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01-02 | 2017

Special

Special Ressourceneffizienz Bild 1: Untersuchte Probenkörper unterschiedlicher Zusammensetzung. Probekörper mit 1, mit 3 und mit 5 % Zementanteil (v.l.n.r.). Anorganische Stoffe Antimon Arsen Blei Cadmium Chrom, gesamt Chromat Kobalt Kupfer Molybdän Nickel Quecksilber Selen Zink Zinn Cyanid, gesamt Cyanid, leicht absetzbar Fluorid Organische Stoffe Mineralölkohlenwasserstoffe BTEX Benzol LHKW Aldrin DDT Phenole PCB, gesamt PAK, gesamt Naphthalin Einheit µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l Bild 2: Versuchsaufbau für den Elutionstest der Probekörper. Prüfwerte 10 10 25 5 50 8 50 50 50 50 1 10 500 40 50 10 750 200 20 1 10 0,1 0,1 20 0,05 0,2 2 1 % < 2 6,79 7,29 0,92 13,44 < 5 1,01 3,17 < 10 4,79 0,15 4,88 5,84 < 5 < 5 - 210 1 % < 0,01 n.n. n.n. n.n. < 0,05 n.n. < 10 n.n. 0,28 0,37 Bindemittelanteil Bilder: Peter Chifflard 3 % < 2 1,91 6,80 0,12 4,57 < 5 0,16 1,96 < 10 2,24 0,09 0,44 0,97 < 5 < 5 Parameter nach der Richtlinie seitens der Gießereien analysiert worden. Entscheidend für den Einsatz im Straßenbau und möglicher Auswirkungen auf die Natur ist die Frage, welche der enthaltenen Stoffe aus Tabelle 1 in einem Wirkungspfad Boden- - - Grundwasser gelöst werden können. Hierfür wer- 170 den die drei Probekörper 5 % im Labor des Fachbereiches < 0,01 Geographie der Phi- n.n. lipps-Universität Marburg n.n. mittels Trogversuch n.n. auf die zulässigen < 0,05 Höchstwerte der Bundesn.n. < 10 Bodenschutz- und Altlastenverordnung n.n. 0,11 0,16 (BBodSchV) §8 Absatz 1 Satz 2 Nr. 1 [16] geprüft. Der Versuch kann den eluierbaren Anteil der anorganischen und organischen Stoffe nach Zugabe von Bindemittel feststellen, dabei muss der Prüfwert nach BBodSchV eingehalten werden (Tabelle 2). Die drei Probekörper werden entsprechend Laga EW 98 jeweils einzeln in einem Glasgefäß 180 3 % < 0,01 n.n. n.n. n.n. < 0,05 n.n. < 10 n.n. 0,19 0,25 5 % < 2 3,62 7,08 0,57 14,32 < 5 0,43 2,24 < 10 4,26 0,08 1,79 1,71 < 5 < 5 Tabelle 2: Auswertung nach der Bundes-Bodenschutzund Altlastenverordnung. im Wasser/Feststoff-Massenverhältnis 10:1 für eine Elutionszeit von 24 h mit deionisiertem Wasser bei einer Drehgeschwindigkeit von etwa 500 U/min umspült (Bild 2). Der dritte Arbeitsentwurf zur Verordnung vom 23. Juli 2015 [2] sieht nur noch ein Verhältnis von 2:1 vor, dies wurde aber erst nach Durführung des Versuches veröffentlicht. Grundsätzlich ist aber davon auszugehen, dass durch ein höheres Verhältnis mehr Stoffe gelöst werden als durch ein geringes. Um eine Beschädigung oder Abnutzung des Probekörpers zu vermeiden, wird das Material auf einem Siebeinsatz mit einem Abstand von 5 cm zum Boden des Elutionsbeckens platziert. Nach 24 Stunden wird 1 l des Eluats in einen Standzylinder überführt. Es folgt eine Ruhezeit von 15 min zur Sedimentation eventuell vorhandener gröberer Partikel. Die überstehende Flüssigkeit wird dekantiert und für 30 min mit 2 000 ∙ g zentrifugiert. Anschließend wird die Flüssigkeit erneut mit einem Membranfilter mit einer Porenweite von 0,45 µm filtriert. Die chemischen Eigenschaften des Eluats der verschiedenen Probekörper werden im Auftrag der Leonhard Weiss GmbH & Co. KG im CLG Chemischen Labor Dr. Graser KG, Schonungen, analysiert und stehen für eine Bewertung zur Verfügung. Ergebnisse Überprüfungen der lockeren, ungebundenen Gießerei-Restsande Entsprechend der Obergrenze der zulässigen Belastung von GRS nach der Einbauklasse Z2 wird basierend auf den chemischen Analysen der Gießereien die Einhaltung der Zuordnungswerte nach Laga M20 geprüft und die Belastung des jeweiligen Sandes im Ausgangszustand bewertet (Tabelle 1). Bei Analytik I liegen alle beprobten Werte innerhalb der jeweiligen Werte. Bei Analytik II und III ist lediglich der Fluoridwert leicht überschritten. Der Grenzwert wurde bei Analytik II jedoch nur bei einer von sechs Proben überschritten. In den Übrigen aus anderen Quartalen ist keine Überschreitung zu verzeichnen. Bei Analytik III liegen nur zwei aus jeweils einem Jahr vor, daher kann der GRS nach der Analyse weiterer Proben eventuell trotzdem verwendet werden. Die Werte schwanken bei allen Gießereien innerhalb der Messreihen und sind insgesamt sehr variabel. Dabei ist zu berücksichtigen, dass laut § 13 „Bewertung der Messergebnisse der Güteüberwachung“ der Verordnung zur Festlegung von Anforderungen für das Einbringen oder das Einleiten von Stoffen in das Grundwasser, an den Einbau von Ersatzbaustoffen und zur Neufassung der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung [5] erst eine systematische, also fortlaufende Überschreitung der Grenzwerte zum Ausschluss führt. 18 UmweltMagazin Januar - Februar 2017

