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Recycling, Techniken der Abfallwirtschaft und Emissionsminderung

Ein Kompendium von Aufgaben und Lösungen aus dem Modul Betrieblicher Arbeits- und Umweltschutz

Ausarbeitung 2007 26 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Symbolverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Modul Betrieblicher Arbeits- und Umweltschutz
1.1 Emissionsminderung
1.1.1 Teil A: Luft und Luftreinhaltung
1.1.1.1 Aufgabe 1 (Entstaubung)
1.1.1.2 Aufgabe 2 (Messtechnik)
1.1.2 Teil B: Industriewasser – Thema: Spültechnik
1.1.2.1 Aufgabe 3 (Wasserrecht)
1.1.2.2 Aufgabe
1.2 Lösungen
1.2.1 Teil A: Luft und Luftreinhaltung
1.2.1.1 Lösung Aufgabe 1 (Entstaubung)
1.2.1.2 Lösung Aufgabe 2 (Messtechnik)
1.2.2 Teil B: Industrieabwasser – Thema Spültechnik
1.2.2.1 Lösung Aufgabe 3 (Wasserrecht)
1.2.2.2 Lösung Aufgabe 4
1.3 Recycling und Techniken der Abfallwirtschaft
1.3.1 Teil A Techniken der Abfallwirtschaft
1.3.1.1 Aufgabe 1
1.3.1.2 Aufgabe 2
1.3.1.3 Aufgabe 3
1.3.2 Teil B: Recycling / Stoffliche Abfallverwertung
1.3.2.1 Aufgabe 4
1.3.2.2 Aufgabe 5
1.3.2.3 Aufgabe 6
1.4 Lösungen1
1.4.1 Teil A: Techniken der Abfallwirtschaft
1.4.1.1 Lösung Aufgabe 1
1.4.1.2 Lösung Aufgabe 2
1.4.1.3 Lösung Aufgabe 3
1.4.2 Teil B: Recycling / Stoffliche Abfallverwertung
1.4.2.1 Lösung Aufgabe 4
1.4.2.2 Lösung Aufgabe 5
1.4.2.3 Lösung Aufgabe 6

3 Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Schematische Darstellung eines Zyklons

Abbildung 2 Blockschaltbild mit den Verfahrensschritten der Abwasserbehandlung.

Abbildung 2 Baugruppen eines Haarföns

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Gegenüberstellung der Genehmigungswerte mit der Abwasserverordnung

Tabelle 2 Abwasserarten und –inhaltsstoffe der einzelnen Verfahrensschritte

Tabelle 3 Chemikalien und Abwasserteilströme nach Behandlungsschritten

1 Modul Betrieblicher Arbeits- und Umweltschutz

1.1 Emissionsminderung

1.1.1 Teil A: Luft und Luftreinhaltung

1.1.1.1 Aufgabe 1 (Entstaubung)

Die Entstaubung von Abgasen kann mittels unterschiedlicher Abscheideverfahren erfolgen.

a) Welche wichtigen Staubabscheideverfahren sind Ihnen bekannt, wo liegen ihre hauptsächlichen Unterschiede?
b) Weitverbreitet, weil preiswert, sind Zyklone. Erläutern Sie anhand einer Skizze, welche konstruktiven Maßnahmen ergriffen werden können, um feinere Staupartikel abzuscheiden. Warum lassen sich noch feinere Staubpartikel nicht mehr im Zyklon abtrennen?
c) In der Regel werden mehr als 99% der staubförmigen Emissionen im Staubabscheider abgeschieden. Folgt daraus, dass die gesundheitliche Beeinträchtigung durch den emittierten Reststaub verglichen mit dem Gesamtstaub nur noch maximal 1% beträgt? Begründen Sie die Antwort.

1.1.1.2 Aufgabe 2 (Messtechnik)

Welche wesentlichen Unterschiede existieren zwischen der Messung von Kohlenwasserstoffen und der Messung von Ozon, Schwefeldioxid oder Kohlendioxid?

