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Evaluierung der Bewertungsverfahren im Kontext mit der Verwertung mineralischer Abfälle in/auf Böden - Teil I

Ziel des Forschungsvorhabens war die Überprüfung, Weiterentwicklung und anwenderorientierte Aufbereitung der bisher in der Ableitungssystematik der Ersatzbaustoffverordnung eingesetzten Bewertungsverfahren. Für die Modellierung wurden ergänzende Freisetzungsversuche im Labormaßstab zur Charakterisierung und Berücksichtigung eines potentiellen Abklingverhaltens der Stofffreisetzung aus Baustoffen, zeitlich begrenzter Quellterme sowie einer potentiellen Korngrößenabhängigkeit durchgeführt. Dazu wurden bestehende Modellierungsansätze weiterentwickelt. Experimentell wurden die methodischen Einflüsse durch verschiedene Probenvorbereitungen, verwendete Korngrößenverteilungen und Größtkörner der Prüfkörper und Kontaktzeit bzw. Fließgeschwindigkeiten nach DIN-Norm und CEN-Vornormen auf die Konzentrationen in Säuleneluaten untersucht. Dabei war die Frage zu beantworten, ob eine Übernahme des europäischen Säulenverfahrens nach CEN TC 351 in deutsches Recht (z. B. geplante Mantelverordnung), aufgrund von methodenbedingten Konzentrationsabweichungen zu den DIN-Methoden auch zu abweichenden Beurteilungen der Verwertbarkeit von mineralischen Ersatzbaustoffen in Deutschland führt. Durch Langzeitfreisetzungsversuche im Labormaßstab konnten Erkenntnisse zum Stoffabklingverhalten von Schwermetallen aus mineralischen Ersatzbaustoffen evaluiert und für weitere Materialien, wie Recyclingbaustoffe und Hausmüllverbrennungsaschen, erweitert werden. Es wurden relevante Eingangsgrößen identifiziert, um zu prüfen, ob ein potentielles Abklingverhalten der Stofffreisetzung aus Baustoffen generalisiert, das zugrundeliegende Freisetzungsmodell weiterentwickelt und damit in der ⁠ UBA ⁠-Ableitungssystematik von Grenzwerten berücksichtigt werden kann. Es wurden die bisherigen Einzelbetrachtungen zum Abklingverhalten für Schwermetalle und deren Berücksichtigung im Grenzwertableitungskonzept der geplanten Ersatzbaustoffverordnung in Form einer Handlungshilfe der Fachöffentlichkeit nachvollziehbar erläutert und für weitere Materialgruppen anwendbar gemacht. Desweiteren wurden alle Datengrundlagen und Eingangsparameter der Grenzwertableitungssystematik für die geplante Ersatzbaustoffverordnung in einer Datenbank aufbereitet. Dies diente somit der Formulierung der oberen Randbedingung als Inputkatalog für die erforderliche Stofftransportmodellierung. In einem parallel laufenden Forschungsvorhaben mit der FKZ 3713 74 228/2 wird vom Forschungsnehmer, der ZAG Tübingen, ein Anwendertool entwickelt, das transparente und reproduzierbare Grenzwertableitungen auf der Grundlage dieser Datenbank für die geplante Ersatzbaustoffverordnung ermöglicht. Veröffentlicht in Texte | 112/2017.

Untersuchungen zur möglichen Freisetzung von Nanopartikeln bei der Ablagerung und bodenbezogenen Anwendung von mineralischen Abfällen

