Schnellanalytik zur Beurteilung der Verwertbarkeit von Bauabfällen - ein wichtiger Beitrag zur Kreislaufwirtschaft im Bauwesen

Aktenzeichen 09184/01
Zusammenfassung / Abstract: Dateigröße: 0.06 MB | Zuletzt geändert: 11.08.2009
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Projektträger: A. Frauenrath Recycling GmbH & Co. KG
Industriestr. 50
52525 Heinsberg
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Telefon: 02452/189-0
Internet: -
Bundesland: Nordrhein-Westfalen
Beschreibung:
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bauabfälle entstehen bei Bau- und Abrissmaßnahmen im Hoch- und Tiefbau. Nahezu die Hälfte der Abfallgesamtmenge, die in der Bundesrepublik alljährlich anfällt entstammt dem Bereich der Bauabfälle. Diese Bauabfälle sollen im Sinne des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes nicht deponiert, sondern als Recyclingbaustoffe wiederverwendet werden. Dabei bestehen für diese Stoffe die gleichen bautechnischen Anforderungen wie für Primärbaustoffe. Zusätzlich ist die Umweltverträglichkeit nachzuweisen. In diesem Zusammenhang ist es Ziel dieses Vorhabens, eine Schnellanalytik zu entwickeln, mit deren Hilfe bereits vor Ort entschieden werden kann, in welchem Maße ein Sekundärbaustoff kontaminiert ist. Dabei ist eine Einteilung in die Zuordnungswerte der Technischen Regeln Bauschutt nach LAGA bereits vor Ort angestrebt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Durchführung der Untersuchungen erfolgte in zwei Phasen. In der ersten Phase wurden, nach einer Literaturrecherche, Methoden ausgewählt, die den Kriterien einer Schnellanalytik entsprechen und bereits Anwendung in anderen Bereichen der Analytik finden. Im Labor wurden diese Methoden auf Ihre Anwendbarkeit auf Bauabfälle, insbesondere Bauschutt, untersucht. Der Parametersatz ergab sich dabei aus den in den LAGA - Technischen Regeln Bauschutt - geforderten Analysen für nicht aufbereiteten Bauschutt aus Eluaten und Feststoffen. Erprobt wurde die Schnellelution mittels Ultraschallbad im Vergleich zum DEV-S4 Verfahren. Aus diesen Eluaten wurden die Parameter, pH-Wert, Leitfähigkeit, Chlorid, Sulfat, Phenolindex und Kupfer mittels Küvettenschnelltests und zum Vergleich mit DIN-Methoden, bestimmt. Für den Parameter PAK wurde die Methode der Schnellextraktion im Ultraschallbad erprobt und optimiert. Zur Schnellanalyse der PAKs sind immunochemische Schnelltests und die Methode der Dünnschichtchromatographie, wie sie zur Bestimmung der PAKs aus Trinkwasser nach TVO bekannt ist, untersucht worden. Als Referenzmethode diente die HPLC mit vorgeschalteter Soxhlet-Extraktion. Nach Prüfung der Anwendbarkeit dieser Methoden auf die Untersuchung von Bauschutt, wurden die Methoden optimiert. In der zweiten Phase fanden die Schnellmethoden erste Anwendung vor Ort, auf mehreren Baustellen und einer Recyclinganlage. Zu diesem Zweck wurde ein Laborcontainer mit den zur Durchführung der Vor-Ort-Analytik benötigten Materialien ausgestattet und jeweils per Tieflader versetzt.


Ergebnisse und Diskussion

Die erste Phase der Untersuchungen fand im Labormaßstab statt. Zunächst fand ein Vergleich zwischen dem standardisierten DEV-S4 Verfahren und der Elution im Ultraschallbad statt. Hierbei fand die stärkere Zerkleinerung des Probematerials im Ultraschallbad ebenso Berücksichtigung, wie auch der Einfluss unterschiedlicher Korngrößen auf das Ergebnis der Elution. Beim Verfahren der Schnellelution war die Behandlungsdauer ein entscheidender Faktor. Eine Behandlungsdauer von 20 Minuten erwies sich als optimal. Gegenüber dem DEV-S4 Elutionsverfahren zeigten die aus den Schnelleluaten bestimmten Parameter leichte Minderbefunde. Die bis hierher mittels DIN-Analytik bestimmten Parameter sollten im fol-genden durch leichter, auch von angelerntem Personal, durchführbare Analysenmethoden ersetzt wer-den. Hierzu wurden die bereits aus der Wasser- und Abwasseranalytik bekannten Küvettenschnelltests für die Parameter Chlorid, Sulfat, Phenol und Kupfer eingesetzt. Im Vergleich zur DIN-Analytik zeigten die aus den Schnelleluaten mittels Küvettenschnelltest bestimmten Parameter leichte Minderbefunde. Für die Parameter Chlorid und Sulfat können die Ergebnisse dieser Untersuchungen als vertretbar angesehen werden, da es sich bei der Schnellbestimmung von Bauabfällen um ein Verfahren mit Anspruch auf semiquantitative Ergebnisse handelt. In der zweiten Phase, den Vor-Ort-Untersuchungen, bestätigte sich das Ergebnis. Ungeeignet scheint die Methode zur Zeit noch für die Parameter Kupfer und Phenol, bestimmt als Phenolindex. Die Ergebnisse wiesen in bezug auf diese Parameter starke Minder- bzw. Mehrbefunde im Vergleich zur DIN-Analytik auf. Die ultraschallunterstützte Schnellelution und die Schnellanalytik mittels Küvettentests kann jedoch generell als praktikabel für den Vor-Ort-Einsatz angesehen werden, auch wenn noch weiterer Optimierungsbedarf bis zur Erzielung der Marktreife besteht.

