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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung der Bodenasche
aus Hausmüllverbrennungsanlagen
sowie die Herstellung eines Asphalts, der zum Einsatz im Straßenbau geeignet
ist.
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Das
ständig
ansteigende Volumen an Hausmüll
hat zu einem beträchtlichen
Druck auf die zur Verfügung
stehenden Mülldeponien
geführt.
Ein Verfahren, das entwickelt worden ist, um diesen Druck zu verringern,
ist die Verbrennung des Mülls
in Hochtemperaturverbrennungsanlagen in kombinierten Wärme-Kraft-Anlagen. Bei
diesem Verfahren wird Hausmüll
bei Temperaturen von 1000°C
oder darüber
verbrannt, wobei Elektrizität,
Dampf, Flugasche und Bodenasche erzeugt werden [die letztere ist
auch als Hausmüll-Verbrennungsrückstand
oder D.I.R. (domestic waste incinerator residue) bekannt]. Die Bodenasche
und die Flugasche unterscheiden sich sowohl in der Partikelgröße als auch
in der chemischen Zusammensetzung. Einige Metalle können aus
dieser Bodenasche zurückgewonnen
werden (z.B. durch elektromagnetische und Wirbelstromtrennung),
jedoch hinterlässt
diese Vorgehensweise noch eine Masse an Material, das bis jetzt
noch keine Verwendung gehabt hat und das einfach auf die Mülldeponien
entsorgt worden ist. Sogar diese Entsorgung bringt Probleme mit
sich, und zwar wegen der hohen Metallkonzentrationen in dem Auslaugungsprodukt,
das von der Bodenasche produziert wird. Insbesondere liegen die
Werte für
Blei, Kupfer, Zink und Chrom über
den relevanten Umweltrichtlinien (Richtlinien für Trinkwasser und Grundwasser).
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Es
würde folglich
in einem hohem Grade wünschenswert
sein, ein Verfahren zur Sanierung der Bodenasche aus Hausmüllverbrennungsanlagen
zu entwickeln, welches zu einem Material führen würde bei dem Auslaugungsprodukt
stabiler in Bezug auf die Umwelt wäre. Außerdem würde es für das Sanierungsverfahren wünschenswert
sein, ein Material mit nützlichen
Eigenschaften zu liefern, anstatt dasselbe einfach auf die Müllgruben
zu entsorgen.
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Bitumenverfestigung
ist eine Sanierungstechnologie, die entwickelt worden ist und seit
einer beträchtlichen
Zeit angewendet wird. Das Verfahren ist darauf ausgerichtet, verunreinigtes
Material in einem stabilen Erzeugnis zu binden, wodurch die Risiken
vermindert werden, die mit Hautkontakt, Einnahme und Auslaugen der
Verunreinigungen ins Grund- und Oberflächenwasser in Verbindung gebracht
werden. Zusätzlich
beseitigt das Verfahren die Notwendigkeit der Müllentsorgung von verunreinigtem
Material und die damit verbundenen, möglicherweise entstehenden Umweltprobleme.
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Gegenwärtig wird
eine Technologie dieses Typs verwendet, um das Straßenplanungsmaterial
zu recyceln, wodurch die Nachfrage nach unbenutztem Zuschlagstoff
verringert wird und das alte Straßendeckenmaterial wiederverwendet
wird. Zwei Verfahren werden verwendet, um die Materialien zu behandeln,
und zwar die bituminöse
Heißmisch-Betonherstellung
und das Kaltmischverfahren. Bei diesen Verfahren wird ein Asphaltbinder
mit Boden/Steinzuschlagstoff gemischt und vermengt, um sicherzustellen,
dass jedes Bodenkorn und sämtlicher
Steinzuschlag mit einer dünnen
Schicht aus Asphalt beschichtet ist. Um den Asphaltbinder, der bei
Raumtemperatur ein Feststoff ist, mit dem Zuschlag zu mischen, muss
derselbe in einer verflüssigten
Form vorliegen. Die bituminöse
Heißmisch-Betonherstellung
verwendet Hitze, um den festen Asphalt zu verflüssigen. Das Kaltmischverfahren,
auch bekannt als Asphaltemulsionsstabilisierung (AES-Asphalt Emulsion
Stabilisation), benutzt eine Mischung aus Wasser und Tensiden, um
den Asphalt in eine bearbeitungsfähige flüssige Form zu überführen.
