DIPLOMARBEIT Master´s Thesis

Stoffflussbasiertes Verfahren zur Bestimmung von Metallfrachten in Abfällen ausgeführt zum Zwecke der Erlangung des akademischen Grades eines Diplom-Ingenieurs unter der Leitung von

o. Univ. Prof. Dr. Paul H. Brunner E 226 Institut für Wassergüte und Abfallwirtschaft Abteilung Abfallwirtschaft

eingereicht an der Technischen Universität Wien Fakultät für Bauingenieurwesen

von Stefan König MNr. 9420322 Morzger Strasse 14 5020 Salzburg

Wien, im Juni 06

SCHWERMETALLFRACHTEN IM ÖSTERREICHISCHEN ABFALL

1

INSTITUT FÜR WASSERGÜTE UND ABFALLWIRTSCHAFT TU WIEN

Abstract

This thesis examines the magnitude of the flows of selected metals in Austrian wastes. The metals include cadmium, lead, zinc, mercury, iron and copper. For this purpose a database is being created. The database contains information about mass, dry substance, and concentration of the selected metals. The wastes are being classified according to the ÖNORM S2100. The data is determined exclusively by literature research, no measurements or chemical analysis are being made. To test the plausibility of the data found the method of substance-flow-analysis is being applied. During the course of this work it proved to be both effective and purposeful. For many wastes it is not possible to find exact information according to the concentration of the selected metals. In that case missing data was estimated using best guesses. The flows of the examined substances are being calculated using a spreadsheat programm for each type of waste. Afterwards the total amounts of the flows are being calculated according to the hierarchy of ÖNORM classification, so that the types of wastes with the biggest flows can be recognized. For each of the selected metals there is a chapter describing the wastes with the biggest flows. As a result a list with the wastes with the biggest flows of the selected metals is being established. On a highly aggregated level the most important waste groups are: mineral waste and metal-waste. These groups contain the biggest flows of all selected metals. Other important groups are: plastic waste, municipal wastes, wooden wastes. The results can be used to design measures to reduce of harmful substances in waste fractions. And they can be utilized to create an overall view over the wastes according to their metal flows.

2

SCHWERMETALLFRACHTEN IM ÖSTERREICHISCHEN ABFALL

2

INSTITUT FÜR WASSERGÜTE UND ABFALLWIRTSCHAFT TU WIEN

Kurzfassung

In dieser Diplomarbeit wird untersucht, wie groß die Frachten ausgewählter Stoffe im österreichischen Abfall sind. Die Stoffe sind Cadmium, Blei, Quecksilber, Zink, Eisen und Kupfer. Zu diesem Zweck wird eine Datenbank erstellt. In dieser Datenbank sind für die unterschiedlichen Abfälle Angaben über Masse, Trockensubstanzanteil und die Konzentrationen der ausgewählten Metalle dargestellt. Die Einteilung der Abfälle erfolgt entsprechend der ÖNORM S 2100. Die Ermittlung dieser Daten erfolgt ausschließlich durch Literaturrecherche. Es werden keine Messungen oder chemische Analysen durchgeführt. Um die gefundenen Daten auf ihre Plausibilität zu prüfen, wird die Methode der Stoffflussanalyse eingesetzt. Im Laufe der Arbeit hat sich gezeigt, dass sie wirkungsvoll und zielführend angewendet werden kann. Bei vielen Abfällen ist es nicht möglich, genaue Angaben über die Metallkonzentrationen zu finden. In diesem Fall werden Abschätzungen durchgeführt. Mittels Tabellenkalkulation werden die Frachten der untersuchten Stoffe für jede Abfallart berechnet. Gemäß der Hierarchie des Schlüsselnummernkataloges werden anschließend die Summen gebildet, damit die Schwerpunkte bezüglich Stofffrachten und Abfallarten festgestellt werden können. Es werden für alle untersuchten Metalle in einem jeweils eigenen Kapitel die Abfälle mit den größten Frachten dargestellt. Dafür werden Listen mit jenen Abfällen erstellt, die die größten Stofffrachten enthalten. Die wichtigsten zwei Gruppen mit zweistelligen Schlüsselnummern sind für die Stoffe Cd, Pb, Hg, Zn und Fe, Cu: „Abfälle mineralischen Ursprungs (ohne Metallabfälle)“ und „Metallabfälle“. Auf diese Gruppen entfallen die größten Stofffrachten aller untersuchten Metalle. Weitere wichtige Gruppen sind: „Kunststoff und Gummiabfälle“, „Feste Siedlungsabfälle einschließlich ähnlicher Gewerbeabfälle“, sowie „Holzabfälle“. Die Ergebnisse dienen dazu, Maßnahmen zur Reduktion von Schadstoffen, beispielsweise durch Separatsammlung, abzuleiten. Weiters können die Ergebnisse dazu herangezogen werden, sich einen Überblick über die einzelnen Abfälle bezüglich ihrer Metallfracht zu verschaffen.

