Wie mit kontaminierten Böden und Schlämmen verfahren? Diese Frage stellt sich vielen Industrieunternehmen. Entsorgt man kontaminierte Böden und Schlämme auf Deponien, erzielt man lediglich eine reine Umlagerung. Die Schadstoffe hingegen verbleiben im Boden, sodass er weiterhin nicht nutzbar ist. Aus diesem Grund nehmen insbesondere innerhalb der EU die Verbote zu, gefährliche Abfälle auf Deponien zu entsorgen.
Die Verbrennung hingegen verbraucht durch ihren hohen Temperaturbedarf große Mengen an Energie und verursacht auf diese Weise beträchtliche Emissionen. Im Zuge der Umsetzung des neuen UN-Klimaabkommens, das im Dezember 2015 in Paris beschlossen wurde, ist im Verlauf der nächsten Jahre auch in diesem Zusammenhang mit beträchtlichen Reglementierungen zu rechnen.
Hieraus ergibt sich im Umgang mit kontaminierten Böden und Schlämmen der Anspruch, diese mit geringem Energieeinsatz und unter Erzeugung minimalster Emissionen wieder nutzbar zu machen. Schadstoffe sollen ökologisch und ökonomisch effektiv minimiert oder komplett entfernt werden. Wertstoffe gilt es dabei zurückzugewinnen und dem Wertstoffkreislauf erneut zuzuführen.
Fest und flüssig trennen
Eine wirtschaftliche Methode, diese Abfälle für den weiteren Verwertungsprozess aufzubereiten, ist die Separation von festen und flüssigen Elementen. Diese Fest–Flüssig-Trennung lässt sich durch die thermische Behandlung von kontaminierten Böden oder Schlämmen erreichen, bei der durch Wärmeeintrag die flüchtigen Komponenten verdampft werden. Das Eingangsmaterial trennt sich somit in einen festen Reststoff und ein flüssiges Kondensat, deren Bestandteile nach einer weiteren Aufbereitung wieder als Wertstoffe zurückgewonnen werden können.
Die Aufbereitung wird in speziell auf diese in den meisten Fällen hochabrasiven Produkte ausgelegten Reaktionskammern durchgeführt. Eine Aufbereitungsanlage besteht zumeist aus vier Hauptkomponenten:
einem produktabhängigen Beschickungssystem
dem thermischen Reaktor
einem Kondensations- und Abluftsystem für verdampfte Schadstoffe und Brüden
einer Konditionierungs- und Abfülleinheit der behandelten Reststoffe.
Herzstück dieser Anlagen sind oft indirekt beheizte, vertikale oder horizontale, chargenbetriebene oder kontinuierliche Hochtemperaturverdampfer. Die Auswahl erfolgt idealerweise jeweils angepasst auf die zu behandelten Produkte und den Gesamtprozess. Für die Auswahl des richtigen Systems sind Heizmedien, Prozessart und Bauform die ausschlaggebenden Kriterien.
Heizen mit Thermalöl, Strom oder Feuer
Die Verdampfungspunkte der flüssigen Bestandteile stellen die Richtgröße für die zu erreichenden Behandlungstemperaturen dar. Dabei steht eine Reihe von Heizmedien zur Verfügung, die je nach benötigter Temperatur eine wirtschaftliche Beheizung ermöglichen.
Thermalöl: Bei niedrigen Temperaturen bis zu 350 °C stellt eine indirekte Beheizung mit einem Trägermedium die effektivste Variante dar. Thermalöl ist hier aufgrund seiner Eigenschaften Dampf oder Wasser vorzuziehen. Es kann im angestrebten Temperaturbereich bei niedrigem Druck eingesetzt werden und ermöglicht eine langlebige und wartungsarme Konstruktion des Heizkreislaufs. Das Thermalöl wird über ein elektrisch, (erd)gas- oder dieselbefeuertes Thermalölaggregat aufgeheizt und ständig im Kreis gepumpt. Der Wärmeeintrag in den Trockner erfolgt über einen Doppelmantel.
Elektrische Beheizung: Sollen hohe Temperaturen von 350°C bis 650°C erreicht werden, ist eine elektrische Beheizung die wirtschaftlichste Variante. Bei einer Elektrobeheizung wird über speziell angepasste Heizelemente die Energie direkt auf die Reaktorwand übertragen.
Befreuerung (Drehrohr-Systeme): Temperaturen ab 650°C lassen sich nur über befeuerte Systeme wie Drehrohre erzielen. Dabei wird die Wärmeenergie über das heiße Abgas einer Flamme auf die Trommel übertragen, was einen relativ schlechten Wirkungsgrad zur Folge hat. Da das Produkt keiner Zwangsumwälzung unterliegt, bildet sich oft Wandansatz, der sich zusätzlich negativ auf die Wärmeübertragung und somit den Wirkungsgrad auswirkt. Um diesen Effekt zu minimieren, ist ein hoher Reinigungsaufwand nötig, was eine geringere Anlagenverfügbarkeit zur Folge hat. Darüber hinaus erzeugen Drehrohr-Systeme signifikant höhere Abgasmengen.