Im Forschungsvorhaben "Untersuchungen zur möglichen Freisetzung von Nanopartikeln bei der Ablagerung und bodenbezogenen Anwendung von mineralischen Abfällen" wurden mögliche Freisetzungspfade von Nanopartikeln bei der Aufbereitung und Verwertung fester Verbrennungsrückstände aus der Haumüll- und Klärschlammverbrennung untersucht. Zu diesem Zweck wurden Hausmüll- und Klärschlammchargen mit nanoskaligem Titandioxid dotiert und anschließend in Verbrennungsanlagen thermisch behandelt. Die erzeugten nanomaterialhaltigen Schlacken und Aschen wurden unter Zuhilfenahme der Röntgenspektroskopie (REM EDX) hinsichtlich ihres Agglomerations- bzw. Aggregationsverhaltens untersucht und bewertet. Darüber hinaus wurden die Asche- und Schlackeproben im Hinblick auf Staubfreisetzung bei der mechanischen Aufbereitung bewertet und mittels Lysimeter- bzw. Deponiekörperreaktoren das Elutionsvermögen der Nanopartikel untersucht. Die Forschungsergebnisse legen eine besondere Sorgfalt bei der mechanischen Aufbereitung der Verbrennungsrückstände nahe, z.B. durch Maßnahmen wie Kapselung und Befeuchtung zur Minderung der Staubemissionen, sowie bei der bodenbezogenen Verwertung der Klärschlammverbrennungsaschen. Veröffentlicht in Texte | 136/2020.

Möglichkeiten einer ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft durch weitergehende Gewinnung von Rohstoffen aus festen Verbrennungsrückständen aus der Behandlung von Siedlungsabfällen

Ziel des vorliegenden Berichts war es, die beiden Optionen – der trockenen Entaschung/-schlackung und Nassentaschung/-schlackung im Wasserbad – hinsichtlich der Qualität der ausgelesenen Metalle und Mineralik experimentell zu untersuchen. Dazu wurden Aschen/Schlacken aus einer Abfallverbrennungsanlage nass und trocken ausgetragen und anschließend anhand aufbereitungstechnischer, metallurgischer sowie bautechnischer Charakterisierungsmethoden bewertet. Neben der klassischen Aufbereitung, wie beispielsweise Magnetscheidung, wurden im Labormaßstab neue Ansätze wie biologische und chemische Laugung sowie Bioflotation zur Metallrückgewinnung aus der Feinfraktion < 4 mm untersucht. Veröffentlicht in Texte | 99/2018.

Untersuchungen zur möglichen Freisetzung von Nanopartikeln bei der Ablagerung und bodenbezogenen Anwendung von mineralischen Abfällen

Erste wissenschaftliche Studien zum Verbleib von technischem Nanomaterial (ENM) in Abfallverbrennungsanlagen [BÖR16, LAN16, WAL12, BAR16] deuten darauf hin, dass der Großteil der verwendeten ENM in den festen Verbrennungsrückständen verbleibt, wobei es möglicherweise nicht dauerhaft in diesen gebunden wird [WAL12]. Dementsprechend verlagert sich der Fokus der Untersuchungen hin zu nachgelagerten Schritten in der Verwertung bzw. Entsorgung der nanomaterialhaltigen mineralischen Rückstände aus der Verbrennung. Dies wurde zum Anlass genommen, um im Rahmen des zwei-jährigen UFOPLAN-Vorhabens "Untersuchungen zur möglichen Freisetzung von Nanopartikeln bei der Ablagerung und bodenbezogenen Anwendung von mineralischen Abfällen" mögliche Emissionspfade für aus der Hausmüll- bzw. Klärschlammverbrennung stammende Nanopartikel mithilfe von Labor-versuchen zu untersuchen. Als ENM wurde nanoskaliges Titandioxid (nTiO2) in Form des Produkts Hombikat UV 100 WP der Fa. Venator eingesetzt. Nach der Herstellung ENM-haltiger HMV-Schlacken und Klärschlammaschen in großtechnischen Abfallbehandlungsanlagen, wurden diese in Laborversu-chen hinsichtlich ihres Staubungs- und Elutionsverhaltens untersucht. Bei den Staubungsversuchen wurde bei Proben mit geringem Wasseranteil Titan sowohl bei den untersuchten HMV-Schlacken als auch bei den Klärschlammaschen in der alveolengängigen, der thorakalen und der einatembaren Frak-tion des Staubs in höherer Konzentration als bei der Referenz detektiert. Bei den nassen Schlacken - welche typischerweise den Verhältnissen in der Praxis entsprechen - konnte Titan nur im thorakalen Staub gegenüber der Referenzprobe nachgewiesen werden. Neben den Staubungsversuchen wurden auch Elutionsversuche durchgeführt. In den Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass standardisierte Labor-Elutionsverfahren in der Lage sind, im Vergleich mit Kontrollmaterialien erhöhte Mobilität von nTiO2 sicher anzuzeigen. Die beobachtete erhöhte Mobilität im Laborversuch konnten in Simu-lationsversuchen im Technikumsmaßstab bestätigt werden. Dort, wo die Elutionsversuche keine er-höhte Mobilität anzeigte, trat sie auch im Simulationsversuch nicht auf. Quelle: Forschungsbericht

