ExDiox Dioxinentfernung aus FLUWA-Asche (Dioxinentfernung aus sauer gewaschener KVA-Filterasche)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 622.01.20

Schlüsselwörter (Deutsch)

Filterasche, Rauchgasreinigung, Dioxinentfernung, Russ, FLUWA, KVA, Flotation

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Um Filteraschen aus der Rauchgasreinigung der KVA auch künftig in Deponien des Typ D ablagern zu können, dürfen sie nicht mehr als 1 pg/ kg Filterasche an Furanen und Dioxinen enthalten (Abfallverordnung VVEA). Insbesondere beim Verfahren der sauren
Flugaschenwäsche (FLUWA), das in der Schweiz angewandt wird, liegen diese Werte durch die Aufkonzentration häufig darüber. Indem die Filterasche nochmals durch die KVA-Verbrennung geschleust wird, werden der grösste Teil der Dioxine zerstört. Beim Verfahren ReFire (UTF583.12.18) wird die gesamte Filterasche nochmals verbrannt. Das Verfahren ExDiox nutzt den Umstand, dass der grösste Teil des Dioxins an den Russpartikeln haftet. Diese Partikel können ausflottiert werden. Das entstehende Konzentrat beträgt nur noch 3-5% des Filteraschegewichts. Das bedeutet weniger Material, das anschliessend im Ofen der KVA wieder verbrannt werden muss. Dies benötigt entsprechend weniger Infrastruktur und Hilfsmittel. Die Flotationsanlage kann einfach in eine gängige FLUWA-Anlage integriert werden. Die Restfraktion kann deponiert werden. Ca. 80% des Dioxins und über 90% des Hg kann so entfernt werden. Das Verfahren wurde bereits 2005 in einem UTF-Projekt entwickelt (UTF 150.15.05) und sogar patentiert, aber wegen mangelnden gesetzlichen Vorgaben nicht mehr weiterverfolgt. In der Zwischenzeit wurden aber die gesetzlichen Anforderungen an Material, das deponiert werden soll, verschärft und mit der VVEA Grenzwerte für Dioxin/Furane und den Metallgehalt eingeführt. Um den KVA das Einhalten der Grenzwerte zu ermöglichen, sind verschiedene Lösungen für unterschiedliche Rahmenbedingungen nötig. ExDiox eignet sich insbesondere für KVA, die keine eigene FLUWA betreiben und ihre Filteraschen deshalb zur Behandlung an andere KVA weitergeben. Um den Wissensaustausch mit dem Projekt ReFire zu garantieren, wird vom BAFU eine Koordinationsgruppe mit Mitgliedern aus beiden Projekten ins Leben gerufen. Die Versuche werden zuerst auf einer Technikumsanlage (Durchsatz in der Grössenordnung von ca. 10 kg/ Stunde) durchgeführt. Das ermöglicht die verfahrenstechnische Auslegung der Demonstrationsanlage und die Festlegung der optimalen Betriebsparameter. Analoge Versuche finden anschliessend auf der Demonstrationsanlage (Durchsatz in der Grössenordnung von ca. 600 kg/ Stunde) statt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1 Laborversuche: Das Reagenzienregime ermöglicht eine Überführung von 70% der Dioxine aus der Filterasche in ein Konzentrat, das höchstens 7% der Filteraschenmasse umfasst.
Meilenstein 1
2 Technikumsversuche: Die Ergebnisse aus 3.1. sind unter Realbedingungen mit 10kg Extraktionsflüssigkeit aus der FLUWA der AVAG bestätigt. Die Auslegungsparamater der zu erstellenden Demonstrationsanlage sind bekannt (Anzahl Stufen, Durchsatz, Rücklaufinenge, Begasungsmenge etc.). Meilenstein 2
3 Die Demonstrationsanlage ist in den Vollstrom der FLUWA/ AVAG integriert. Die Ergebnisse aus
2 sind im 2-wöchigen Dauerbetrieb bestätigt. Auf der Technikumsanlage ist für mind. 3weitere mit FLUWA behandelten Flugaschen aufgezeigt, dass mit den gleichen Betriebsparametern die gleichen Ergebnisse erzielt werden können. Meilenstein 3
4 Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 3.1 bis 3.3 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.
5 Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien (genauere Angaben s. Beilage 3) für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
6 Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.

Projektziele (Deutsch)

Die in den Vollstrom der FLUWA integrierte Demonstrationsanlage produziert während 2-wöchigem Dauerbetrieb ein Konzentrat, das mindestens 70% der in der Filterasche vorliegenden Dioxine enthält und nicht mehr als 7% der ursprünglichen Filteraschenmasse umfasst. Das Ergebnis ist auf der Technikumsanlage mit "sauer gewaschenen Filteraschen" aus mind. 3 weiteren FLUWA-Anlagen verifiziert. Der Wissensaustausch mit dem Projekt ReFire findet statt.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Meilenstein 1

In Laborversuchen mit einer 1 l Flotationszelle wurden die Flotationsparameter und das Reagenzienregime soweit optimiert, dass eine Überführung von 71 % der Dioxine aus der Filterasche in ein Konzentrat, welches lediglich 4.9 % der Filteraschenmasse enthielt, erreicht wurde.