3

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INSTITUT FÜR WASSERGÜTE UND ABFALLWIRTSCHAFT TU WIEN

3

Inhaltsverzeichnis

1

ABSTRACT

2

2

KURZFASSUNG

3

3

INHALTSVERZEICHNIS

4

4

EINFÜHRUNG

8

5

ZIELE UND FRAGESTELLUNG

9

6

5.1

FOLGENDE ZIELE SOLLEN ERREICHT WERDEN:

5.2

FOLGENDE FRAGEN SOLLEN BEANTWORTET WERDEN:

METHODE 6.1 6.1.1 6.2

7

Allgemeines

10 12 12 12

STOFFFLUSSANALYSE

12

6.2.1

Vorbemerkung

12

6.2.2

Begriffe und Definitionen

12

VORGEHEN 7.1

15

SYSTEMDEFINITION

15

7.1.1

Systemgrenzen

15

7.1.2

Auswahl der Stoffe

16

7.2

EIGENSCHAFTEN DER STOFFE

17

7.2.1

Allgemeines

17

7.2.2

Gesundheitsgefährdung

17

7.2.3

Verwendung

18

7.3 7.3.1 7.4

EINTEILUNG DES ABFALLS Einteilung nach Schlüsselnummern ERHEBUNG DER STOFFFRACHTEN

