Methoden zur Bestimmung des Gesamtkohlenstoffgehaltes von Schlacken aus Muellverbrennungsanlagen

Abstract

Diese Diplomarbeit ist in Zusammenarbeit mit einem Unternehmen entstanden, welches sich mit der Verbrennung von Müll beschäftigt. Ausgehend von Schlacke, welche in Müllverbrennungsanlagen (MVA) bei der Verbrennung als Reststoff anfällt, wurden diverse Versuche bezüglich der Bestimmung des Organischen Gesamtkohlenstoffgehaltes - Total Organic Carbon, kurz TOC, durchgeführt. Die Diplomarbeit spezialisierte sich hierbei auf folgende Forschungsfrage: Ist es möglich, ein Verfahren zu entwickeln, das ein schnelleres Ergebnis (vergleichbar zur normativen Vorgabe) für die Analyse des TOC-Wertes liefert? Es wird hierbei genauer auf die vorgegebene ÖNORM EN1484:2019 zur Untersuchung einer Schlacke eingegangen, indem analysiert wird, ob es für die Bestimmung des TOC-Wertes zum Zwecke der Voruntersuchung, einen schnelleren und effizienteren Weg gibt, den TOC-Wert einer Schlacke über den flüssig TOC-Gehalt bestimmen zu können. Die normative und gesetzliche Vorgabe wird dabei nicht ersetzt. Um dies zu untersuchen, wurden Veränderungen zur Norm vorgenommen, indem Parameter wie beispielsweise Rührdauer und Temperatur verändert wurden und mit den normativen Vorgaben abgeglichen wurden. Eine Veränderung der Temperatur führte zwar zu einem höheren Gehalt an TOC in der Schlacke, jedoch stand dieser Wert in keinem direkten Verhältnis zum TOC-Wert welcher gemäß ÖNORM EN1484:2019 gemessen wird. Anhand der vielen Messreihen konnten prozentuelle Anfangswerte ermittelt werden, anhand derer man mit einer bestimmten prozentuellen Unsicherheit den Endwert nach 24 Stunden errechnen kann. Gemessen wurde ein durchschnittlicher Anfangswert beim Eluatansatz von 53,2±7,0% des Endwertes. Auch die beiden gefitteten Kurven, welche mittels Python erstellt wurden, zeigten einen aehnlichen prozentuellen Anfangswert an TOC-Gehalt. Als zweite Schnellmethode kristallisierte sich ein Zeitpunkt von zwei Stunden heraus, an dem bereits nahezu der zu erwartende Endwert erreicht wurde. Als weitere Forschungsfrage wurde das Nassentschlackerwasser auf dessen TOC-Gehalt untersucht. Es wurde analysiert, ob es einen analytischen Zusammenhang gibt zwischen Elementen, die durch den Schlackeeintrag in Lösung gehen, und dem TOC-Wert. Elemente, die hierfür analysiert wurden, waren Eisen, Phosphor, Kalzium, Kalium und Natrium. Anhand der elementaren Analyse lässt sich feststellen, dass eine hohe Konzentration an Phosphor, Natrium und Kalium auf einen höheren TOC-Wert im Wasser hinweisen. Dies ist vorwiegend rückführbar auf die Art von eingesetztem Müll. Ein hoher Gehalt an Pflanzenmaterial wie Klärschlamm, Düngemittel oder anderen organischen Bestandteilen ist ausschlaggebend für einen hohen Phosphor- und Kaliumgehalt. Natrium ist schwierig zu konkretisieren da es in allen Arten von Abfall und somit auch in Abwässern enthalten ist. Für die Frage ob es einen konkreten Zusammenhang zwischen dem TOC-Gehalt aus dem Nassentschlackerbecken und dem TOC-Wert im Eluat gibt, konnte keine Lösung gefunden werden, da der Nassentschlacker im laufenden Betrieb zu variabel und uneinsichtig ist. Für ein zukünftiges Projekt ließe sich diese Fragestellung also noch weiter erforschen.

This diploma thesis was conducted in cooperation with a company that deals with the incineration of waste. Based on slag, which is produced in waste incineration plants as a residual material during incineration, various tests were carried out to determine the total organic carbon (TOC) content. The diploma thesis specialised in the following research question:Is it possible to develop a method that provides a faster result (comparable to the normative specification) for analysing the TOC value?The specified ÖNORM EN1484:2019 for the analysis of a slag is examined in more detail, searching for a faster and more efficient way to determine the TOC value of a slag via the liquid TOC content for the purpose of preliminary analysis. This does not replace the normative and legal requirements.Changes were made to the standard by modifying parameters such as stirring time and temperature and comparing them with the normative specifications.Although a change in temperature led to a higher TOC content in the slag,this value was not directly related to the TOC value measured in accordance with ÖNORM EN 1484:2019. Based on the many series of measurements,it was possible to determine initial percentage values, which can be used to calculate the final value after 24 hours with some uncertainty. An average initial value of 53.2±7.0% of the final value was measured. The two fitted curves, which were created using Python, also showed a similar initial percentage TOC content. As a second rapid method, it was found that already after a time of two hours the final value was almost reached.As a further research question, the wet deslagger water was analysed for its TOC content. It was analysed whether there is an analytical correlation between elements that go into solution through the slag input and the TOC value. The elements analysed were iron, phosphorus, calcium, potassium and sodium. The elemental analysis shows that a high concentration of phosphorus,sodium and potassium indicates a higher TOC value in the water. This is primarily attributable to the type of waste used. A high content of plant material such as sewage sludge, fertiliser or other organic components is decisive for a high phosphorus and potassium content. A specific source of Sodium cannot be determined as Sodium is contained in all types of waste and therefore also in wastewater. The question of whether there is a concrete connection between the TOC content from the wet deslagger tank and the TOC value in the eluate could not be answered, as the wet deslagger is too variable and undefined during operation.