Ressourceneffizienz Special Überprüfung der Lösungseigenschaft der gebundenen Gießerei-Restsande Die Auswertung des Trogversuches ergab, dass nur im Eluat des Probekörpers mit 1 % Bindemittelanteil ein Grenzwert überschritten wird. Während bei den anorganischen Stoffbestandteilen alle Grenzwerte eingehalten werden können, ist bei den organischen Stoffen der Wert der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) mit 0,28 μg/l leicht über dem zulässigen Höchstwert von 0,2 μg/l. Dabei gilt zu Literatur [1] Knappe, F.; Dehoust, G.: Petschow, I.; Jakubowski, G.: Steigerung von Akzeptanz und Einsatz mineralischer Sekundärrohstoffe unter Berücksichtigung schutzgutbezogener und anwendungsbezogener Anforderungen, des potenziellen, volkswirtschaftlichen Nutzens sowie branchenbezogener, ökonomischer Anreizinstrumente. Umweltforschungsplan des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2012) Texte Nr. 28/2012, S. 143. [2] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB): 3. Arbeitsentwurf einer Mantelverordnung – Verordnung zur Festlegung von Anforderungen für das Einbringen oder das Einleiten von Stoffen in das Grundwasser, an den Einbau von Ersatzbaustoffen und zur Neufassung der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung vom 23.7.2015 (im Umlauf seit 17.1.2011), www.bmub.bund.de/fileadmin/Da ten_BMU/Download_PDF/Bodenschutz/mantelv_entwurf_3_bf.pdf, abgerufen am 18.10.2016 [3] Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz (BMJV): Abfallverzeichnis-Verordnung (AVV 2001), www.gesetze-im-internet.de/avv/BJNR337910001.html, abgerufen am 18.10.2016 [4] Siddique, R.; Kaur, G; Rajor, A.: Waste foundry sand and its leachate characteristics. Resources, Conservation and Recycling (2010), no. 54, pp. 1027–1036. [5] Schmidmeyer, S.: Markt für mineralische Recycling- Baustoffe – Erfahrungen aus der Praxis. In: Thomé- Kozmiensky, K.J. (Hrsg.): Mineralische Nebenprodukte und Abfälle. S. 105–116, Nietwerder, 2014. [6] Guney, Y.; Aydilek, A. H.; Demirkan, M. M.: Geoenvironmental behavior of foundry sand amended mixtures for highway subbases. Waste Management (2006), no. 26/9, pp. 932–945. [7] Bakis, R.: An investigation of waste foundry sand in asphalt concrete mixtures. Waste Management & Research (2006), no. 24/3, pp. 269–274. [8] Yazoghli-Marzouk, O.; Vulcano-Greullet, N.; Cantegrit, L.; Friteyre, L.; Jullien, A.: Recycling foundry sand in road constructionfield assessment. Construction and Building Materials 61 (2014), pp. 69–78. England. [9] Siddique, R.; Schutter, G. de; Noumowe, A.: Effect of used-foundry sand on the mechanical properties of concrete. Construction and Building Materials (2009), no. 23/2, pp. 976–980. [10] Basar, H. M.; Aksoy, N. D.: The effect of waste foundry sand (WFS) as partial replacement of sand on the mechanical, leaching and micro-structural characteristics of ready-mixed concrete. Construction and Building Materials (2012), Nr. 35, S. 508–515. [11] Siddique, R.; G. Singh (2011): Utilization of waste foundry sand (WFS) in concrete manufacturing. Ressources Conservation and Recycling (2011), no. 55/11, pp.885–892. [12] Susset, B.: Weiterentwicklung von Kriterien zur Beurteilung des schadlosen und ordnungsgemäßen Einsatzes mineralischer Ersatzbaustoffe und Prüfung alternativer Wertevorschläge. Zwischenbericht zum BMU-/UBA-Vorhaben „Weiterentwicklung von Kriterien zur Beurteilung des schadlosen und ordnungsgemäßen Einsatzes mineralischer Sekundärrohstoffe und Prüfung alternativer Wertevorschläge“. www.umweltbundesamt.de/sites/ default/files/medien/384/dokumente/susset_ bmu_zwischenbericht_ersatzbaustoffe_januar_2011.pdf, abgerufen am 18.10.2016. [13]American Foundrymen‘s Society. Alternative Utilization of Foundry Waste Sand. Final Report (Phase I) prepared by American