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Die
Asphaltstabilisierung ist in der Vergangenheit jedoch noch nicht
erfolgreich angewendet worden um die Bodenasche aus Hausmüllverbrennungsanlagen
zu Sanieren. Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Sanieren der Bodenasche aus Hausmüllverbrennungsanlagen durch
Einsetzen einer Asphaltverfestigungstechnologie bereitzustellen.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung ein Saniertes Erzeugnis
bereitzustellen, das sowohl umweltbeständig ist, als auch geeignet
ist für
den Einsatz beim Straßenbau.
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So
wird gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Sanierung
der Bodenasche aus Hausmüllverbrennungsanlagen
zur Verfügung
gestellt, welches erstens eine Vornahme einer elektromagnetischen
Trennung und einer Wirbelstromtrennung an der Bodenasche umfasst,
und zweitens das Heißmischen
der folgenden Komponenten enthält:
von 10 bis 50 Gew.-% der besagten Bodenasche mit 4 bis 6 Gew.-%
Bitumen, das eine Durchdringung von 50 bis 200 pen besitzt, weiterhin
von 25 bis 55 Gew.-% an Schotter mit einer Partikelgröße oberhalb
von 2 mm, von 10 bis 35 Gew.-% Schotterfeinteilen mit einer Partikelgröße von weniger
als 2 mm und von 0 bis 3 Gew.-% eines Füllstoffes, um so ein Heißmischasphalterzeugnis
zu ergeben.
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Dieses
Verfahren Saniert die Bodenasche, um so ein Asphalterzeugnis zu
ergeben, das umweltbeständiger
ist, besonders hinsichtlich der Höhe der Metalle im Auslaugungsprodukt,
wie Blei, Kupfer und Zink, und welches ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche
Heißmischasphalte
besitzt, die aus unverbrauchten Zuschlagsstoffen erhalten worden
sind, wodurch es geeignet für
den Gebrauch im Straßenbau
wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein Heißmischasphalt
zur Verfügung gestellt,
welcher gemäß den Verfahren
nach der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann und welcher die
folgenden Substanzen enthält,
von 10 bis 50 Gew.-% Bodenasche aus einer Hausmüllverbrennungsanlage, von 4
bis 6 Gew.-% Bitumen, das eine Durchdringung von 50 bis 200 pen
besitzt, weiterhin von 25 bis 55 Gew.-% an Schotter mit einer Partikelgröße größer als
2 min, von 10 bis 35 Gew.-% Schotterfeinteile mit einer Partikelgröße von weniger
als 2 mm und von 0 bis 3 Gew.-% eines Füllstoffes.
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Das
in der vorliegenden Erfindung benutzte Bitumen besitzt eine Durchdringung
von 50 bis 200 pen, welche entsprechend der Spezifikation der britischen
Norm (British Standard = B.S.) 3690 bestimmt worden ist (ein Test,
der auf Rankingtests der Viskosität basiert; 1 pen = 0,1 mm).
Vorzugsweise werden 4,7 bis 5,5 Gew.-% Bitumen zu dem heißen Mischgut
hinzugefügt.
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Der
Schotter, der bei der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ist das
grobe Zuschlagelement und bezieht sich auf die Partikel deren Größe 2 nun überschreitet,
gemäß der Prüfung mit
dem passenden B.S.-Testsieb.
Er wird entsprechend dem Steinbruchverfahren durch Sprengen, Brechen
und Sieben der Mineralablagerungen erhalten. Der zum Einsatz gebrachte
Schotter kann irgendeiner sein, der auf herkömmliche Weise bei der Produktion
von Heißmischasphalten
verwendet wird, z.B.. Kalkstein und Granit. Vorzugsweise werden 29
bis 52 Gew.-% Schotter zu dem heißen Mischgut hinzugefügt.