Meilenstein 2

Die Technikumsanlage erwies sich durch ihre Bauweise als für die Flotation von grobkörniger und schnell sedimentierender Filterasche schlecht geeignet. Hinzu kam, dass durch die COVID-19 Situation die Versuche mit der Technikumsanlage in der FLUWA bei der AVAG abgebrochen werden mussten. Daher wurden keine wirklich aussagekräftigen Resultate bezüglich Dioxin-Abreicherung erzielt. Aus Einzelversuchen mit etwa 30 l Extraktionssuspension war jedoch abzuleiten, dass das Verfahren auch in einem grösseren Massstab funktionieren wird. Weiter wurden für die Planung der Testanlage im industriellen Massstab (Demonstrationsanlage) wichtige Erkenntnisse gewonnen, sodass die Demonstrationsanlage dimensioniert werden konnte.

Meilenstein 3

Eine Demonstrationsanlage mit einem Nutzvolumen des Flotationsbehälters von rund 400 Liter wurde erfolgreich in den Vollstrom der FLUWA von AVAG in Thun integriert. Während gut 7 Monaten wurde die Demonstrationsanlage regelmässig betrieben und technisch optimiert. In den ersten Betriebsmonaten wurden viele prozesstechnischen Probleme gelöst und die Anlage optimiert. Schliesslich war die Flotationsanlage an 7 Tagen wenigstens 5.5 Stunden ohne Unterbruch in Betrieb. Mit kontinuierlichen Versuchen, in welchen die Flotationsanlage im Vollstrom integriert war, wurden die optimalen Flotationsparameter bestimmt. In diesen Versuchen wurden die Reagenziendosierung, der pH-Wert, Volumenstrom und die Luftzugabe optimiert. Mit Batchversuchen wurde schliesslich die nötige Flotationsdauer für die entsprechende Dioxinabreicherung ermittelt. Dabei zeigte sich, dass unabhängig von der Dioxinausgangskonzentration der Filterasche, die Dioxinkonzentration der Filterasche um rund 0.2 μg/kg TEQ pro 10 min Flotationszeit reduziert wird.

In weiteren Laborversuchen mit der 1 l Flotationszelle wurden Flugaschen aus 8 verschiedenen FLUWA flotiert. Die Versuche zeigten, dass die Zusammensetzung der Extraktionssuspension von Anlage zu Anlage stark variierte. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Unterschiede auf stark variierende Eigenschaften der verschiedenen Quenchwässer und Flugaschen zurück zu führen waren. Als Folge davon unterschieden sich auch die Ergebnisse der Flotation. Trotz grosser Unterschiede zwischen den Filteraschen wurde eine Reduktion der Dioxinkonzentration mittels Flotation bei allen beprobten Filteraschen erreicht. Die Unterschiede im ursprünglichen Dioxingehalt und die Reduktions-Bandbreite waren jedoch sehr gross. Die Reduktion des Dioxingehalts lag zwischen 18 %(KVA 2) und 75 %(KVA 3). Beobachtete Tendenz: je höher die Ausgangskonzentration von TEQ umso besser die Abreicherung. Die Flotation zur Dioxinentfernung von mit FLUWA behandelten Flugaschen unter den Grenzwert von 1 μg TEQ pro kg FA eignet sich ausgezeichnet.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Mit gewaschener KVA-Filterasche der AVAG Thun wurde aufgezeigt, dass das ExDiox-Verfahren auch im industriellen Massstab funktioniert. Die erzielten Resultate und gewonnenen Erfahrungen dienen als zukünftige Grundlage für die Umsetzung einer industriellen, automatisierten Anlage. Die Versuche im industriellen Massstab beschränkten sich auf mit FLUWA behandelte Filteraschen der AVAG. Diese bestanden nicht nur aus FA der KVA Thun, sondern es wurde auch Fremdasche verarbeitet. Laborversuche mit Filteraschen aus anderen FLUWAs ergaben, dass das Verfahren auch dort funktionieren würde. Die unterschiedlichen Zusammensetzungen der Extraktionssuspensionen dieser FLUWAs deuten jedoch darauf hin, dass eine industrielle Flotationsanlage anlagenspezifisch optimiert werden muss und insbesondere auf den Feststoffgehalt der Suspension angepasst werden muss.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Da die Ausrüstung einer FLUWA mit dem ExDiox-Verfahren mit ca. CHF 50 pro Tonne Filterasche sehr kostengünstig ist, besteht die Möglichkeit, dass auch Anlagen, deren Dioxinkonzentrationen in den Filteraschen unterhalb des Grenzwertes liegen, die Dioxinentfernung freiwillig vornehmen. Um die für die FLUWAs erforderliche Säuremenge in Zukunft bereitzustellen, erwägen einige KVA die massvolle Zudosierung von nicht stofflich verwertbaren, PVC-haltigen Kunststoffabfällen in die KVA zur Steigerung der Säureproduktion in der nassen Abgasreinigung. Dieser zusätzliche Chloreintrag kann, muss aber nicht, zu erhöhten Dioxinwerten in der Filterasche führen. Sollte dies der Fall sein, würde das ExDiox-Verfahren eine einfache Möglichkeit bieten, allfällig erhöhte Dioxinkonzentrationen in den Filteraschen wieder zu reduzieren.