage.
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Für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es besonders
zweckmässig, wenn die Dosier- und Transportanlage für die Zuschlagstoffe zumindest
zwei voneinander unabhängige Dosier- und Transporteinrichtungen enthält.
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Eine exakt reproduzierbare Durchführung des Verfahrens ist insbesondere
dann möglich, wenn jede Dosier- und Transporteinrichtung eine Dosiervorrichtung,
eine Wiegevorrichtung und eine Transportvorrichtung enthält.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen in der Dosier-
und Transporteinrichtung für die Abfallstoffe die Wiege- und die Transportvorrichtung
aus einer in Schienen zu der Misch- und Umsetzanlage fahrbaren Drehbehälterwaage.
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Zweckmässigerweise ist eine Zuführung für Zusatzstoffe wie beispielsweise
Säureharze vorgesehen, welche im Bereich der Schienen so einmündet, dass sie eine
Abgabe der Zusatzstoffe in die fahrbare Drehbehälterwaage ermöglicht.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Misch-und
Umsetzanlage aus zumindest einem Chargenmischer besteht.
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Für den praktischen Betrieb ist es vorteilhaft, wenn die Einbringung
der Zuschlagstoffe in die Misch- und Umsetzanlage und/oder die Austragung des fertigen
Produkts aus dieser mittels Förderschnecken erfolgt.
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Zweckmässigerweise ist die Misch- und Umsetzanlage nach aussen abgekapselt
und mit einer Prüdenabsaug- und/oder Prfidenreinigungsvorrichtung versehen. Dies
ermöglicht einen umwelt-und bedienungsfreundlichen Betrieb der Anlage. Zweckmässigerweise
enthält die Prüdenabsaug- und Reinigungsvorrichtung zumindest einen Feststoffabscheider
und/oder zumindest eine Kondensationskühleinrichtung und/oder eine Schlammaustragvorrichtung.
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Zur Erzielung eines gleichmässigen Reaktionsproduktes ist es günstig,
wenn der Dosier- und Transporteinrichtung für die Abfallstoffe ein Schlammhomogenisierungsbehälter
und/oder eine Schlammsortieranlage vorgeschaltet sind. Die Schlammsortieranlage
enthält bevorzugt einen Rollenrost und einen Vibrationsstangenrost.
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Es ist ferner praktisch, wenn der Misch- und Umsetzanlage zumindest
ein Lagersilo nachgeschaltet ist.
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Die Erfindung soll im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden: t'ie einzige Figur zeigt schematisch eine Anlage zur Aufbereitung
von schlammförmigen oder zähflüssigen Abfallstoffen mit wässrigen Bestandteilen
und mit in Wasser schwer löslichen organischen Bestandteilen, die sich zur Durchführung
des erfindungsgemässen Verfahrens besonders eignet. Die Figur besteht aus drei von
links nach rechts aneinander anzulegenden Blättern Fig.la, Figur und Fig.lc.
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Die in einen festen, deponierbaren Zustand überzuführenden schlammförmigen
oder zähflüssigen Abfallstoffe mit wässrigen und mit in Wasser schwer löslichen
organischen Bestandteilen, welche auch anorganische und organische Feststoffteilchen
enthalten können und in ihrer möglichen Zusammensetzung vorstehend näher beschrieben
wurden, sollen im folgenden abgekürzt jeweils als "Schlamm" bezeichnet werden.
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Die Anlage lässt sich - mehr oder weniger willkürlich - in eine Reihe
von afgaben- oder funktionsmässig in sich abgeschlossene, miteinander in Wechselwirkung
stehende Bereiche I bis V gliedern. Zur Verdeutlichung der einzelnen, den jeweiligen
Bereichen im wesentlichen zugeordneten Bauelemente sind die Bereiche in der Figur
durch strichpunktierte Umrahmungen oder eine Klammer hervorgehoben. Es sind dies
die in Fig.la ganz links dargestellte Schlamm-Sortieranlage I, die in Fig.la rechts
an diese anschliessende Dosier- und Transporteinrichtung II für die Schlämme, die
oben in Fig.lb dargestellte Dosier- und Transportanlage III für die Zuschlagstoffe,
die unten in Fig.lb angeordnete Misch- und Umsetzanlage IV, die in Fig.1c dargestellte
Lagerung V für die umgesetzten Produkte sowie die oben in Fig.1a dargestellten grüdenabsaug-
und Xrüdenreinigungsvorrichtung VI.
