Qualitätssicherung von Recycling-Baustoffen

Hintergrund

Zur Erfüllung der Grundsätze der Kreislaufwirtschaft ist für die Bauwirtschaft von be-sonderer Bedeutung, dass zum einen schadstoffhaltige Abfälle sicher erkannt und be-seitigt und zum anderen verwertbare Materialien möglichst quantitativ und qualitativ hochwertig verwertet werden. Für den mengenmäßig relevantesten mineralischen Abfall, den Bauabfall, galt bisher als Vorgabe für die schadlose Verwertung derartiger Abfälle die LAGA-Mitteilung 20 "Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Abfällen" (Stand: 06.11.1997). Diese entspricht aufgrund der veränderten rechtlichen Rahmenbedingun-gen im Abfallrecht (KrW-/AbfG) und im Bodenschutzrecht (BBodSchG, BBodSchV) nicht mehr der aktuellen Rechtslage, was durch das Urteil des Bundesverwaltungsge-richtes vom 14.04.2005 zur Verfüllung einer Tongrube bestätigt wurde. Die Verwertungswege mineralischer Abfälle sind an die Erfüllung definierter Zuord-nungskriterien gebunden, die sich zum einen auf die Gesamtgehalte und zum anderen auf die wässrige Elution chemischer Elemente und Verbindungen beziehen. Die in den Untersuchungen ermittelten Werte insbesondere für die Parameter

Sulfat im Eluat und
Gesamtgehalt an Polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK)

sind im Hinblick auf die Verwertung von aufbereitetem Bauschutt (RC-Baustoff) kritisch zu betrachten.

Schwankungen bei den genannten Parametern dürften zumindest teilweise auf die Art der Probenahme und den Umfang der Probenmasse in Relation zur Grundgesamtheit zurückzuführen sein. Auch ist davon auszugehen, dass die Gewichtsanteile der einzelnen Teilfraktionen

Asphalt
Klinker, Ziegel und Steinzeug
Kalksandstein und Putz
Leichtbaustoffe
Mineralsteine und Beton sowie die
Feinkornfraktion

einen erheblichen Einfluss auf die ermittelten Werte haben.

In den Jahren 2007 und 2008 wurden daher zwei Untersuchungsvorhaben beauftragt, um Möglichkeiten einer verbesserten Probenahme bei noch leistbarem Aufwand zu prüfen.

I. Sortieranalysen

Da sich die Vorschaltung von Sortieranalysen vor die chemische Analytik des Abfalls bei der Qualitätssicherung von Ersatzbrennstoffen als sehr hilfreich für die Beurteilung der Materialqualitäten erwiesen hat, wurde durch das Ministerium für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume (MLUR) des Landes Schleswig-Holstein eine Testreihe zur Untersuchung mineralischer Abfälle unter Einbeziehung von Sortieranalysen beauftragt, um zu prüfen, inwieweit die Problematik mit diesem Ansatz zu lösen ist.

Zielsetzung

Zielsetzung der geplanten Untersuchung war es, Möglichkeiten für eine aussagesichere Qualitätssicherung von RC-Baustoffen zu ermitteln. Dabei sollten die folgenden Frage-stellungen beantwortet werden:

Können die Parameter Sulfat im Eluat und PAK-Gesamtgehalt durch geeignete Probenahme und vorgeschaltete Sortieranalysen aussagesicherer bestimmt werden.
Können die ermittelten Werte mit dem Gesamtgehalt von Teilfraktionen im Abfall korreliert werden?
Ist das zurzeit praktizierte Verfahren bei Probenahme, Probenvorbereitung und Analytik aus mineralischen Abfällen zielführend?
Wie sollten die Aspekte modifiziert werden?
Wie könnte eine aussagesichere Bestimmung der betrachteten Parameter für mine-ralische Abfälle zukünftig aussehen und welcher Aufwand ist dafür erforderlich?