1.1.2 Teil B: Industriewasser – Thema: Spültechnik

1.1.2.1 Aufgabe 3 (Wasserrecht)

a) Die Behörde setzt im Genehmigungsbescheid folgende Überwachungswerte im Endkontrollbecken der Abwasserbehandlungsanlage fest:

- Cu 0,5 mg/l
- Ni 0,5 mg/l
- Crges 0,1 mg/l
- Leicht freisetzbare Cyanide 0,2 mg/l
- AOX 1 mg/l
- N aus NH4+ 50 mg/l
- Al 3 mg/l

Wie würden Sie als Beauftragter / Berater des Unternehmens auf diesen Bescheid reagieren? Begründen Sie Ihre Ansicht!

b) Begründen Sie, ob Sie folgende Aussagen für richtig, teilrichtig oder falsch halten:

- Der §7a WHG definiert den Stand der Technik
- Die Abwasserverordnung beschreibt ein für alle Industriebetriebe einheitliches Stand-der-Technik-Niveau!
- Die Genehmigungsbehörde prüft die Richtigkeit der vorgesehenen Abwasserbehandlungstechnik!
- Auch Altanlagen müssen den Stand der Technik erfüllen, koste es, was es wolle!

1.1.2.2 Aufgabe 4

Ein Betrieb arbeitet mit folgendem Fertigungsspektrum:

- Umformen

- Vernickeln, bestehend aus:

- Entfetten
- Beizen
- Elektrolytisch Entrosten
- Aktivieren
- Vernickeln

a) Welche Abwasserarten und –inhaltsstoffe erwarten Sie?
b) Zeichnen Sie ein Blockschaltbild mit den Verfahrensschritten der dafür benötigten Abwasserbehandlung auf und geben Sie beim jeweiligen Verfahrensschritt an, welche Chemikalien eingesetzt werden und welche Abwasserteilströme dem jeweiligen Behandlungsschritt zugeführt werden!

1.2 Lösungen

1.2.1 Teil A: Luft und Luftreinhaltung

1.2.1.1 Lösung Aufgabe 1 (Entstaubung)
1.2.1.1.1 Lösung Teilaufgabe a

Die wichtigsten Staubabscheideverfahren sind wie folgt:

- Massenkraftentsaubung:

Die Massenkraftentstaubung wird zur Entstaubung von Abgasströmen mit Staubpartikeln von einer Größe mit mehr als 5µm eingesetzt. Schwerkräfte, Trägheitskräfte oder Fliehkräfte (massenproportionale Kräfte) bewirken dabei die Abscheidung der Teilchen aus dem Gasstrom.

Es gibt verschiedene Massenkraftabscheider:

- Schwerkraftabscheider (z.B. Absetzkammer)
- Trägheitskraftabscheider (Absetzkammern mit Einbauten zur Umlenkung des Gasstromes).
- Fliehkraftabscheider (z.B. Zyklone)
- Nassentstaubung:

Durch die Nassentstaubung können Staubpartikel mit einem Durchmesser von größer als ca. 0,1 µm abgeschieden werden. Dabei werden sehr feine Flüssigkeitstropfen im Abgasstrom verteilt. Durch Anlagerung der Staubteilchen an die Oberfläche der Flüssigkeitstropfen vergrößert sich die Masse der Staubpartikel. Die mit Staub beladenen Flüssigkeitströpfchen werden anschließend durch Schwer- oder Fliehkräfte (z.B. mit Hilfe von Massenkraftabscheidern) abgetrennt. Man unterscheidet:

- Waschturm
- Strahlwäscher
- Wirbelwäscher
- Rotationswäscher
- Venturiwäscher
- Elektrische Entstaubung:

Bei diesem Verfahren werden auch sehr kleine Staubteilchen mit einem Durchmesser von größer als 0,01 µm unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes abgeschieden. Im Wesentlichen unterscheidet man zwei Bauformen:

- Rohrelektrofilter
- Plattenelektrofilter

- Filternde Entstaubung:

Die filternde Abscheidung gehört mit einem Marktanteil von ca. 50% zu den gebräuchlichsten Methoden. Die filternde Entstaubung realisiert die Abscheidung von Stäuben mit einem Partikeldurchmesser von 0,01 µm und zum Teil auch darunter. Bestimmend für die Abscheidung sind Trägheits- und Diffusionskräfte, welche die Teilchen in Richtung der Filteroberfläche transportieren und anlagern. Filternde Abscheider sind Trockenabscheider. Man unterscheidet:

- Schüttschichtfilter
- Faserschichtfilter (Kerzen, Schläuche oder Tücher das Filtermedium besteht aus Faserschichten z.B. aus Gewebe, Vliese, Nadelfilze, Wolle, Polyamid, Polypropylen, Glas, Mineralwolle etc.)

Prinzipielle Unterschiede sind dabei:

- Massenkraft- /Nass- und Elektroentstaubung = Querstromfiltration (Abscheidung des Staubs quer zur Luftströmungsrichtung) ↔ Filter = Hauptstromfiltration (Staub und Luft werden bei der Abscheidung in dieselbe Richtung geführt).
- Filtercharakteristik: Querstromverfahren = kontinuierliche Bedingungen mit geringer Änderung während des Betriebs; Hauptstromfiltration = diskontinuierliche Bedingungen: Zu Beginn hoher Luftdurchsatz mit relativ schlechtem Abscheidevermögen für Partikel geringer Größe, anschließend Aufbau einer Sekundärfilterschicht durch das abgeschiedene Material, die zu einem verringerten Luftdurchsatz führt bei höherer Abscheidequalität (kleiner Partikel).
- Unterscheidung nach Abscheidegrenzen: Massenkraft für Staubteilchen mit d > 5µm; Nassentstaubung bis d > 0,1µm; Elektrofilter für d > 0,01µm und Filter bis d um 0,01 µm.
- Die Nassentstaubung hat den Vorteil, dass gleichzeitig zur Staubabscheidung eine Schadgasadsorption oder Gaskühlung erreicht werden kann.

1.2.1.1.2 Lösung Teilaufgabe b

Abscheidung kleiner Staubpartikel = Herabsetzen der Grenzkorngröße.

Es gilt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Skizze:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Je schmaler und höher der Zyklon gebaut ist, desto besser ist sein Abscheidevermögen (siehe Skizze).

Durch einen solchen Zyklon lassen sich dann feine Staubpartikel abscheiden (Hochleistungszyklone).

Abbildung1Schematische Darstellung eines Zyklons.[1]

Damit wird die Grenzkorngröße umso kleiner und damit die Abscheidung kleinerer Partikel möglich, je kleiner der Durchmesser und je größer die Bauhöhe und der Druckverlust des Zyklons sind. Da der Druckverlust nicht beliebig hoch gesetzt werden kann, ist die Abscheidung von Feinstaubpartikeln im Zyklon nicht möglich.

1.2.1.1.3 Lösung Teilaufgabe c

Nein, diese Schlussfolgerung trifft nicht zu. Der Gesamtstaub (einatembare Fraktion) beinhaltet die sogenannte alveolengängige Fraktion (lungengängige Fraktion) früher auch als Feinstaub bezeichnet. Bei der alveolengängigen Fraktion handelt es sich um Staubpartikel, die im Allgemeinen kleiner als 5 µm sind. Während der meiste Staub in den oberen Atemwegen (Nasen- und Rachenraum) abgelagert wird und gesundheitlich eher unbedenklich ist, erreichen die alveolengängigen Stäube die Bronchien oder die Lunge. Dort lagern sich die Staubpartikel ab und können zu erheblichen Gesundheitsschäden führen (Staublunge etc.).