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Tn der Schlamm-Sortieranlage 1 werden die angelieferten, stark verunreinigten
Schlämme von Grobteilen befreit. Die in Mulden, Tankwagen oder Gebinden von den
verschiedensten Stellen und Firmen angelieferten Schlämme S+GV variieren in ihrer
Zusammensetzung erheblich. Alle diese angelieferten Schlämme werden zunächst in
einen Tiefbunker 1 abgegeben, der ein grosses Fassungsvermögen hat. Lediglich grössere
Anfälle von Säureharzen werden getrennt gelagert, beispielsweise in einem mit einem
Riihrwerk versehenen Behälter 47, der in Fig.1b links unten dargestellt ist. Durch
die Lagerung der verschiedenartigen Schlämme im Tiefbunker 1 vor ihrer Weiterverarbeitung
erfolgt eine gewisse Homogenisierung der Schlämme, insbesondere bezüglich ihres
Wassergehalts.
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Da die angelieferten Schlämme S+GV noch eine Menge von Feststoffen
als grobe Verunreinigungen GV enthalten, wie beispielsweise Fässer, Putzwolle, Flaschen
und andere Behälter, wird eine Grobreinigung dieser Schlämme vorgenommen. Die Schlämme
S+GV werden hierzu von einem Greiferkran 2 dem Tiefbunker 1 entnommen und einem
Aufgabetrichter 3 zugeführt. Der Aufgabetrichter 3 gibt die Schlämme auf einen Rollenrost
4, in dem eine Grobabscheidung
der Feststoffe GV erfolgt. Die
auf dem Rollenrost 4 zurückbleibenden Feststoffe GV laufen über diesen hinweg und
gelangen von dem Ende des Rollenrosts 4 in einen Abfallbunker la, der die mit öl,
Wasser und anderen organischen Stoffen getränkten Feststoffe GV aufnimmt. Der durch
den Rollenrost 4 hindurchgefallene Schlamm wird von einer Fördereinrichtung, im
dargestellten Fall von einem Förderband 5, einem Vibrationsstangenrost 6 zugeführt1
der eine Feinabscheidung der Feststoffe GV aus dem Schlamm bewirkt. Die von dem
Vibrationsstangenrost 6 zurückgehaltenen Feststoffe GV gelangen ebenfalls in den
Abfallbunker la. Der durch den Vibrationsstangenrost 6 hindurchgetretene, mechanisch
gereinigte Schlamm S wird einem zweiten Tiefbunker 7 zugeführt und in diesem gespeichert.
Der zweite Tiefbunker 7 dient gleichzeitig als Vorbunker für die in der Misch-und
Umsetzanlage IV aufzubereitenden Schlämme.
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Die maximale Korngrösse der in den Schlämmen S noch enthaltenen Feststoffe
liegt bei ca. 3 cm.
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Die in dem Abfallbunker 1a gesammelten schlammgetränkten Feststoffe
GV werden getrennt weiterverarbeitet, vorzugsweise in einer Verbrennungsanlage wie
beispielsweise einem Drehrohrofen. Ihre Beseitigung im einzelnen ist nicht Gegenstand
der vorliegenden Anmeldung.
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Die Dosier- und Transporteinrichtung II für die Schlämme S entnimmt
diese dem zweiten Tiefbunker 7 mittels eines Schöpfwerkes 8, das im dargestellten
Fall aus einem Becherwerk 8a und und einer Transportschnecke 8b besteht. Die Transportschnecke
8b gibt die Schlämme S gleichmässig dosiert in eine fahrbare Drehbehälterwaage 9
ab, die in Schienen 10 gelagert ist. Die Drehrichtung der Transportschnecke 8b ist
umkehrbar, so dass mittels des Becherwerks 8a, der Transportschnecke 8b und eines
Schlammabführrohres 8c der Schlamm S im Tiefbunker 7 gemischt und homogenisiert
werden kann. Die Chargengrösse wird jeweils entsprechend der Zusammensetzung der
Schlämme und den sich hieraus ergebenden Rezeptanforderungen über eine automatische
Steuerung
gegeben, die im einzelnen nicht dargestellt ist.