18 18 19

7.4.1

Erhebung der Masse Feuchtsubstanz

19

7.4.2

Vereinfachungen

19

7.4.3

Trockensubstanzen

20

7.4.4

Erhebung der Konzentrationen

20

7.4.5

Errechnen der Frachten

20

7.4.6

Gesamtsumme der Fracht

20

7.4.7

Prozentuelle Anteile

21

7.5

4

LITERATURRECHERCHE

9

DARSTELLUNG DER ERGEBNISSE

21

7.5.1

Darstellung der Abfälle mit den zehn größten Frachten

21

7.5.2

Darstellung der kumulierten Frachten

21

7.5.3

Anteil an der Gesamtsumme

23

7.5.4

Synthese der Ergebnisse für alle Stoffe

23

SCHWERMETALLFRACHTEN IM ÖSTERREICHISCHEN ABFALL

7.6

8

SCHADSTOFF- UND RESSOURCENPOTENTIAL Ressourcenpotential

26

7.6.2

Schadstoff- respektive Anreicherungspotential

28

CADMIUM EIGENSCHAFTEN VON CADMIUM

30

Beschreibung

30

8.1.2

Verwendung

31

8.2

WICHTIGSTE LITERATURANGABEN FÜR TOP-ZEHN

31

8.3

ERGEBNISSE FÜR CADMIUM

34

8.3.1

Wichtigste Abfälle

34

8.3.2

Anteil der Top Drei

34

8.3.3

Verteilung der kumulierten Frachten

35

QUECKSILBER EIGENSCHAFTEN VON QUECKSILBER

9.1.1

Beschreibung

37 37 37

9.2

LITERATURANGABEN FÜR DIE TOP TEN

38

9.3

ERGEBNISSE FÜR QUECKSILBER

40

9.3.1

Wichtigste Abfälle

40

9.3.2

Anteil der Top Drei

40

9.3.3

Verteilung der kumulierten Frachten und Tortendiagramme

41

10

BLEI 10.1

43

EIGENSCHAFTEN VON BLEI

43

10.1.1

Beschreibung

43

10.1.2

Verwendung

43

10.2

LITERATURANGABEN FÜR DIE TOP TEN

44

10.3

ERGEBNISSE FÜR BLEI

46

10.3.1

Wichtigste Abfälle

46

10.3.2

Anteil der Top Drei

46

10.3.3

Verteilung der kumulierten Frachten

47

11

ZINK 11.1

48

EIGENSCHAFTEN VON ZINK

11.1.1

5

30

8.1.1

9.1

12

26

7.6.1

8.1

9

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Beschreibung

48 48

11.2

LITERATURANGABEN FÜR DIE TOP TEN

49

11.3

ERGEBNISSE FÜR ZINK

51

11.3.1

Wichtigste Abfälle

51

11.3.2

Anteil der Top Drei

51

11.3.3

Verteilung der kumulierten Frachten

53

EISEN

54

SCHWERMETALLFRACHTEN IM ÖSTERREICHISCHEN ABFALL

12.1

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EIGENSCHAFTEN VON EISEN

54

12.1.1

Beschreibung

54

12.1.2

Vorkommen und Anwendung

54

12.2

LITERATURANGABEN FÜR DIE TOP TEN

55

12.3

ERGEBNISSE FÜR EISEN

59

12.3.1

Wichtigste Abfälle

59

12.3.2

Anteil der Top Drei

59

12.3.3

Verteilung der kumulierten Frachten

60

13

KUPFER 13.1

EIGENSCHAFTEN VON KUPFER

61 61

13.1.1

Beschreibung

61

13.1.2

Verwendung

62

13.2

LITERATURANGABEN FÜR DIE TOP TEN

62

13.3

ERGEBNISSE FÜR KUPFER

64

13.3.1

Wichtigste Abfälle

64

13.3.2

Anteil der Top Drei

65

13.3.3

Verteilung der kumulierten Frachten

66

14 14.1

DATENMATERIAL

67

LITERATURDATEN

67

14.1.1

Eigenschaften der Literaturdaten

67

14.1.2

Masse der Abfälle

67

14.1.3

Trockensubstanz und Stoffkonzentrationen

67

14.2

EIGENE BERECHNUNGEN

14.2.1 15

Stöchiometrische Berechnungen

ANREICHERUNGSPOTENTIALE

67 67 69

15.1

CADMIUM

69

15.2

QUECKSILBER

70

15.3

BLEI

70

15.4

ZINK

71

15.5

KUPFER

71

16

DOPPELZÄHLUNGEN

72

17

ZUSAMMENFASSUNG

77

17.1

METHODE

77

17.2

ERGEBNISSE

77

17.3

FOLGENDE ZIELE UND FRAGEN WAREN ZU ERREICHEN BZW. ZU BEANTWORTEN

78

18

FOLGERUNGEN UND AUSBLICK 18.1

FOLGERUNGEN

18.1.1

6

Methodische Folgerungen

85 85 85

SCHWERMETALLFRACHTEN IM ÖSTERREICHISCHEN ABFALL

18.1.2 19

7

Inhaltliche Folgerungen

VERZEICHNISSE

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85 86

19.1

TABELLENVERZEICHNIS

86

19.2

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

87

19.3

FORMELVERZEICHNIS

88

19.4

LITERATUR

88

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4

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Einführung

Die Tatsache, dass im Abfall Schwermetalle auftreten, ist bekannt. Ebenso bekannt ist die Gefährlichkeit einiger der untersuchten Metalle, wie zum Beispiel Cadmium oder Quecksilber: Diese wirken bereits in geringen Mengen toxisch, und können bei langfristiger Belastung eines Organismus zu schweren Störungen, respektive zum Tod führen. Ebenso wird die Notwendigkeit gesehen, sei es jetzt aus umweltschützerischer oder wirtschaftlicher Sicht, Stoffe mit Ressourcenpotential einer Wiederverwertung zuzuführen. Um die Situation zu verbessern, muss bekannt sein, in welchen Abfällen welche Frachten an Schwermetallen enthalten sind. Diese Diplomarbeit untersucht die Schwermetallfrachten in den einzelnen Abfällen, um folgende Frage zu beantworten: Welche Stofffrachten sind in welchen Abfällen enthalten? Zu diesem Zweck werden die Konzentrationen der Metalle Cadmium, Quecksilber, Blei, Zink, Eisen und Kupfer in den Abfällen untersucht. Dazu werden die Methoden der Stoffflussanalyse und der Literaturrecherche herangezogen. Es werden keinerlei chemische Analysen oder Messungen durchgeführt. In den Fällen, in denen die Literatur keine Angaben über Konzentrationen bereitstellt, werden Abschätzungen auf der Grundlage von Plausibilitätsbetrachtungen herangezogen. In manchen Fällen, wie zum Beispiel bei Bleisulfat, kann man, wenn man Verunreinigungen außer Acht lässt, einen Bleigehalt von 68,3% aus der stöchiometrischen Formel errechnen. Diese Diplomarbeit wurde als Einzelarbeit angefertigt. Zeitlich parallel dazu entstand die Diplomarbeit von Herrn Walter Winkler [Winkler W., 2005]. Jene Arbeit untersucht die Konzentrationen von Kohlenstoff, Phosphor, Stickstoff, Chlor und Schwefel im österreichischen Abfall. Die Einteilung des Abfalls, die Massenangaben für Feuchtsubstanzen (Masse inklusive Wassergehalt) und die Anteile Trockensubstanz (Prozentueller Anteil der Masse, der übrig bleibt, nachdem bei einer Trocknung bei 105°C der Wassergehalt verdampft ist), sowie manche Teile der Literaturrecherche, sind bei jener und der vorliegenden Arbeit größtenteils identisch. Wir haben uns gegenseitig motiviert und inspiriert. Ein überwiegender Teil der gedanklichen Arbeit wurde von uns gemeinsam bewältigt. Es sei aber darauf hingewiesen, dass beide Arbeiten unterschiedliche Stoffgruppen, nämlich Metalle, respektive Nichtmetalle und organische Stoffe behandeln.