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Die
Schotterfeinteile sind Partikel, deren Größe kleiner als 2 mm ist, gemäß der Prüfung mit
dem passenden B.S.-Testsieb, und diese werden gemäß dem gleichen
Steinbruchverfahren aus dem Schotter erhalten. Vorzugsweise werden
12,5 bis 32 Gew.-% an Schotterfeinteilen zu dem heißen Mischgut
hinzugefügt.
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Die
eingesetzten Füllstoffe
sind diejenigen, die gewöhnlich
bei der Herstellung der Heißmischasphalte verwendet
werden. Sie sind normalerweise Pulver, deren Partikelgröße im Wesentlichen
kleiner als 75 μm
ist, gemäß der Prüfung mit
dem passenden B.S.-Testsieb. Beispiele von geeigneten Füllstoffen
erstrecken sich auf das Produkt aus dem Zerkleinern von Kalksteinzuschlagstoff.
Vorzugsweise werden 2 Gew.-% an Füllstoff hinzugefügt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wird die Bodenasche vor dem Mischungsverfahren
einer Trennung durch Elektromagnetismus und Wirbelstrom unterworfen,
um im Wesentlichen alles an Eisenmetall und bis zu 60% des Nichteisenmetalls
zu entfernen. Die Bodenasche kann auch vorzugsweise gebrochen und
gesiebt werden, um vor dem Mischungsverfahren die durchschnittliche Partikelgröße zu verringern.
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Die
exakten Mengen der verschiedenen Komponenten können entsprechend dem beabsichtigten
Einsatz des Asphalterzeugnisses verändert werden. So wird z.B.
ein Verschleißschichtmaterial,
das den Anforderungen einer 10 mm Verschleißschicht nach B.S. (British
Standard/britische Norm) 4987 gerecht wird (in Bezug auf die Abstufung,
den Bindemittelgehalt und die Temperatur für die Mischung und das Aufbringen),
durch Heißmischen
der folgenden Komponenten entsprechend dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung hergestellt.
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Ein
Tragschichtasphalt, der den Anforderungen einer 20 mm dichten Macadamtragschicht
gemäß B.S. 4987
gerecht wird (in Bezug auf die Abstufung, den Bindemittelgehalt
und die Temperatur für
die Mischung und das Aufbringen), wird durch Heißmischen der folgenden Komponenten
entsprechend der vorliegenden Erfindung erhalten.
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Man
kann die vorliegende Erfindung besser verstehen wenn die folgenden
Beispiele in Betracht gezogen werden, in welchen die Verminderung
der Metallkonzentrationen in dem Auslaugungsprodukt und die Lasttrageigenschaften
des Heißmischasphalts
der vorliegenden Erfindung getestet werden.
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Mit
Hilfe einer Heißmischasphaltanlage
werden die folgenden Materialien entsprechend der vorliegenden Erfindung
kombiniert, um so einen Asphalt zu ergeben, der die Anforderungen
der B.S. 4987 an eine Schottertragschicht erfüllt.
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Die
Konzentrationen der verschiedenen Metalle in dem Auslaugungsprodukt
aus der Bodenasche (D.I.R.) wurden verglichen mit denjenigen, die
aus dem Heißmischerzeugnis
mit 100% unbenutztem Zuschlagstoff (d.h. keine Bodenasche) erhalten
wurden, und denjenigen, die aus dem Testheißmischasphalt erhalten wurden,
der wie oben festgelegt herstellt wurde. Die drei Proben wurden
zubereitet für
den Auslaugungstest nach der National Rivers Authority (UK) (nationale
Flussbehörde)
(NRA, 1994). Die Bodenaschenprobe und die beiden behandelten Materialien
wurden mit Hilfe eines Backenbrechers gebrochen, um so eine Partikelgröße von weniger
als 5 mm zu erzeugen. Eine Probe der Bodenasche wurde für die Gesamtmetallanalyse heraus
getrennt. Die gebrochenen Proben wurden dann kegelförmig aufgehäuft und
in vier Teile zerteilt, um so vier Proben für die Auslaugungstests zu erzeugen.