Tagung zum Thema: Verkehrsbedingte Belastungen durch Benzol, Dieselruss und Stickoxide in staedtischen Strassenraeumen / 23. BlmSchV seit 01. Maerz in Kraft - was nun ?

Das Projekt "Tagung zum Thema: Verkehrsbedingte Belastungen durch Benzol, Dieselruss und Stickoxide in staedtischen Strassenraeumen / 23. BlmSchV seit 01. Maerz in Kraft - was nun ?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fortbildungszentrum Gesundheits- und Umweltschutz Berlin durchgeführt.

Teil 2

Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Novis GmbH durchgeführt. In Zusammenarbeit haben die Arbeitsgruppe Geomikrobiologie der Universität Tübingen und die Tübinger Novis GmbH folgende Forschungs- und Entwicklungsergebnisse zur biologischen Laugung der Hausmüllverbrennungsschlacke (MHKW) der Mannheimer Müllverbrennungsanlage MVV Energie erzielt. - Entwurf eines übergreifenden sozialen und politischen Konzepts zur Nutzung von Müllverbrennungsschlacken als Ressource für wirtschaftlich wertvolle Metalle und ökologisch verantwortungsvolle Baustoffe - Geochemische Charakterisierung der MHKW Schlacke: pH Wert, Wassergehalt, Elementzusammensetzung, Kohlenstoffanteil, Mineralogie - Bestimmung des wirtschaftlichen Potentials der Laugung von Metallen aus MHKW Schlacke, mit Finanzprognosen - Bestimmung chemischer Laugungsparameter der wirksamen Metalllaugung der MHKW Schlacke (pH, Temperatur, Korngröße, Verwendung verschiedener Säuren) - Bestimmung der biologischen Laugfähigkeit von laborbekannten Einzelbakterienstämmen (Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidiphilium sp. SJH) zur wirksamen Metalllaugung von MHKW Schlacke - Bestimmung der biologischen Laugfähigkeit eines definierten mikrobiellen Gemisches aus 12 Bakterientypen (MicroVeda®) zur wirksamen Metalllaugung von MHKW Schlacke - Gewinnung innovativer, laugfähiger Bakterienkonsortien aus den Flusssedimenten des hochgradig metallhaltigen Flusses Rio Tinto in Spanien, perfekt angepasst an die geochemischen Parameter der MHKW Schlacke - Bestimmung physikalischer Laugungsparameter der wirksamen Metalllaugung der MHKW Schlacke (Art der Mischung von Schlacke und Laugungsflüssigkeit) - Errichtung einer Miniaturlaugungsanlage, die Metalle aus mehreren Kilogramm MHKW Schlacke industrienah laugt Übergreifend ist zu sagen, dass die Grundlagen zur Entwicklung einer wirksamen und ökonomischen Laugung von Metallen aus MHKW Schlacke gelegt werden konnten.