8

SCHWERMETALLFRACHTEN IM ÖSTERREICHISCHEN ABFALL

5

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Ziele und Fragestellung

5.1 Folgende Ziele sollen erreicht werden: Schaffen einer Grundlage zur Beurteilung von Schwermetallgehalten, und um Maßnahmen zu treffen, um diese Gehalte zu verringern, respektive aufzutrennen. Dieses Ziel ist das Hauptziel dieser Diplomarbeit. Weitere Teilziele sind:

Entwickeln einer Methode zur Berechnung der Frachten der ausgewählten Stoffe Um die Frachten der ausgewählten Stoffe in den Abfällen ermitteln zu können, muss erst eine Methode vorhanden sein. Wenn eine zielführende Methode nicht vorhanden ist, ist es das erste Ziel einer Forschungsarbeit, eine solche zu entwickeln, oder vorhandene Methoden anzupassen, respektive zu kombinieren. Dabei ist sie auch auf ihre Zuverlässigkeit und ihren Zielerreichungsgrad zu untersuchen.

Ermitteln und darstellen der Frachten Die Frachten der ausgewählten Stoffe in den Abfällen sollen erhoben werden. Die Ergebnisse dieser Erhebung sollen dargestellt werden.

Ermitteln der Abfälle mit den größten Beiträgen an der Gesamtsumme des jeweiligen Stoffes Ziel ist es, für jeden der untersuchten Stoffe die Abfälle mit den größten Frachten darzustellen. Es soll so ein Überblick verschafft werden, in welchen Abfällen sich die größten Stofffrachten dieser Stoffe befinden.

Erstellen einer Tabelle mit den relevanten Daten als Nachschlagwerk für weitere Forschung Ein weiteres Ziel ist es, eine Datengrundlage in Form einer Tabelle zur Verfügung zu stellen, in der die Stoffkonzentrationen der ausgewählten Stoffe in den untersuchten Abfällen dargestellt sind. Diese Tabelle kann, eine entsprechende Pflege vorausgesetzt, auch weiterhin als Basis für die Forschung dienen.

9

SCHWERMETALLFRACHTEN IM ÖSTERREICHISCHEN ABFALL

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Schaffung eines Überblicks über die Verteilung der Frachten auf die Abfälle Weiters soll untersucht werden, ob sich die Metalle gleichmäßig auf alle Abfälle verteilen, oder ob sie in wenigen Abfällen konzentriert vorliegen.

5.2 Folgende Fragen sollen beantwortet werden: Wie groß sind die Stofffrachten der ausgewählten Stoffe in den Abfällen?

Dies ist die zentrale Frage dieser Diplomarbeit. Die Stofffracht wird errechnet, indem die Konzentration des betrachteten Stoffes mit der jährlich in Österreich anfallenden Masse multipliziert wird.

Wie groß sind die Konzentrationen der Stoffe in den einzelnen Abfällen?

Diese Frage wird allein durch Literaturrecherche, Schätzungen, Plausibilitätsbetrachtungen und eigene Berechnungen beantwortet. Es werden keine Analysen oder Messungen durchgeführt.

Wo befinden sich die größten Frachten der betrachteten Stoffe?

Diese zwei Fragen werden anhand einer eigenen Tabelle für jeden der betrachteten Stoffe beantwortet. Es werden die zehn Abfälle mit den größten Stofffrachten herausgesucht.

Welche Eigenschaften besitzen die betrachteten Stoffe?

Die Eigenschaften dieser Stoffe sollen dargestellt werden. Wichtig für diese Diplomarbeit sind vor allem die chemischen Eigenschaften, aber auch Auswirkungen auf Menschen, Tiere und Pflanzen sind bedeutsam, um das Schadstoffpotential besser verstehen zu können. Alle genannten Eigenschaften werden nicht untersucht, sondern dargestellt.