Alle vier Unterproben eines jeden Materials wurden gemäß der NRA-Prozedur
behandelt. „Leere" Auslaugungsproben
ohne zugesetztes Material wurden ebenfalls zur Qualitätskontrollanalyse
durch die Prozedur hindurch geführt.
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Die
Proben der Bodenasche (feste) und alle Proben des Auslaugungsproduktes
wurden auf die folgenden Metalle hin untersucht:
Silber (Ag)
Arsen
(As)
Bor (B)
Cadmium (Cd)
Kobalt (Co)
Chrom
(Cr)
Kupfer (Cu)
Quecksilber (Hg)
Molybdän (Mo)
Nickel
(Ni)
Blei (Pb)
Antimon (Sb)
Selen (Se)
Zinn
(Sn)
Tellur (Te)
Thallium (Tl)
Zink (Zn)
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Die
Ergebnisse der Analysen werden in den folgenden Tabellen 1 bis 6
dargestellt. Die Gesamtmetallkonzentrationen in der Bodenasche wurden
in zweifacher Ausführung
gemessen und werden in der Tabelle 1 dokumentiert, während die
mittleren Konzentrationen in der Tabelle 2 gezeigt werden. Der Pegel
an Blei und Chrom in der Asche war höher als die ICRCL-Richtlinien
(ICRCL, 59/83, 2. Auflage, Juli 1987), die normalerweise verwendet
werden, um die Bedeutung der Bodenverunreinigung an den Entstehungsorten
abzuschätzen.
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Die
Metallkonzentrationen in den Auslaugungsprodukten der Bodenasche,
des heißen
Mischguts und des Heißmischerzeugnisses
mit zugegebener Asche werden in den Tabellen 3, 4 bzw. 5 gezeigt.
Die mittleren Konzentrationen in den vier Auslaugungsprodukten eines
jeden Materials wurden berechnet. Wie aus der Tabelle 6 ersichtlich
ist, lagen die Konzentrationen einiger Metalle bei der Auslaugung
der Bodenasche, einschließlich
von Kupfer (Cu), Blei (Pb) und Zink (Zn), oberhalb der zur Verfügung stehenden
Umweltnormen. Die Konzentrationen in dem Auslaugungsprodukt wurden
verglichen mit den holländischen
Grundwasserrichtlinien und mit der EU-Trinkwasserverordnung (Rat
der Europäischen
Gemeinschaften, 80/778 EEC:OJL 229, 30 August 1980), welche die
Grundlage für
die UK-Trinkwassernormen
bilden. Es ist wichtig zu bemerken, dass die Bedingungen des Auslaugungstests,
die sich auf die kleine Partikelgröße erstrecken, die erfordert
ist um den Auslaugungstest durchzuführen, alle tatsächlichen
Konzentrationen überbewerten
könnten,
welche in der Umwelt aufgrund des natürlichen Auslaugens dieses Materials
auftreten können.
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Tabelle
6 umfasst auch die errechnete prozentuale Verringerung der Metallkonzentrationen
in der Auslaugung, beim Vergleich des Auslaugungsproduktes der Bodenasche
mit derjenigen des Heißmischerzeugnisses
mit eingebundener Bodenasche. Im Allgemeinen zeigten die Metallsorten
mit höheren
Konzentrationen in dem Auslaugungsprodukt der Bodenasche die größte prozentuale
Verringerung in dem Heißmischerzeugnis.
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1 zeigt
die relativen Konzentrationen für
das Auslaugungsprodukt der Bodenasche, des heißen Mischguts und des heißen Mischguts
mit Asche. Die Konzentrationen werden aufgrund des großen Konzentrationsbereiches
in den Auslaugungsprodukten auf einer logarithmischen Skala aufgetragen.
