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H. Rechberger:
"Entwicklung einer Methode zur Bewertung von Stoffbilanzen in der Abfallwirtschaft";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): P.H. Brunner; Institut für Wassergüte und Abfallwirtschaft, 1999.

In der Abfallwirtschaft besteht großer Bedarf an verläßlichen Bewertungsmethoden zur Auswahl von geeigneten Verfahren. Bisher wurde die Stoffsteuerung, definiert als die gezielte Steuerung von Abfallinhaltsstoffen in die Produkte einer Abfallbehandlungsanlage, bei der Auswahl noch kaum als Entscheidungskriterium herangezogen. Derzeit gibt es ausschließlich Methoden, die einzelne Emissionen von Verfahren bewerten können. Da moderne Abfallbehandlungsanlagen die heutigen Emissionsgrenzwerte um ein bis zwei Größenordnungen unterschreiten können, betragen diese Emissionen häufig weniger als 0,1% des Gesamtflusses eines Stoffes. Die alleinige Bewertung von Emissionen führt daher zu einseitigen Resultaten. In dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, welche die quantitative Beurteilung der Stoffsteuerung in alle Produkte (Emissionen und Reststoffe) eines Verfahrens erlaubt.

Die Ziele der Abfallwirtschaft sind Schutz von Mensch und Umwelt und Ressourcenschonung. Um diese bestmöglich erfüllen zu können, müssen Behandlungsverfahren anorganische Schadstoffe konzentrieren. Das bedeutet, Stoffe aus dem Abfall in einen geeigneten Reststoff von geringer Masse zu transferieren. Das Ausmaß dieses Konzentrierungsvorgangs wird in der vorliegenden Arbeit als Stoffkonzentrierungseffizienz (SKE) eines Systems definiert. Zur quantitativen Beschreibung der SKE werden die Resultate einer Stoffflußanalyse und ein Formalismus, der von der statistischen Entropie abgeleitet wurde, herangezogen. Mehrere stoffspezifische SKE-Werte werden durch Bezug auf die geogenen Stoffkonzentrationen in den Referenzmedien Luft, Wasser, Erdkruste etc. gewichtet und zu einem Gesamtbewertungswert (SKEtot) aggregiert.

Mit der entwickelten Methode ist es möglich, Stoffbilanzen von verschiedensten Anlagen, mit unterschiedlicher Anzahl und Zusammensetzung an Emissionen und Reststoffen, zu vergleichen. Darüber hinaus können Kombinationen von Verfahren (Prozeßketten) bewertet werden. Der Aspekt des Umweltschutzes wird in einem konservativen Ansatz durch den Bezug auf geogene Stoffkonzentrationen erfaßt. Ersetzt man diese durch Grenzwerte, kann prinzipiell auch die Toxikologie eines Stoffes in das Ergebnis eingehen. In den untersuchten Beispielen zeigt sich, daß eine Überschreitung strenger Grenzwerte in der Regel auch mit einem relevanten Entropieanstieg verbunden ist. Der Aspekt der Ressourcenschonung wird von der vorgestellten Methode vollständig erfaßt. Eine hohe SKE hat immer eine hohe Wiederverfügbarkeit eines Stoffes zur Folge.

In der vorliegenden Arbeit wurden die Stoffkonzentrierungseffizienzen verschiedenster Verfahren hauptsächlich für wichtige Metalle (Cd, Cu, Hg, Pb, Zn), bestimmt. Es zeigt sich, daß thermische Verfahren derzeit die höchste SKE aufweisen. Sortierprozesse können den Entropieanstieg vor der Deponierung reduzieren, sie können jedoch nicht Abfallbehandlungsverfahren mit effizienter Stoffsteuerung ersetzen. Die vorgestellte Methode kann nicht nur zur Analyse der Stoffsteuerung bereits existierender Systeme, sondern auch als Instrument zur Entwicklung neuer effizienter Verfahren eingesetzt werden.

Decision making in waste management requires reliable methods to evaluate waste treatment processes. So far, evaluation methods have mainly been based on environmental performances, recycling rates, public acceptance, and costs. In this thesis, the topic of substance management is introduced as an additional decision criteria. The characteristics of a process to dilute or concentrate substances are measured by means of substance flow analysis, and evaluated by a formalism derived from statistical entropy. In order to evaluate and compare different waste treatments, the Substance Concentrating Efficiency (SCE) of a treatment is defined. The method allows to compare substance balances of various single processes having different emissions and residues, as well as combinations of processes such as entire waste treatment systems. Examples are given for selected waste management options such as incineration and mechanical-biological treatment. Based on the SCE methodology, it appears, that with present technology, waste incineration is superior to centralized sorting and land-filling. It is suggested, that this tool is used for future evaluation and design of waste treatment systems.