Wie werden die Abfälle eingeteilt, die in Österreich in einem Jahr anfallen? Gibt es ein System mit dem sie in Gruppen und Untergruppen eingeteilt werden?

10

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Die Gesamtmasse des Abfalls in Österreich beträgt 48,6 Millionen Tonnen pro Jahr [Perz K., 2001, S.I]. Um hier Erhebungen anstellen zu können, erscheint es notwendig, diese große Menge in übersichtliche Einheiten zu unterteilen. Ein weiterer Vorteil ist, dass dann auch aussagekräftigere Ergebnisse erzielt werden, weil man dann Stoffflüsse bestimmten Abfallgruppen („zweistellige“ und „dreistellige“ nach ÖNORM S 2100) zuordnen kann, die zeitliche Entwicklung einzelner Abfälle untersuchen und darstellen kann, und anderes mehr. Dieses System bietet die ÖNORM S 2100.

Wie groß sind die Massen der einzelnen Abfälle?

Um Stofffrachten zu errechnen, muss man die Konzentration des untersuchten Stoffes mit der Masse des entsprechenden Abfalls multiplizieren. Die Massen werden [Perz K., 2001] entnommen. Da sich die Konzentrationen auf die Trockensubstanz beziehen, die Massenangaben aber als Feuchtsubstanz angegeben sind, muss der Wasseranteil bekannt sein.

11

SCHWERMETALLFRACHTEN IM ÖSTERREICHISCHEN ABFALL

6

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Methode

6.1 Literaturrecherche 6.1.1

Allgemeines

Die Literaturrecherche stellte den größten Teil vom Arbeitsaufwand für diese Diplomarbeit dar. Ziel der Recherche war es, für möglichst viele Abfälle folgende Daten in wissenschaftlichen Veröffentlichungen zu finden: Abfall

Masse Feuchtsubstanz

Anteil der Trockensubstanz

Konzentrationen von Cd, Hg, Pb, Zn, Fe, Cu

Nr., Bezeichnung

[t/Jahr]

[%]

[mg/kg]

• Tabelle 1 Diese Daten werden bei der Literaturrecherche erhoben

6.2 Stoffflussanalyse Eine wichtige Methode in der Abfallwirtschaft ist die Stoffflussanalyse. In vielen Arbeiten, die im Laufe der Literaturrecherche untersucht worden sind, wurde sie verwendet. Deswegen werden hier Begriffe und Definitionen angegeben. [ÖNORM S 2096-2]

6.2.1

Vorbemerkung

Wirtschaften unter Marktbedingungen heißt, mit möglichst geringem Aufwand ein Maximum an Nutzen in Form von Gütern und Dienstleistungen hervorzubringen. Dabei sind die Gebote der Ressourcenschonung und des langfristigen Umweltschutzes zu berücksichtigen. Die Stoffflussanalyse (SFA) bietet die Möglichkeit Nutzen für die Umwelt mit ökonomischen Vorteilen zu verknüpfen. Nachhaltiges Wirtschaften hat nicht nur Vorteile für die Umwelt, sondern muss auch gleichzeitig ökonomische Vorteile für die Wirtschaft bringen. Die Methode der Stoffflussanalyse ist eine naturwissenschaftliche Grundlage zur Beschreibung, Bewertung und Gestaltung beliebig komplexer Systeme. Sie dient zur ökonomischen und ökologischen Optimierung von Betrieben, von Städten und Regionen. Der Vorteil der Stoffflussanalyse ist, dass ein komplexes System auf die für eine Aufgabenstellung relevanten Güter und Prozesse reduziert wird. Damit werden die Grundlagen geschaffen, um beispielsweise zielgerichtete Maßnahmen abzuleiten oder um Szenarien zur Optimierung zu vergleichen.

6.2.2

Begriffe und Definitionen

Die wichtigsten Begriffe und Definitionen dieser Methode werden in der Folge beschrieben. [ÖNORM S 2096-1]

12

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6.2.2.1

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Stoffflussanalyse (SFA); Stoffstromanalyse

Identifizierung und Quantifizierung aller relevanten Flüsse von Stoffen in einem zeitlich und räumlich exakt abgegrenzten System sowie Bilanzierung der Stoffe innerhalb dieses Systems. Das untersuchte System kann ein Einzelprozess oder eine Verknüpfung vieler Prozesse einschließlich der Unterprozesse sein. Die Stoffflussanalyse kann auch als eine Input-Output-Analyse - im internationalen Sprachgebrauch auch PIOT (physical input output tables) genannt - betrachtet werden. Die Input-Output-Analyse beschreibt die produktionsmäßigen Beziehungen zwischen den Teilbereichen der Wirtschaft und die Untersuchungen der wechselseitigen Zusammenhänge zwischen Inputs und Outputs. 6.2.2.2