Wenn Metalle unterhalb den Nachweisgrenzen lagen, zeigen die Graphiken
in der 1 eine Konzentration an, die auf die Hälfte der
Nachweisgrenze festgelegt wurde. Blei, Kupfer und Zink lagen oberhalb
der relevanten Umweltrichtlinien in dem Auslaugungsprodukt der Bodenasche
und wurden im Heißmischerzeugnis
in einem Ausmaß von zwischen
93 und 98 Prozent verringert. Alle drei Metalle lagen unter den
Umweltrichtlinien in der Auslaugung des Erzeugnisses aus dem heißen Mischgut
mit Asche. Die Metalle, die in dem Auslaugungsprodukt der Bodenasche
in einer kleinen Konzentration vorhanden sind, weisen ähnliche
Werte auf in dem Erzeugnis aus heißem Mischgut mit Asche. Nur
einige Metalle wurden in dem Auslaugungsprodukt des ursprünglichen
heißen Mischguts
(keine zugegebene Asche) in geringer Konzentration angetroffen.
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Insgesamt
zeigt die prozentuale Verringerung der Metallkonzentrationen der
Auslaugungsprodukten an, dass die Heißmischverarbeitung der Bodenasche
aus Verbrennungsanlagen ein umweltbeständigeres Material erzeugt,
wobei die Metalle in einer Form gebunden werden, welche das durch
die Umwelt hervorgerufene Auslaugen der Metallverunreinigungen einschränkt. Der
Auslaugungstest stellt Bedingungen dar, die zum Auslaugen vorteilhafter
sind als diejenigen, die für
das Heißmischerzeugnis
bei seinem vorgesehenen Einsatz erwartet werden könnten.
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Das
Erzeugnis kann zum Pflastern von Straßen benutzt werden, wobei es
ein wenig durchlässiges
Material bildet, das während
der Aufbringung des Straßenbelags
verdichtet wird. Im Auslaugungstest wurde das Material in einen
fein zerkleinerten Zustand mit einer Partikelgröße von weniger als 5 mm gebrochen,
wodurch eine viel größere Oberfläche geschaffen
wurde, als es der Fall sein würde
für das
Pflastermaterial im normalen Einsatz. Zusätzlich würde eine deutliche Verdünnung eines
jeden Auslaugungsprodukts, das aus der Fahrbahn erzeugt würde, weiter
jede Konzentration in der Umgebung verringern. TABELLE
1 Gesamtmenge an Metallen in der Bodenasche
TABELLE
2 Mittlere Metallkonzentration in der Bodenasche - Nicht nachgewiesene Metallarten wurden
auf die Hälfte
der Nachweisgrenze festgesetzt
TABELLE
3 Metallkonzentrationen in den Auslaugungsprodukten der Bodenasche TABELLE
4 Metallkonzentrationen in den Auslaugungsprodukten des heißen Mischgutes TABELLE
5 Metallkonzentrationen in den Auslaugungen des heißen Mischgutes
mit Bodenasche TABELLE
6 Prozentuale Verminderung in den Auslaugungsproduktkonzentrationen
und Umweltrichtlinien - Negative%-Verminderung zeigt eine höhere Konzentration
in dem behandelten Material an (nur gefunden, wenn die Originalasche
sehr niedrige Konzentrationen enthielt)
- (Niederländische
IV) Interventionswert der niederländischen Grundwasserrichtlinie
- (EEC MAC) maximal zulässige
Konzentration nach der EU-Trinkwasserverordnung
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Um
sein Potential als Straßenbaugestein
zum Einsatz beim Bau von Hauptverkehrsstraßen zu beurteilen, wurden die
Belastungseigenschaften des Testasphalts gemäß der vorliegenden Erfindung untersucht, indem
seine elastische Biegesteifigkeit mithilfe einer Nottingham-Asphaltprüfvorrichtung
gemessen wurde. In allen Tests, die am Asphalt der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
wurden, wurden mindestens so gute Belastungseigenschaften gefunden,
wie diejenigen von herkömmlichem
Heißmischasphalt.
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Durch
gewissenhafte Einstellung der Mengen der verschiedenen Komponenten,
die in dem Heißmischverfahren
der vorliegenden Erfindung kombiniert werden, ist es möglich, Asphalte
zu erhalten, die für
den Gebrauch als Tragschichten und Verschleißschichten bei der Herstellung
von Hauptverkehrstraßen
geeignet sind.