Foundrymen‘s Society Inc. for Illinois Department of Commerce and Community Affairs, Des Plaines, Illinois, July, 1991. [14] Etxeberria, M.; Pacheco, C.; Meneses, J.M.; Berridi, I.: Properties of concrete using metallurgical industrial by-products as aggregates. Construction and Building Material (2010), no. 24, pp.1594–1600. [15] Susset, B.; Leuchs, W.: Stofffreisetzung aus mineralischen Ersatzbaustoffen und Böden – Ermittlung der Quellstärke-Entwicklung und des Rückhalte- und/oder Abbaupotentials mittels Freilandlysimetern und Laborelutionsmethoden (Förderkennzeichen 02WP0286) 2008. (Contaminant release of mineral waste materials – Evaluation of release dynamics and the natural attenuation potential based on field lysimeters and laboratory leaching tests (Grant 02WP0286); in German) Final Report, North Rhine Westphalian State Office for Nature, Environment and Consumer Protection (LANUV NRW), Recklinghausen, Germany. http://edok01.tib.unihannover. de/ edoks/e01fb09/58960421X.pdf, abgerufen am 18.10.2016. [16] Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz (BMJV): Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV), 1999, www.gesetze-im-internet. de/bundesrecht/bbodschv/gesamt.pdf, abgerufen am 18.10.2016. [17] Susset, B.; Leuchs, W.: Ableitung von Materialwerten im Eluat und Einbaumöglichkeiten mineralischer Ersatzbaustoffe. Umsetzung der Ergebnisse des BMBF-Verbundes „Sickerwasserprognose“ in konkrete Vorschläge zur Harmonisierung von Methoden, 2011. www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/ medien/461/publikationen/4066.pdf, abgerufen am 18.10.2016. beachten, dass die Bedeutung der bisher im lockeren GRS bewerteten PAK, die Gehalte bis 20 mg/kg aufweisen können, überschätzt worden ist [17]. Somit kann der Grenzwert des Eluats ebenfalls unter diesem Gesichtspunkt bewertet werden. Darüber hinaus zeigte dieser Probekörper aufgrund seiner geringen Kornbindung bereits beim Trogversuch leichte Auflösungstendenzen. Dies spiegelte sich in einer deutlichen Trübung des Eluats wider. Die Probekörper mit Bindemittelgehalten von 2 und 5 % hingegen sind stabiler, und die Trübung nahm mit steigendem Zementanteil deutlich ab. Bei beiden ist die Ausschwemmung der Stoffe vermindert, und alle untersuchten organischen und anorganischen Parameter liegen im vorgeschriebenen Bereich. Eine Verunreinigung des Bodens ist nach Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung somit nicht gegeben, und das Material könnte als Recycling- Produkt im Straßenbau eingesetzt werden. Schlussfolgerungen Die gesetzlich vorgegebenen Prüfwerte werden in der Mehrzahl der untersuchten lockeren, unbehandelten GRS eingehalten. Lediglich bei den Proben Analytik II und III ist eine geringe Überschreitung des Grenzwertes für Fluorid festzustellen, so dass diese kaum belastet sind und grundsätzlich als Recycling-Produkte verwendet werden können. Ein wichtiger Punkt dieser Studie war, die Mobilisierung von den im Sand vorhandenen Stoffen durch Wasser zu untersuchen, um eine mögliche Belastung des Bodens und des Grundwassers durch Austritt von Schadstoffen abschätzen zu können. Die mit einem Wasser/Feststoff-Massenverhältnis von 10:1 durchgeführten Trogversuche zeigen, dass kaum bis keine Stoffe aus den mit Zement stabilisierten Probekörpern herausgelöst wurden. Die gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich der Löslichkeit anorganischer oder organischer Bestandteile werden bei der Untersuchung der Probekörpern mit 3 und 5 % Zementanteil eingehalten. Beim Probekörper 1 mit 1 % werden die gesetzlichen Vorgaben lediglich beim Parameter PAK leicht überschritten. Um allgemeingültige Aussagen für derartige mit Zement gebundene Probekörper zu erhalten, wäre die Untersuchung einer Vielzahl verschiedener GRS notwendig. Dies war im Rahmen dieser Studie nicht möglich. Doch schaffen die gewonnenen Ergebnisse eine erste Basis, dass Gießerei-Restsande als Recycling-Produkt im Straßenbau eingesetzt werden können, ohne dabei die Umwelt zu gefährden. Prof. Dr. Peter Chifflard, Michaela Vorndran, Dr. Martin Reiss, Philipps-Universität, Marburg, Kontakt: peter.chifflard@geo.uni-marburg.de UmweltMagazin Januar - Februar 2017 19

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