Gut

Material, das aus einem oder mehreren Stoffen besteht und handelbar ist. Der Handelswert von Gütern kann je nach Betrachter sowohl positiv (z.B. Heizöl, Mineralwasser) als auch negativ (z.B. Restmüll, Abwasser) sein. In besonderen Fällen gibt es Güter, die keinen monetären Wert aufweisen, d.h. sie verhalten sich wertmäßig neutral. Beispiele dafür sind Luft, Kfz-Abgase oder Niederschlag. 6.2.2.3

Stoff

Material, das aus identischen Einzelteilen besteht und entweder ein chemisches Element (Einzelteil Atom, z.B. Natrium, Kohlenstoff oder Kupfer) oder eine chemische Verbindung in reiner Form (Einzelteil Molekül, z.B. NH3, CO2, Kupfersulfat) ist. Keine Stoffe sind z.B. Trinkwasser, da es nicht nur aus reinem Wasser besteht, sondern auch Kalzium und viele Spurenelemente, oder PVC, da es neben polymerisiertem Vinylchlorid auch Additive enthält. 6.2.2.4

Lager

Bestand von Gütern oder Stoffen innerhalb eines Prozesses. Beispiele für Lager sind: Der Bestand an Abfall im Bunker im Prozess Abfallverbrennungsanlage. Neu eingebrachter Restmüll ergibt einen Lageraufbau, die Verbrennung von Restmüll führt zu einem Lagerabbau. Der Bestand an Bauinfrastruktur (z.B. Gebäude). Neu erstellte Gebäudeteile ergeben einen Lageraufbau, der Abriss von Gebäudeteilen führt zu einem Lagerabbau. 6.2.2.5

System

Sammelbezeichnung für eine Menge von Prozessen (einschließlich Lager), die miteinander über Flüsse in Beziehung stehen und die Abgrenzung nach außen. Im Rahmen der Stoffflussanalyse bezeichnet man die Elemente eines Systems als Prozesse (einschließlich Lager) und Flüsse (Güter- Stoff- und Materialflüsse). Durch die

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Bezeichnung der Prozesse im System werden diejenigen Elemente, die nicht zum System gehören, ausgegrenzt und damit sind die Systemgrenzen definiert. Ein System kann z.B. ein Betrieb (z.B. Abfallverbrennungsanlage), eine Region (z.B. Kremstal), eine Nation (z.B. Österreich) oder auch ein Privathaushalt sein. In einem System ist jeder Fluss durch je einen zugehörigen Herkunfts- und Zielprozess eindeutig identifiziert. 6.2.2.6

Systemgrenze

Zeitliche und räumliche Abgrenzung des zu untersuchenden Systems. Als zeitliche Grenze wird meist ein Jahr gewählt. Die räumliche Abgrenzung erfolgt oft dreidimensional z.B. über politische, hydrologische oder betriebliche Grenzen. Materialflüsse in ein System hinein werden als Importe, solche aus einem System hinaus als Exporte bezeichnet. 6.2.2.7

Prozess

Vorgang der Umwandlung (biologisch, chemisch, physikalisch), des Transportes oder der Lagerung von Gütern oder Stoffen. Beispiele für Prozesse sind: Vorgänge in einer Anlage (z.B. Abfallverbrennungsanlage, Papierfabrik), Dienstleistungen (z.B. Abfallsammlung), Ablagerung von Abfällen (z.B. Deponierung). Die Vorgänge innerhalb eines Prozesses werden in der Regel nicht betrachtet, der Prozess wird oft als Black Box bezeichnet. Sollen Prozessvorgänge näher untersucht werden, kann der Prozess in mehrere Subprozesse untergliedert werden.