Zur Auswahl der optimalen Prozessart gilt es, sowohl die Rahmenbedingungen der Anwendung, als auch die Spezifikationen des Produkts gegeneinander abzuwiegen.
Chargensysteme: Chargensysteme sind sowohl in vertikaler als auch horizontaler Ausführung erhältlich. Sie bieten dem Anwender in erster Linie maximale Flexibilität. Auch komplett verschiedenartige Produkte, wie beispielsweise quecksilberbelastete Abfälle oder kohlenwasserstoffbelastete Schlämme können behandelt werden.
Darüber hinaus ist ein möglicher Vakuumbetrieb meist nur über Chargensysteme wirtschaftlich realisierbar. Durch die Trocknung unter Vakuum wird die Verdampfungstemperatur der Schadstoffe heruntergesetzt, die Produkte müssen nicht mehr so hoch erhitzt werden.
Der Vakuumbetrieb ist bei Temperaturen bis zu 250 °C sowohl horizontal als auch vertikal sehr effektiv umzusetzen. Sollen höhere Temperaturen erzielt werden, ist ein vertikales System vorzuziehen.
Kontisysteme: Kontisysteme lassen sich nur in horizontaler Ausführung realisieren. Sie bieten entscheidende Vorteile, wenn Zeit und/oder Platz limitierende Faktoren darstellen. Da die Leerzeiten für die Beschickung und Entleerung entfallen, ist ein höherer Durchsatz bei gleicher Baugröße beziehungsweise gleicher Durchsatz bei geringerer Baugröße möglich. Darüber hinaus können Pufferbehälter oder Zwischen- und Entleerbunker teilweise entfallen.
Kontisysteme sind auf ein festes Produkt mit gleich bleibendem Nenndurchsatz ausgelegt. Allerdings können die Verweilzeiten variiert werden, womit sich auch hier im gegebenen Rahmen flexibel agieren lässt. Der Kontibetrieb ist in der Regel nur unter atmosphärischen Bedingungen wirtschaftlich. Von daher werden diese Systeme meist elektrobeheizt ausgeführt, um höhere Produkttemperaturen zu erzielen.
Horizontal oder vertikal?
Ebenfalls durch die Bauart ergeben sich, was Temperatur- oder Vakuumanforderungen angeht, jeweils Vorzüge und Limitierungen.
Horizontal: Die horizontale Bauweise ermöglicht aufgrund der physikalischen Gegebenheiten als einzige einen kontinuierlichen Betrieb. Horizontale Chargenmischer arbeiten im Vakuumbetrieb meist bei Temperaturen von bis zu 250 °C effektiv. Für die Umsetzung von Vakuum im Hochtemperaturbereich (>250°C) sind Horizontalsysteme nur noch bedingt geeignet, da massiv erhöhte Wartungs- und Betriebskosten (Abdichtung mit Produktkontakt) die Effizienzersparnisse des Vakuumbetriebs übersteigen.
Ein wesentlicher Vorteil der Horizontalsysteme liegt darin, dass sie eine intensive Durchmischung des Produkts erzielen. Sie sind deswegen bei hochviskosen Stoffen alternativlos.
Vertikal: Vertikale Trockner arbeiten immer im Chargenbetrieb. Diese Trocknertypen sind für den Vakuumbetrieb im Hochtemperaturbereich sehr gut geeignet, da ihre Ausstattung mit nur einer Wellenabdichtung ohne Produktkontakt äußerst wartungs- und verschleißarm ist. Liegt also der Fokus auf einer maximal energieeffizienten Arbeitsweise in jedem Temperaturbereich, stellen Vertikalsysteme die optimale Alternative dar.
Die Grenze des Vertikalsystems liegt in den Produkteigenschaften begründet. Ideale Ergebnisse werden bei gut rieselfähigen Produkten erzielt, mit Spezialmischwerken lassen sich zum Teil auch Schlämme behandeln. Hochviskose Stoffe hingegen sind für ein Vertikalsystem nicht geeignet.
Wie an den verschiedenen Kriterien ersichtlich wurde, gibt es bei der thermischen Behandlung von Sonderabfällen keine pauschal beste Lösung für jedes Recyclingprodukt. Für jeden Einzelfall sollten die verschiedenen Aspekte abgewogen werden und eine individuell abgestimmte Variante entwickelt werden. Der Verfahrensspezialist AVA bietet dazu alle Systeme aus einer Hand und ist darüber hinaus in der Lage, in seinem modernen Technikum individuell angepasste Ausführungen zu erarbeiten.