Die gesundheitliche Beeinträchtigung hängt also im Wesentlichen von der alveolengängigen Fraktion ab. Bei einer Abscheidung von 99% des Gesamtstaubes besteht das letzte Prozent meist nur noch aus alveolengängigen Staupartikeln. Entscheident ist also nicht wieviel Prozent vom Gesamtstaub abgeschieden wird, sondern wieviel Prozent vom Feinstaub abgeschieden wird. Werden also Staubpartikel mit einem Durchmesser von kleiner als 5 µm nicht abgeschieden (z.B. Zyklon), so beträgt die gesundheitliche Beeinträchtigung nach wie vor 100%. Werden dagegen 50% des Feinstaubes zurückgehalten, beträgt die Beeinträchtigung nur noch 50%.

1.2.1.2 Lösung Aufgabe 2 (Messtechnik)

Bei der Messung von Ozon, Schwefeldioxid oder Kohlendioxid handelt es sich um Photometrische Messverfahren. Das zu bestimmende Gas wird dabei mit Licht einer bestimmten Wellenlänge (eines Wellenlängenbereiches) bestrahlt, und die Änderung von Wärme- (IR) oder UV-Strahlung wird mittels geeigneten Detektoren bestimmt. Die Messung von Kohlenwasserstoffen erfolgt mittels Flammenionisationsdetektion (FID). Hierbei wird die mit Kohlenwasserstoffen beladene Luft verbrannt. Die dabei entstehenden positiv und negativ geladenen Ionen werden in einem elektrischen Feld abgesaugt und liefern einen Ionenstrom der proportional zur Menge des Kohlenwasserstoffes ist. Der wesentliche Vorteil des photometrischen Verfahrens ist die Selektivität gegenüber dem FID-Verfahren. Während sich Ozon, Schwefeldioxid und Kohlendioxid durch die Photometrie selektiv bestimmen lassen. Ist die Bestimmung einzelner Kohlenwasserstoffe z.B. Benzol mit dem FID nicht selektiv möglich, sondern es werden alle Kohlenwasserstoffe erfasst (Summenbestimmung). Die Photometrischen Verfahren eignen sich zur kontinuierlichen Bestimmung.

1.2.2 Teil B: Industrieabwasser – Thema Spültechnik

1.2.2.1 Lösung Aufgabe 3 (Wasserrecht)
1.2.2.1.1 Lösung Teilaufgabe b

Als Beauftragter bzw. Berater des Unternehmens würde man gegen diesen Bescheid Einspruch einlegen. Die im Genehmigungsbescheid festgelegten Überwachungswerte sind für einige Stoffe zu hoch angesetzt. Im Anhang 40 der Abwasser-Verordnung für die Metallbe- und verarbeitende Industrie werden andere Überwachungswerte angegeben. In der nachfolgenden Tabelle werden die im Genehmigungsbescheid geforderten Werte mit den Werten der Abwasser-Verordnung gegenüber gestellt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1 Gegenüberstellung der Genehmigungswerte mit der Abwasserverordnung.[2]

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass das Chrom als Gesamtchrom zu hoch angesetzt ist. Hier ist eine Differenzierung zwischen Chrom und Chrom VI sinnvoll und sollte entsprechend beantragt werden. Des Weiteren ist zu erkennen, dass im Genehmigungsbescheid für Stickstoff gegenüber der Abwasserverordnung nur der halbe Wert gefordert wird.

[...]


[1] Quelle: Eigene Darstellung.

[2] Quelle: Eigene Darstellung.

Details

Seiten
26
Jahr
2007
ISBN (eBook)
9783668427679
ISBN (Buch)
9783668427686
Dateigröße
856 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v357905
Institution / Hochschule
Beuth Hochschule für Technik Berlin – Maschinenbau
Note
1,0
Schlagworte
Recycling Techniken der Abfallwirtschaft Emissionsminderung Umweltschutz Industrial Engineering TA Luft AOX WHG Zyklon Entstaubung Luftreinhaltung Messtechnik Filter Abscheidung Gesamtstaub Wasserrecht Genehmigung Abwasserverordnung Chemikalien Kurmann Kompostierung Weiterverwendung werkstofflich rohstofflich energetisch

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Titel: Recycling, Techniken der Abfallwirtschaft und Emissionsminderung