14

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7

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Vorgehen

7.1 Systemdefinition 7.1.1

Systemgrenzen

Die örtliche Systemgrenze wird durch das Bundesgebiet der Republik Österreich gebildet. Als zeitliche Systemgrenze wird ein Jahr verwendet. Für jeden Abfall wird angegeben, mit welcher Masse pro Jahr er in Österreich anfällt. Diese Massenangaben beziehen sich auf das Jahr 1999 und wurden aus [Perz K., 2001, Anhang I] entnommen. Die meisten Angaben zu Stoffkonzentrationen entstammen Werken aus den Achtziger- und Neunzigerjahren des zwanzigsten Jahrhunderts. Es wurde hier nicht genauer untersucht, wie sich diese Konzentrationen im Laufe der Jahre in den verschiedenen Abfällen ändern, jedoch wird angenommen, dass sich durch Änderungen im Konsumverhalten, neue Regelungen im Rechtsbereich, Veränderungen im Umweltbewusstsein der Wirtschaft, neue Technologien zur Produktherstellung und anderen Einflüssen die Konzentrationen der untersuchten Metalle in den Abfällen zeitlichen Veränderungen unterliegen. Daher kann der Fall eintreten, dass Angaben aus älteren Veröffentlichungen nicht mehr zeitgemäß sind. Je nach Maßgabe der oben genannten Einflüsse können Stoffkonzentrationen in bestimmten Gütern im Lauf der Zeit steigen oder fallen. Zum Beispiel in Autos waren noch vor Jahren keine elektronischen Bauteile vorhanden. Bis heute hat sich der Anteil von Elektronikbauteilen in Autos signifikant gesteigert. Man sollte dementsprechend bei Daten aus älteren Veröffentlichungen auch diese zeitliche Entwicklung immer berücksichtigen, dies ist aber schwierig, oft auch unmöglich.

15

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Filterstaub Export

MVA

Siedlungsabfälle

Schlacke, Filterstaub

Deponie

Siedlungsabfälle deponiert

Lager

Abfälle

Güter Export

Produktion und Konsum

Aufbereitere Abfälle

SSA

Separat gesammelte Abfälle Export

Dünger, Kompost

Boden

Güter Import

Landwirtschaftliche Produkte Lager Abwasser

ARA

Klärschlamm Gereinigtes Abwasser

Gewässer

Lager

Export Ungereinigtes Abwasser

Legende: Fluss

Prozess

Lager

MVA: Müllverbrennungsanlage SSA: Separatsammlung und Aufbereitung ARA: Abwasserreinigungsanlage

Lager

• Abbildung 1 System Abfallwirtschaft, Produktion und Konsum Österreich

7.1.2

Auswahl der Stoffe

Als Stoffe werden die Schwermetalle Cadmium, Quecksilber, Blei, Zink, Eisen und Kupfer betrachtet. 7.1.2.1

Begründung der Auswahl

Die Stoffe wurden deshalb ausgewählt, weil sie entweder eine Gefährdung für Mensch und Umwelt darstellen, es sich also um Schadstoffe handelt, oder als Sekundärrohstoffe verwendet werden, also einer Wiederverwertung zugeführt werden können. Der Wert der Stoffe kann also wirtschaftlich entweder positiv oder negativ sein.

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Stoff

Chem. Abk.

Bemerkung

Cadmium

Cd

Leicht flüchtiges Metall, Schadstoff- und Ressourcenpotential, giftig, für Batterien, Akkus und früher für PVC verwendet

Quecksilber

Hg

Bei Raumtemperatur flüssiges Metall, Schadstoff- und Ressourcenpotential, giftig, wichtig in der Medizin, in Leuchtstoffröhren verwendet

Blei

Pb

Metall, Schadstoff- und Ressourcenpotential, giftig, reichert sich im Körper an, möglicherweise Krebs erzeugend, wirkt schon in geringen Mengen als chronisches Gift, wird verwendet für Akkumulatoren und Kabelummantelungen

Zink

Zn

Metall, Schadstoff- und Ressourcenpotential, wichtiges Korrosionsschutzmittel, für Batterien verwendet, essentiell (muss mit der Nahrung aufgenommen werden

Eisen

Fe

Metall, Ressourcenpotential, als Metall häufig in Gebrauchsgütern essentiell, häufiges Element

Kupfer

Cu

Metall, Schadstoff- und Ressourcenpotential, essentiell, wichtig in der Elektrotechnik

• Tabelle 2 Auswahl der Güter, die in dieser Arbeit untersucht werden, mit Kurzbeschreibung

7.2 Eigenschaften der Stoffe 7.2.1

Allgemeines

Schwermetalle sind Metalle mit einer Dichte über 4,5 g/cm³. Dazu zählen unter anderem: Eisen, Blei, Quecksilber, Kupfer, Zink, Cadmium, Chrom, Mangan, Nickel, Zinn, Uran Plutonium und viele andere.