Teil 1

Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Fachbereich Geowissenschaften, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Umweltphysik durchgeführt. In Zusammenarbeit haben die Arbeitsgruppe Geomikrobiologie der Universität Tübingen und die Tübinger Novis GmbH folgende Forschungs- und Entwicklungsergebnisse zur biologischen Laugung der Hausmüllverbrennungsschlacke (MHKW) der Mannheimer Müllverbrennungsanlage MVV Energie erzielt. - Entwurf eines übergreifenden sozialen und politischen Konzepts zur Nutzung von Müllverbrennungsschlacken als Ressource für wirtschaftlich wertvolle Metalle und ökologisch verantwortungsvolle Baustoffe - Geochemische Charakterisierung der MHKW Schlacke: pH Wert, Wassergehalt, Elementzusammensetzung, Kohlenstoffanteil, Mineralogie - Bestimmung des wirtschaftlichen Potentials der Laugung von Metallen aus MHKW Schlacke, mit Finanzprognosen - Bestimmung chemischer Laugungsparameter der wirksamen Metalllaugung der MHKW Schlacke (pH, Temperatur, Korngröße, Verwendung verschiedener Säuren) - Bestimmung der biologischen Laugfähigkeit von laborbekannten Einzelbakterienstämmen (Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidiphilium sp. SJH) zur wirksamen Metalllaugung von MHKW Schlacke - Bestimmung der biologischen Laugfähigkeit eines definierten mikrobiellen Gemisches aus 12 Bakterientypen (MicroVeda®) zur wirksamen Metalllaugung von MHKW Schlacke - Gewinnung innovativer, laugfähiger Bakterienkonsortien aus den Flusssedimenten des hochgradig metallhaltigen Flusses Rio Tinto in Spanien, perfekt angepasst an die geochemischen Parameter der MHKW Schlacke - Bestimmung physikalischer Laugungsparameter der wirksamen Metalllaugung der MHKW Schlacke (Art der Mischung von Schlacke und Laugungsflüssigkeit) - Errichtung einer Miniaturlaugungsanlage, die Metalle aus mehreren Kilogramm MHKW Schlacke industrienah laugt Übergreifend ist zu sagen, dass die Grundlagen zur Entwicklung einer wirksamen und ökonomischen Laugung von Metallen aus MHKW Schlacke gelegt werden konnten.

Verbrennung von Kohle fuer das Brennen von Ziegelsteinen

Das Projekt "Verbrennung von Kohle fuer das Brennen von Ziegelsteinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gebrüder Löhlein Ziegelwerke durchgeführt. Objective: To convert a brick kiln fired with heavy oil to coal firing and to examine the effects of the burning of coal on the specific heat consumption, the quality of the product and the occurring ashes. On the basis of preliminary examinations on other kilns, an energy saving of more than 55 per cent is anticipated compared with oil-firing. General Information: The brick tunnel kiln to be converted to coal firing is to be equipped with an intermittent coal firing facility and tested. For this purpose, the necessary coal preparation facilities (feed bunker, transport systems, hammer mill, daily bunker and coal stokers at the blowing in points) and the special burner systems are to be developed and adapted to suit the specified tunnel kiln. The overall system will then be tested and, if necessary, modified depending on the product quality. Finally, the operating efficiency of the coal firing facility is to be tested during a longer demonstration operation period. The concept for the coal firing facility was based on the use and testing or different types of coal with various grain sizes to be able to optimize the requirements on coal quality and grain size both for separation and charging. The driest possible fine coal with a grain size of 0 - 6 mm is necessary for the blowing device. The erected preparation facilities comprise a feed bunker, from which the rough coal is conveyed to the hammer mill via a dispatch belt. After being ground to the necessary grain size, the fine coal is transported by pipe chain conveyers to the dosing appliances on the tunnel kiln in the form of coal stockers. They intermittently charge a coal-air mixture into the combustion planes of the kiln through lateral slits via so-called guide tubes. The ends of the tubes, which are fitted with baffle plates, protrude into the combustion channel. They are incandescent (hot bulb ignition) and cause the ignition of the mixture. Charging is effected in a 30-second rhythm alternating with every fourth row of the burner tubes. In the cases of intermittent charging, the coal-air mixture is pressed against the baffle plate with a high pressure and passes into the furnace area via the lateral slits in the incandescent tubes. Combustion is almost explosive. The intermittent control of the air feed is effected by a central closed-loop control facility via solenoid valves. Achievements: In a 26 week operation period, a mean fuel consumption of 1500 kJ/kg of fired bricks including drying was achieved. This corresponds to an energy saving of about 42 per cent when compared to operation with heavy heating oil. Although the target was not achieved, a considerable saving quota was realized. In the meantime, the facility has been demonstrated to several hundred interested parties from the brick industry and has therefore made an important contribution to the necessary spread of the experience and information gained in the course of this project.