Grundlagen

RC-Baustoffe bestehen üblicherweise aus einem Korngemisch, dass durch das Bre-chen mineralischer Bauabfälle entsteht. Je nach Nachfragesituation werden seitens der Aufbereiter verschiedene Siebschnitte eingesetzt. Typische Recyclingbaustoffqualitäten sind 0/32, 0/45 oder auch 32/63.
RC-Baustoffe müssen für den Einsatz im Straßenbau folgenden seitens des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen definierten Anforderungen an die stoffliche Zusammensetzung (> 4 mm) genügen.

Für die analytische Untersuchung des Materials gilt grundsätzlich (LAGA M 20 Teil III "Probenahme und Analytik", Stand 2004), dass das Material in der Kornverteilung zu untersuchen ist, in der es verwertet werden soll. In der Praxis der Labore findet jedoch vielfach eine Vorzerkleinerung des Materials statt, um den apparativen Aufwand zu begrenzen.

Vorgehensweise

Für die Untersuchungen wurden durch das MLUR drei typische, über das Land verteilte Aufbereitungsanlagen ausgewählt, bei denen im Zeitraum Oktober bis Dezember 2007die folgende Vorgehensweise beispielhaft erprobt wurde.

Es wurden jeweils vier Einzelproben der verschiedenen Qualitäten untersucht. Sofern Anlagen verschiedene Korngrößen produzieren, wurden die anfallenden Körnungen separat beprobt. Bei den Probenahmen wurde darauf geachtet, Mischproben aus mindestens zehn Einzelproben zu gewinnen, die über einen längeren Zeitraum aus dem fallenden Strom entnommen wurden. Die Dauer der Probenahmen lag zwischen einer und zwei Stunden.
Die auf den Anlagen gezogenen Mischproben wurden ins Sortierkontor verbracht, auf 4 mm abgesiebt, in der Sortieranalyse in die Fraktionen

Asphalt
Klinker, Ziegel, Steinzeug
Kalksandstein, Putz
Leichtbaustoffe
Fremdstoffe
Feinkorn < 4 mm

getrennt. Für die Fraktionen > 4 mm wurden für jede Mischprobe Stückmassenverteilungen erstellt und die Massengehalte der Fraktionen bestimmt. Das bei der Sortierung anfallende Unterkorn < 4 mm wurde dem Feinanteil zugeschlagen.
Aus den in der Sortierung anfallenden Fraktionen wurden Sammelproben für die chemische Analytik sowie für die fraktionsspezifische Erarbeitung von Sieblinien gebildet. Zur Absicherung bzw. Plausibilitätskontrolle der chemisch analytischen Untersuchungen auf PAK wurden Teilmengen identischer Mischproben in zwei parallel arbeitende Labore gegeben. Darüber hinaus wurden für Sulfat neben den Eluaten auch die Gesamtgehalte ermittelt und für PAK nicht nur die Gehalte in den Eluaten, sondern auch die Gesamtgehalte ermittelt.

Fazit

Durch eine vorgeschaltete Sortieranalyse ist es möglich, die Massengehalte der Teilfraktionen zu bestimmen. Dies ist jedoch mit sehr hohem Aufwand verbunden, der in der täglichen Praxis nicht realisierbar ist. Die Ergebnisse der chemischen Analytik sind nicht aussagesicher und reproduzierbar genug, um eine derartige Vorgehensweise zu rechtfertigen.
Da das Feinkorn nicht nur die wesentliche Quelle vieler Parameter darstellt sondern den Gesamtgehalt für die untersuchten Parameter relativ gut widerspiegelt, wurde ein Vor-schlag erarbeitet, der von einer Probenahme vom Band ausgeht und sich bei der Unter-suchung auf das Feinkorn < 4 mm zu beschränkt.
Mit dem Vorschlag, wie eine aussagekräftigere Probenahme zur chemischen Analytik von RC-Baustoffen aussehen könnte, endet die Studie. Der gesamte Untersuchungsumfang und die Ergebnisse sind in der Studie "Sortieranalysen zur Qualitätssicherung von RC-Baustoffen" dargestellt.