Ein weiterer wichtiger Parameter zur Beurteilung der Wiederverwertbarkeit von Bauabfällen ist der Parameter PAKs. Auch hier galt es geeignete Methoden zur Vor-Ort-Anwendung zu untersuchen. Als Referenzverfahren diente die HPLC mit vorgeschalteter Soxhlet-Extraktion. Auf bestehende Verfahren konnte nach eingehender Literaturrecherche nicht oder nur bedingt zurückgegriffen werden, da die Verfahren hinsichtlich der Genauigkeit, der einfachen Handhabung, des Zeitaufwandes und der Kosten den Anfor-derungen einer Schnellanalytik nicht genügten. Die dünnschichtchromatographische Bestimmung der PAKs entsprechend der TVO erwies sich nach Adaption als geeignete Methode. Mittels realer und so-genannter synthetischer Proben mit teilweise problematischer Matrix wurde das Verfahren untersucht. Zur Unterdrückung der Matrixeffekte wurden die Ergebnisse verschiedener Extraktionsmittel (n-Hexan, Toluol, Acetonitril, Aceton und Methanol) miteinander verglichen. Die Verwendung von Aceton ermög-lichte eine geringfügig höhere Extraktionsausbeute, jedoch ließen sich bei der Vor- Ort- Anwendung In-terferenzen der Signale nicht ausschließen. Zur Schnellextraktion der PAKs aus Bauabfallproben konnte auf ein Ultraschallbad nicht verzichtet werden. Dies ergab eine Untersuchung unterschiedlicher Extrakti-onszeiten sowohl im Ultraschallbad, als auch durch Schütteln per Hand. Zur chromatographischen Trennung eigneten sich Aluminiumoxid beschichtete DC-Platten mit einem Laufmittelgemisch aus n-Hexan/Toluol (9+1). HPTLC-Fertigplatten, deren chromatographisches Trennprinzip auf der Bildung von Charge-Transfer-Komplexen beruht, erwiesen sich für diese Anwendung als ungeeignet. Anhand realer Extrakte wurde im Labor somit ein Verfahren erarbeitet, welches einerseits eine Trennung von PAKs von zum Teil stark störenden Begleitsubstande ermöglichte und andererseits mit einem Zeitaufwand von ca. 30 Minuten die an ein Schnellverfahren gestellten Anforderungen weitgehend erfüllt. Es besteht jedoch nach wie vor noch erheblicher Forschungsbedarf hinsichtlich der Chromatographie wie auch der Entfernung von Störstoffen, die die semiquantitative Auswertung der Chromatogramme behindern.
Das ebenfalls eingesetzte immunochemische Verfahren konnte nicht eindeutig auf seine Eignung für die Analyse von Bauabfällen beurteilt werden. Die Abschätzung der Kontaminationsbereiche erwies sich als schwierig. Hinsichtlich des Kosten- und Zeitaufwandes je durchzuführender Analyse erfüllte die Methode die gestellten Vorgaben.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Vorstellung des Projektes als Poster und Informationsblatt auf der IFAT `99 in München


Fazit

Die in diesem Projekt untersuchten schnellanalytischen Methoden zur Vor-Ort-Analytik von Bauschutt konnten noch nicht abschließend zur Marktreife geführt werden. Es besteht noch weiterer Forschungsbedarf, um mit den zum Teil hier bereits erfolgreich eingesetzten semiquantitativen Verfahren, reproduzierbare und validierbare Aussagen bezüglich einer Eingruppierung gemäss den Zuordnungswerten Z0 bis Z5 nach LAGA treffen zu können.

Förderzeitraum: 01.07.1997 - 31.08.2001 (4 Jahre und 2 Monate)
Fördersumme: 207.584,50
Förderbereich: I.2.2
Themengebiet: Umwelttechnik
Stichworte: Umweltforschung, Landnutzung, Klimaschutz, Umwelttechnik, Ressourcenschonung
Publikationen:
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