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wiegen der Schlämme S wird die Drehbehälterwaage 9 mittels eines in
der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsmechanismus auf den Schienen 10 in den
Bereich der Misch- und Umsetzanlage IV gefahren, wo sie, wie weiter unten näher
beschrieben, die Schlämme durch Kippen in verschiedene Mischer 11, 12, 13, 14 abgibt,
bevor sie anschliessend wieder in ihre Ausgangslage zurückfährt, in der die nächste
Charge des von der Förderschnecke 8b zugeführten Schlamms S eingewogen wird.
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Die Zusammensetzung der in dem zweiten Tiefbunker 7 gelagerten Schlämme
S variiert im wesentlichen innerhalb der im folgenden angegebenen Bereiche: 1. Spezifisches
Gewicht: 1,10 ... 1,35 2. Wassergehalt: 35 - 60 Gew.% 3. Unbrennbare Feststoffe:
(Glührückstand) 30 - 50 % 4. Brennbare Bestandteile (mittlerer Heizwert ca.
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1600 kcal/kg): lo - 20 % 5. Petroläther-Extrahierbares wie öle und
Fette: 6 - Ao Gew.%.
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Über den Schienen 10 mündet an'einer vorbestimmten Stelle eine Zuführung
47a für Zusatzstoffe, die beispielsweise mittels einer Pumpe P ein Säureharz SH
aus dem Behälter in einen Vorratsbehälter 54 und von dort in dosierten Mengen in
die Drehbehälterwaage 9 abgibt, wenn diese in der entsprechenden Lage auf der Schiene
1o angehalten wird. Hierdurch kann eine vorbestimmte Menge des Säureharzes SH den
Schlämmen S vor deren Umsetzung beigegeben werden. Im dargestellten Fall entspricht
diese Lage der Drehbehälterwaage einer von ihr beim Abgeben des Schlammes in die
Misch- und Umsetzanlage eingenommenen Position.
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Über der Misch- und Umsetzanlage IV ist die Dosier- und Transportanlage
III für die Zuschlagstoffe angebracht, die zur Überführung der Schlämme in einen
festen, deponierbaren Zustand verwendet werden. Die Dosier- und Transportanlage
III enthält zwei voneinander getrennte Dosier- und Transporteinrichtungen für den
Branntkalk B und für das Hydrophobierungsmittel H.
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Die Dosier- und Transporteinrichtung für den Branntkalk B besteht
aus drei siloartigen Behältern 15, 16 und 17, die aus Stahlblech oder einem geeigneten
Kunststoff gefertigt sind.
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Die Behälter sind so ausgebildet, dass der Branntkalk darin trocken
gelagert wird. An den unteren Enden der Behälter 15, 16 und 17 sind Auslässe angebracht,
unter denen sich von Antriebsmotoren bewegte Förderschnecken 20, 21, 22 und 23 erstrecken,
die dosierte Mengen des Branntkalks B in zwei getrennte stationäre Wiegebehälter
24 und 25 bringen. In den Wiegebehältern werden entsprechend den Rezeptanforderungen
für die jeweiligen Schlammzusammensetzungen Branntkalkchargen abgewogen. Die abzuwiegenden
Chargen werden über eine nicht näher dargestellte, vorzugsweise elektrische Steuerung
der Anlage eingegeben. Von den Wiegebehältern 24 und 25 gelangen die abgewogenen
Mengen des Branntkalks B über Förderschnecken 40 und 41 zu Einlassrohren 43, 44,
45 und 46, in denen der Branntkalk B durch die Schwerkraft den Mischern 11, 12,
13 und 14 der Misch-und Umsetzanlage IV, wie durch Pfeile angedeutet, zugeführt
wird. Die Mischer 11, 12, 13 und 14 werden nacheinander beschickt, wobei die Drehrichtung
der Förderschnecken 40 und 41 durch Umpolung von deren Antriebsmotor umgekehrt wird.
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Die Dosier- und Transporteinrichtung für das Hydrophobierungsmittel
H entnehmen dieses mittels Förderschnecken 26 und 27 zwei siloartigen Vorratsbehältern
18 und 19, die ähnlich wie die Vorratsbehälter 15 und 17 für den Branntkalk ausgebildet
sind. Die Förderschnecken 26 und 27 beschicken einen stationären Wiegebehälter 28
mit dosierten Mengen des Hydrophobierungsmittels H. Von einer Förderschnecke 47
wird das Hydrophobierungsmittel H über Rohre 48 bis 51 an die vier Mischer 11 bis
14 abgegeben.