II. Vergleichende Probenahmen

Das zweite Untersuchungsvorhaben diente der Umsetzung des Vorschlages aus dem Vorprojekt. Gegenstand der Untersuchungen waren Ziegelmischgranulate. Um eine Beurteilung der Leistungsfähigkeit der neuen Vorschlags zur Probenahme zu ermöglichen, wurden parallel zu den Probenahmen vom Band "normale" Probenahmen aus dem Haufwerk nach den Vorgaben der Gütesicherung von Mineralstoffen im Straßenbau vorgenommen. Es wurden jeweils drei unabhängige Proben genommen, um die Schwankungsbreite der Ergebnisse bestimmen zu können. Mit den Probenahmen dieser Untersuchungsreihe wurde ein nach RAP-Stra zugelassenes Prüflabor beauftragt.
In die Untersuchungen wurden neben bereits im Vorprojekt beprobten drei weitere, größere Anlagen einbezogen. An diesen drei Anlagen fand eine weitere Probenahme im Abstand von einem Monat statt. Die Untersuchungen wurden im Zeitraum von Septem-ber bis November 2008 durchgeführt. Für die insgesamt ca. 80 Proben wurden die Parameter Sulfat und PAK im Feststoff und im Eluat bestimmt. Bei der Elution wurden neben dem bisher gebräuchlichen Elutionsverfahren nach DIN EN 12457-4 (ehemals DEV S4) auch die Elutionen nach DIN 19528 (1:2-Eluat) und DIN 19529 (Säulenelutiuon) angewandt.

Ergebnisse

Das Ausmaß der Streuung der Analysenergebnisse ist für die einzelnen untersuchten Parameter erwartungsgemäß unterschiedlich. Sie ist sehr gering bei der Bestimmung der Trockenmasse, schon deutlich höher bei der Bestimmung der Leitfähigkeit und der Sulfatgehalte im Feststoff und nimmt dann von der Sulfatbestimmung im Eluat bis zur PAK-Bestimmung im Eluat stark zu.

Weder die Probenahme vom Band noch die Untersuchung der abgetrennten und als homogener eingeschätzten Feinfraktion < 4 mm zeigt Vorteile gegenüber der üblichen Haufwerksbeprobung. Eine signifikante Verringerung der Streuung der Analysenergebnisse wird nicht beobachtet.
Auch der Einfluss der unterschiedlichen Elutionsverfahren auf die Streuung der Analysenergebnisse ist gering. Vorteile durch die Elution nach den neuen Normen DIN 19528 und DIN 19529 konnten nicht ermittelt werden. RC-Baustoffe mit höheren Anteilen PAK-haltigen Materials im Feststoff sind auch bei allen Elutionsverfahren auffällig.

Die aus anderen Untersuchungen bekannte fehlende Korrelation zwischen PAK-Gehalten im Feststoff und im Eluat wird auch in dieser Untersuchung beobachtet. Sie gilt aber auch für die Ergebnisse der verschiedenen Elutionsverfahren untereinander.

Fazit

In dieser Untersuchungsreihe wurden die Schwankungsbreiten von Analysenergebnissen in Abhängigkeit von der Art der Probenahme ermittelt. Eine Ursache für diese Schwankungen ist der Vorgang der Probenverjüngung, d.h. die Reduktion der Feldprobe über die Laborprobe bis hin zur einzelnen Analysenprobe.

Indizien dafür sind

die festgestellten Unterschiede in der makroskopischen Zusammensetzung,
das unsystematische Auftreten höherer PAK-Gehalte in einzelnen Analysenproben und

große Schwankungen bei der Paralleluntersuchung mehrerer Teilproben.

Die Betreiber von Aufbereitungsanlagen können hohe PAK-Gehalte im RC-Baustoff vermeiden, indem sie die Eingangskontrolle konsequent betreiben und PAK-Träger wie Brandschutt, Schornsteinabbrüche oder Mauerwerk mit Isolieranstrichen von der Aufbereitung ausschließen.
Die Ergebnisse der vergleichenden Probenahme sind in der Datei Probenahme RC-Baustoffe zusammengefasst.

Weitere Informationen:

Sortieranalysen zur Qualitätssicherung von RC-Baustoffen (PDF, 1 MB, Datei ist nicht barrierefrei)