Development of heavy duty reactor window for industrial scale removal of NOx and SO2 from flue gas by electron beam treatment

Das Projekt "Development of heavy duty reactor window for industrial scale removal of NOx and SO2 from flue gas by electron beam treatment" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Roßendorf e.V., Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung durchgeführt. General Information: High emissions of SO2 and NOx from fossil fuel combustion create a major environmental problem all over the Europe. One of the most perspective methods of these pollutants removal is the Electron Beam Dry Scrubber Process, in which the flue gas is treated by high-power, high-energy electron beam. The final product obtained in this process can be used as a fertilizer. In Poland, a pilot industrial installation utilizing this process with a throughput of 20.000 Nm3/h has been built at Kaweczyn Power Station in Warsaw to study and develop this process. Another one, designed for treating of 270.000 Nm3/h of flue gases in under construction at Pomorany Power Station near by Szczecin. The electron beam enters the process vessel through a 50mm thick Ti window. At present, the lifetime of this window is 500 - 2000 h before it fails as a result of corrosion and fatigue. For full industrial implementation the window lifetime should span over the installation overhauling period. The objective of the project is to develop a technology of preparing the window of the desired lifetime. This goal is planned to be accomplished by alloying the window surface with palladium which is known to inhibit Ti corrosion in acidic environment. The alloying will be performed either by ion-beam mixing technique known to be thus far the most effective approach or by ion beam assisted deposition (IBAD). As a supplementary measure, nitrogen ion implementation will be used to increase the fatigue strength of the window material, titanium alloy as material for window will be examined, and entirely new approach of deposition by pulsed plasma beams will be explored. After performing laboratory and field tests of various versions of the presented technologies, a final approach will be chosen and then a full size window will be manufactured and next tested at the Kaweczyn Power plant. Achievements: Foreseen Results Successful realization of the project will allow to implement a new-generation of heavy-duty process vessel windows H for the Electron Beam Dry Scrubber Process, first at the Pomorzany Power Station and then in other installations of this type in Europe. Further challenge left for surface engineering scientists will be to reduce the window thickness. As the project addresses the environmental problems it is of importance in European dimension. Prime Contractor: Forschungszentrum Rossendorf e.V.; Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung; Dresden; Germany.

Gewinnung von Cenospheres aus Flugasche

Das Projekt "Gewinnung von Cenospheres aus Flugasche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Thermodynamik, Energietechnik und Strömungsmechanik durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Cenospheren sind Partikel, die nach der Verbrennung von Steinkohle in der Asche anfallen. Sie sind hohlkugelförmig und weisen eine Dichte von etwa 300 kg/m3 auf. Die Cenospheren können für verschiedene Zwecke weiterverwendet werden, daher ist ihre Gewinnung sinnvoll. Der wirtschaftliche Erfolg wird vom Aufwand der Gewinnung und dem erzielbaren Marktpreis bestimmt. Mit dem Vorhaben sollte eine Technologie untersucht werden, mit der Cenospheren aus Steinkohlenaschen abgetrennt werden können. Es ist im Rahmen des Vorhabens zu untersuchen, ob die Technologie in der Praxis anwendbar ist. Eine Anwendung des Verfahrens ist für Australien geplant. Hier existieren Kohlekraftwerke, die als Partner für die Cenospherengewinnung in Frage kommen. Bei Anwendbarkeit der Technologie wird ein deutsches Unternehmen für den Einsatz des Verfahrens in Australien sorgen. Fazit: Durch die Förderung seitens der DBU konnte eine Technologie entwickelt werden, die durch eine trockene und eine wasserbasierte Trennstufe zur Gewinnung von Cenospheren aus Steinkohlenasche führt. Diese Technologie funktioniert in allen berechneten Stufen. Für eine wesentliche Anzahl der Stufen konnte auch der Einzelnachweis der Funktionsfähigkeit der Stufe erbracht werden. Die komplette Funktionsfähigkeit wird erst in einer Pilotanlage nachweisbar sein. Diese Pilotanlage muss an die spezifischen Bedingungen des Einsatzfalles angepasst werden.

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