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Die vier Mischer 11 bis 14 der Misch- und Umsetzanlage IV lassen sich
auf diese Weise mit genau dosierten Branntkalk- und Hydrophobierungsmittelzugaben
beschicken. Die Mischer 11 bis
14 sind als Chargenmischer ausgebildete
Spezial-Intensivmischer, die eine innige Durchmischung der Reaktionskomponenten
ermöglichen und gleichzeitig als Reaktionsraum für den nach dem Mischvorgang einsetzenden
chemischen Umsetzungsprozess dienen. In die Mischer 11 bis 14 sind Temperaturfühler,
beispielsweise Thermoelemente 55 bis 58 eingebaut, die eine Temperaturüberwachung
des Reaktionsablaufs ermöglichen.
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Die Beschickung der Mischer 11 bis 14 mit dem Schlamm S, dem gegebenenfalls
ein Säureharz SH beigegeben ist, erfolgt durch ein Kippen der Drehbehälteraage 9
über Einfülltrichter 52 und 53, die im dargestellten Fall die in der Drehbehälterwaage
9 enthaltenen Schlammchargen den Mischern 11 und 12 bzw. 13 und 14 zuführen. Welcher
der Mischer 11 oder 12 bzw. 13 oder 14 jeweils beschickt wird, hängt von der Stellung
einer in dem Einfüllbehälter 52 bzw. 53 eingebauten Steuerklappe 63 bzw. 64 ab.
Die Beschickung der Mischer erfolgt programmgesteuert in einer vorgegebenen Reihenfolge.
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Bei einer Ausführung der Mischer 11 bis 14 mit je 4.ooo Liter Nutzlast
können mehr als 1o Tonnen Rohschlamm pro Stunde verarbeitet werden. Ein aus Befüllen,
Mischen, Reagieren und Entleeren bestehendes Mischerspiel dauert ca. 30 Minuten.
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Die aus der Misch- und Umsetzanlage IV an den Unterseiten der Mischer
1o bis 14 ausgetragenen Produkte P werden über Förderschnecken 30 und 31 sowie Becherwerke
32 und 33 in Lagersilos 34 und 35 der Lagerung V gebracht. Die Lagersilos 34 und
35 sind im dargestellten Fall erhöht angebracht, so dass ein Fahrzeug unter diese
eingefahren und mittels Telleraustragapparaten 59 und 60 sowie Trichtern 61, 62
einfach beladen werden kann.
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Von der Lagerung V werden die Produkte ihrer endgültigen Bestimmung
zugeführt.
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Da bei dem Misch- und Umsetzvorgang in den Mischern 11 bis 14 Staub
und Dämpfe entstehen, die zu einer Verschmutzung der Umgebung und einer Gefährdung
des Arbeitspersonals der Anlage
führen können, sind die Mischer
nach aussen abgekapselt und mit einer *rüdenabsaug- und Feststoffabscheidevorrichtung
VI über Leitungen 36 verbunden. Die bei dem Misch- und Umsetzvorgang entstehenden
brüden enthalten staubförmige Komponenten - insbesondere Kalkstaub und staubförmiges
Hydrophobierungsmittel -, Wasserdampf und leichtsiedende Bestandteile aus den Schlämmen.
Die Leitungen 36 führen zu Feststoffabscheidern 37, im dargestellten Fall vier Zyklonen,
in denen die Feststoffe F abgeschieden werden. Die von den Feststoffen befreiten
Gase G werden durch eine Zweistufen-Kondensationskühleinrichtung 38 gesaugt. Um
dem Vorhandensein von Staub im Kondensat Rechnung zu tragen, sind die Kühler mit
Schlamm-Austragvorrichtungen ausgestattet. Das schlammförmige Kondensat und die
von den Feststoffabscheidern 37 abgeschiedenen Feststoffe F werden in Containern
39 gesammelt und innerhalb der Sondermüllbeseitigungsanlage in üblicher Weise beseitigt.