7.2.2

Gesundheitsgefährdung

Schwermetalle sind nicht abbaubar und können sich in der Nahrungskette anreichern (z.B. Quecksilber in Fischen, Cadmium in Wurzelgemüse und Innereien). Quelle: [Roempp, 1989] Blei wirkt schon in geringen Mengen als chronisches Gift. Es reichert sich im Körper des Menschen an und beeinträchtigt das Nervensystem. Besonders Kinder sind gefährdet. Es ist nicht auszuschließen, dass Blei Krebs erzeugen kann. Cadmium ist bereits in geringen Konzentrationen giftig. Es hat sich im Tierversuch als Krebs erzeugend erwiesen, ist Erbgut- und Frucht-schädigend. Quecksilber und seine Dämpfe wirken stark toxisch. Hg-Verbindungen schädigen das Zentralnervensystem. Meist gelangt Hg über die Nahrungskette in den menschlichen Organismus. Bei längerer Belastung kann es zu chronischen Vergiftungen kommen.

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Zink ist ein für Menschen, Tiere und Pflanzen lebensnotwendiges Spurenelement. Größere Mengen können die Gesundheit schädigen. Eisen ist ein für Pflanzen, Tiere und Menschen essentielles Element. Kupfer ist für Pflanzen, Tiere und Menschen essentiell. Die Inhalation von Cu-Dämpfen kann das so genannte Metall-Fieber verursachen.

7.2.3

Verwendung

Schwermetalle werden verwendet zur Metallveredelung (Chrom und Nickel für Stähle), für Batterien und Akkumulatoren (Blei, Nickel, Zink, Cadmium, Quecksilber). Quecksilber wird für Thermometer und Barometer, in Leuchtstoff- und Energiesparlampen, und in der Dentalmedizin zur Amalgam-Plombenherstellung eingesetzt. Cadmium wird bzw. wurde als Stabilisator in PVC verwendet, in Batterien und Akkus (viele Anwendungen von Cadmium sind heute nicht mehr gebräuchlich oder sogar verboten, aber das Cadmium aus früheren Verwendungen findet sich im heutigen Abfall wieder). Eisen ist in der Technik allgegenwärtig. Kupfer wird in der Elektrotechnik als elektrischer Leiter verwendet. Zink kommt als Korrosionsschutzmittel zur Anwendung. Genauere Angaben über Eigenschaften und Verwendung werden in den einzelnen Kapiteln gegeben.

7.3 Einteilung des Abfalls 7.3.1

Einteilung nach Schlüsselnummern

Um die Schwermetallfrachten im österreichischen Müll festzustellen, wird zuerst das gesamte Abfallaufkommen in Gruppen, Untergruppen und einzelne Abfälle eingeteilt. Die Einteilung folgt gemäß der ÖNORM S 2100. Diese ÖNORM teilt das Abfallaufkommen in Hauptgruppen ein. Jede dieser Hauptgruppen besitzt eine zweistellige Schlüsselnummer. Diese Hauptgruppen werden weiters in Gruppen unterteilt, welchen eine dreistellige Zahl zugeordnet ist, deren erste zwei Stellen mit der Hauptgruppe identisch sind. Diese Untergruppen enthalten die einzelnen Abfälle, die mit fünfstelligen Zahlen gekennzeichnet sind, wovon wieder die ersten drei der „dreistelligen“ dieser Untergruppe und die ersten zwei der Hauptgruppe entsprechen. Quelle: [ÖNORM S 2100] So gehört zum Beispiel der Abfall mit der fünfstelligen Nummer 35101 „Eisenhaltiger Staub ohne schädliche Beimengungen“ in die Gruppe „Eisen und Stahlabfälle“ mit der

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SCHWERMETALLFRACHTEN IM ÖSTERREICHISCHEN ABFALL

INSTITUT FÜR WASSERGÜTE UND ABFALLWIRTSCHAFT TU WIEN

dreistelligen Nummer 351 und in die Gruppe „Metallabfälle“ mit der zweistelligen Nummer 35. 35

Metallabfälle

351

Eisen- und Stahlabfälle

35101 Eisenhaltiger Staub ohne schädliche Beimengungen

7.4 Erhebung der Stofffrachten 7.4.1

Erhebung der Masse Feuchtsubstanz

In diesem Schritt werden die Massen der in Österreich anfallenden Abfälle, unterteilt in Abfallgruppen, gemäß ÖNORM S 2100, ermittelt. Als Quelle hierfür dient [Perz K., 2001]. In dieser Veröffentlichung werden für den österreichischen Abfall die Massen dargestellt. Aus dieser Veröffentlichung werden die Massen der anfallenden Abfälle erhoben. Hierfür wird als erstes die Feuchtmasse angegeben.

7.4.2

Vereinfachungen

Alle Massen, die kleiner als 10t angegeben sind oder nicht genau quantifiziert sind (z.B.: Mengenangabe mit „