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Das die Kondensationskühleinrichtung 38 verlassende Abgas A ist weitgehend
schadstoffrei, so dass es über einen Abgaskamin direkt in die Atmosphäre abgegeben
werden kann. Falls das Abgas A nicht schadstoffrei ist, kann es, gegebenenfalls
nach Durchlaufen eines Abgaswäschers, der bevorzugt im Kreislaufprinzip arbeitet,
der Brennkammer einer Verbrennungsanlage zugeführt werden, in der beispielsweise
die als Grobverunreinigungen in den Schlämmen ursprünglich enthaltenen Feststoffe
GV verbrannt werden.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit der vorstehend
beschriebenen Anlage werden die einer Grobreinigung unterzogenen Schlämme S über
das Schöpfwerk 8, die fahrbare Drehbehälterwaage 9 und die Trichter 52 bzw. 53 aufeinanderfolgend
in die Mischer 11 bis 14 eingewogen, gegebenenfalls unter Beimischung eines Säureharzes
SH. Anschliessend wird die aus dem im vorhinein ermittelten Wassergehalt der Schlämme
berechnete Menge des Branntkalks B aus den Behältern 15 mit 17 zudosiert und in
den Mischern etwa 3 Minuten lang innig vermischt.
Anschliessend
werden die Mischer abgestellt. Die Masse erreicht nun innerhalb von etwa 1o Minuten
eine Temperatur von etwa looOC durch die Umsetzung des Branntkalks mit dem im Schlamm
enthaltenen Wasser. Hierbei entweicht das chemisch nicht gebundene Wasser in Form
von Wasserdampf, der gleichzeitig die leicht siedenden bzw. mit Wasserdampf flüchtigen
Bestandteile des Schlamms enthält. Die brüden werden, wie vorstehend erwähnt, in
der nachgeschalteten Brüden-Absaug- und Feststoffabscheidevorrichtung weiterbehandelt.
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Die Temperatur der in diese Vorrichtung eintretenden Brüden beträgt
ca. 9o0C. Nach Ablauf der vorstehend genannten 1o Minuten beginnt die Temperatur
in den Mischern wieder unter die maximale Reaktionstemperatur abzufallen. Zu diesem
Zeitpunkt wird das Mischwerk wieder in Gang gesetzt, und es wird die errechnete
Menge des Hydrophobierungsmittels zugegeben, die anschliessend intensiv mit der
Masse vermischt wird. Dieser Vorgang dauert in etwa 1 bis 2 Minuten. Anschliessend
werden die Mischer 11 bis 14 entleert, und das pulvrig-feste hydrophobe Endprodukt,
das ein Schüttgewicht von ca. 6oo g/l aufweist (etwa 500 g/l bis 700 g/l), wird
zur weiteren Abkühlung in die Lagersilos 34 und 35 gebracht, aus denen es nach der
endgültigen Abkühlung für weitere Verwendungszwecke bzw. zur Ablagerung entnommen
wird.
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Indem die einzelnen Mischer 11, 12, 13 und 14 nacheinander beschickt
und in Betrieb genommen werden, lässt sich erreichen, dass der Hauptanfall der Brüden
in den Mischern zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgt, was den Betrieb der srüdenabsaug-und
Feststoffabscheidevorrichtung VI erleichtert.
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In der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird das Verfahren mit
einem Branntkalkunterschuss, bezogen auf das im Schlamm zur Verfügung stehende Wasser,
durchgeführt. Auf diese Weise lässt sich der stark exotherme Hydrationsverlauf des
Branntkalks beherrschen, ohne dass höhere Reaktionstemperaturen auftreten, als dies
zur Verdampfung des Uberschusswassers erforderlich
ist. Diese
Verfahrensführung erlaubt es, die Mischer ohne eine zusätzliche Kühlung zu betreiben.
Auch Explosionsklappen müssen bei den Mischern nicht vorgesehen werden. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, dass keine kostspielige Vorheizung oder Trocknung der Schlämme
vor ihrer Aufbereitung notwendig ist.
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Da mit der Anlage auch korrodierende Stoffe, wie beispielsweise Säureharze
verarbeitet werden, empfiehlt es sich, alle mit diesen Materialien in Berührung
kommenden Bereiche aus korrosionsfesten Stoffen,wie beispielsweise einem entsprechenden
Stahlblech anzufertigen oder diese Teile mit einem entsprechenden Korrosionsschutz
zu versehen.
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Wenn der Wassergehalt der angelieferten zu verarbeitenden Schlämme
zu niedrig ist - als solches wird ein Unterschreiten eines Wassergehalts von 308
angesehen -, kann der Schlamm S mit der notwendigen Wassermenge, vornehmlich Industrieabwasser,
versetzt werden. Die Einstellung des Wassergehalts erfolgt vorzugsweise in dem Tiefbunker
7, in den eine nicht dargestellte Wasserzuleitung mündet.
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Die folgende Tabelle gibt eine Reihe von Versuchsbeispielen für das
erfindungsgemässe Verfahren wieder:
T a b e l l e
| Brannt- Wassergehalt des Branntkalk- Branntkalkzugabe |
| Umsetzungs-Ansätze kalk zu Schlamms zugabe zu in % der stöchio- |
| 1000 kg 1000 kg metrisch umsetzba- |
| Nr. Schlamm Brannt- Hydrophobierungs- % in der in |
| Schlamm Schlammwasser ren Menge +) |
| kalk mittel Ansatz- 1000 kg |
| menge |
| kg kg kg kg kg kg kg % |
| 1 1600 1000 5,2 - 6,5 - 13 625 55 880 550 1136 36,5 |
| 2 1600 1000 5,2 - 6,5 - 13 625 60 960 600 1042 33,5 |
| 3 1700 1000 5,4 - 6,75 - 13 588 55 935 550 1069 34,5 |
| 4 1700 1000 5,4 - 6,75 - 13 588 60 1020 600 980 31,5 |
| 5 2600 1400 8,0 - 10,0 - 20 538 35 910 350 1537 49,4 |
| 6 2600 1400 8,0 - 10,0 - 20 538 40 1040 400 1345 43,2 |
| 7 2600 800 6,8 - 8,5 - 17 308 35 910 350 880 28,3 |
| 8 2600 800 6,8 - 8,5 - 17 308 40 1040 400 770 24,7 |
| 9 3000 1400 8,5 - 11,0 - 22 467 35 1050 350 1334 42,9 |
| 10 3000 1400 8,5 - 11,0 - 22 467 40 1200 400 1168 37,5 |
| 11 3000 800 7,5 - 9,5 - 19 267 35 1050 350 763 24,5 |
| 12 3000 800 7,5 - 9,5 - 19 267 40 1200 400 668 21,5 |
+) Das theoretische (= stöchiometrische) Verhältnis Branntkalk (Calciumoxid) zu
Wasser bei völligem Umsatz zu Calciumhydroxid errechnet sich nach der Umsetzungs-Gleichung
zu:
3111 1000 4111
Bei den der Tabelle zugrunde liegenden Versuchen
wurde als Branntkalk jeweils ein "Weißfeinkalk nach DIN 1060" verwendet, dessen
Zusammensetzung aus folgender Tabelle hervorgeht: Chemische Zusammensetzung Calciumoxid
CaO + Magnesiumoxid MgO: 89,4 Gew.%, davon Magnesiumoxid MgO: 1,o Gew.% (nach Abzug
des an CO2 und SO2 gebundenen CaO bzw. MgO bezogen auf glühverlustfreie Substanz)
Kohlendioxid CO : 1,8 Gew.% (bei Lieferung aurch das Werk) Kornfeinheit Rückstand
auf dem Sieb o,63 DIN 4188: 0 Gew.% Rückstand auf dem Sieb o,o9 DIN 4188: 3,o Gew.%
Ergiebigkeit Wasserzusatz: 37,5 1 Ergiebigkeit: 31,2 l/io kg Verarbeitbarkeit (bei
18 cm Ausbreitmaß): 18 kpmm.
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Als Ilydrophobierungsmittel wurde das EIydrophobierungsmittel NBL
der Chemischen Werke München Otto Bärlocher verwendet, das eine komplexe Zinkseife
ausschliesslich auf Basis Zink und natürlichen C12 - C20-Fettsäuren ist.
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Die Tabelle lässt erkennen, dass jeder der zwölf Umsetzungsansätze
von ölschlamm und Branntkalk mit drei unterschiedlichen Chargen des Hydrophobierungsmittels
versetzt wurde. Die linke Reihe der IIydrophobierungsmittelzusätze entspricht einer,
bezogen auf den Gesamtansatz aus Schlamm und Branntkalk prozentualen Zugabe von
o,2 Gew.%, die mittlere Reihe einer prozentualen Zugabe von o,25 Gew.% und die rechte
Reihe einer prozentualen Zugabe von o,5 Gew.%.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass man bereits mit o,2o bis o,25%
Hydrophobierungsmittel auskommt, um ein umweltfreundlich deponierbares Produkt zu
erhalten. Eine Mengensteigerung des Hydrophobierungsmittels auf o,5% bringt eine
geringe Steigerung der Auslaugbeständigkeit. Eine Erhöhung des Hyydrophobierungsmittelzusatzes
erheblich über diesen Wert hinaus bringt keine weitere Wirkungsgradverbesserung.