Organische Schadstoffe werden in der Nachbrennkammer durch hohe Temperaturen und ausreichend Verweilzeit vollständig oxidiert. Die dabei ablaufenden thermischen Verbrennungsreaktionen zerstören Schadstoffe, die im vorgelagerten Drehrohrofen in den gasförmigen Zustand überführt wurden, bevor das gereinigte Abgas weitere Reinigungsstufen durchläuft. Die folgenden Abschnitte erläutern die wichtigsten technischen Zusammenhänge rund um die Schadstoffzerstörung in der Nachbrennkammer.
Bei welcher Temperatur werden Schadstoffe in der Nachbrennkammer zerstört?
In der Nachbrennkammer werden organische Schadstoffe bei Temperaturen von mindestens 850 °C zerstört. Bei dieser Temperatur und einer Mindestverweildauer von zwei Sekunden werden auch persistente organische Verbindungen wie Dioxine und Furane sicher zerstört. Für besonders schwer abbaubare Schadstoffe wie chlorierte Kohlenwasserstoffe können höhere Temperaturen erforderlich sein.
Die Temperaturanforderungen sind gesetzlich geregelt und orientieren sich an den Vorgaben der 17. Bundes-Immissionsschutzverordnung sowie der europäischen Industrieemissionsrichtlinie. Entscheidend ist dabei nicht nur die Spitzentemperatur, sondern das Zusammenspiel aus Temperatur, Verweilzeit und Turbulenz im Abgasstrom. Nur wenn alle drei Parameter stimmen, ist eine vollständige thermische Zerstörung der Schadstoffe gewährleistet.
Bei der thermischen Bodenbehandlung wird der Drehrohrofen bei Temperaturen von bis zu etwa 600 °C betrieben, abhängig von Material und Schadstoffbelastung. Die dabei freigesetzten Schadstoffe gelangen als Rohgas in die Nachbrennkammer, wo sie bei deutlich höheren Temperaturen vollständig oxidiert werden.
Welche chemischen Reaktionen laufen in der Nachbrennkammer ab?
In der Nachbrennkammer laufen überwiegend Oxidationsreaktionen ab. Organische Moleküle reagieren mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser. Kohlenstoffhaltige Verbindungen werden dabei vollständig verbrannt, während Schwefel- und Stickstoffverbindungen in ihre anorganischen Oxide umgewandelt werden.
Der grundlegende Reaktionsmechanismus lässt sich vereinfacht so beschreiben: Kohlenwasserstoffverbindungen reagieren bei ausreichend hoher Temperatur mit dem zugeführten Sauerstoff zu CO₂ und H₂O. Dieser Prozess wird als vollständige Verbrennung oder vollständige Oxidation bezeichnet. Unvollständige Verbrennungsvorgänge, bei denen Kohlenmonoxid oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe entstehen, werden durch die hohen Temperaturen und die ausreichende Verweilzeit weitgehend verhindert.
Bei halogenierten Verbindungen wie PCB oder chlorierten Kohlenwasserstoffen entstehen bei der Verbrennung Halogenwasserstoffe, zum Beispiel Salzsäure. Diese werden in den nachgelagerten Reinigungsstufen der Rauchgaswäsche aus dem Abgasstrom entfernt. Die thermische Nachverbrennung ist damit nur ein Glied in einer mehrstufigen Abgasreinigungskette.
Welche Schadstoffe kann eine Nachbrennkammer unschädlich machen?
Eine Nachbrennkammer ist wirksam gegen alle flüchtigen organischen Schadstoffe, die im vorgelagerten Prozess in den gasförmigen Zustand überführt wurden. Dazu zählen Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW), BTEX-Verbindungen, Phenole, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), polychlorierte Biphenyle (PCB), PFAS sowie Dioxine und Furane (PCDD/PCDF). Welche Schadstoffkonzentrationen und Abfallarten für die thermische Behandlung zugelassen sind, ist in den Annahmegrenzwerten und genehmigten AVV-Abfallschlüsseln der ARE Deutzen geregelt.
Besonders bedeutsam ist die Wirkung gegenüber persistenten organischen Schadstoffen, die in der Umwelt kaum abgebaut werden. Dioxine und Furane beispielsweise sind bekannt für ihre hohe thermische Stabilität. Dennoch werden sie bei Temperaturen ab 850 °C und ausreichender Verweilzeit zuverlässig zerstört. Gleiches gilt für viele fluorierte Verbindungen aus der PFAS-Gruppe, die aufgrund ihrer chemischen Beständigkeit besondere Anforderungen an die Behandlungstemperatur stellen.
Nicht flüchtige anorganische Schadstoffe wie Schwermetalle verbleiben dagegen im Feststoff und werden nicht durch die Nachbrennkammer beseitigt. Sie müssen durch andere Verfahrensschritte, etwa die Staubabscheidung, aus dem Gasstrom entfernt werden. Quecksilber nimmt eine Sonderstellung ein: Es verdampft bereits bei niedrigen Temperaturen und wird im Abgasreinigungssystem durch Aktivkohlefilter gebunden.
Wie verhindert die Nachbrennkammer die Entstehung neuer Schadstoffe?
Die Nachbrennkammer verhindert die Entstehung neuer Schadstoffe vor allem durch die Vermeidung des sogenannten De-novo-Synthesebereichs. Dioxine und Furane können sich in einem Temperaturbereich zwischen etwa 250 °C und 450 °C neu bilden, wenn organische Verbindungen und Chlor auf katalytisch aktive Oberflächen treffen. Durch die schnelle Abkühlung des Abgases unter diesen kritischen Temperaturbereich wird diese Neubildung verhindert.
Technisch wird dies durch eine gezielte Abgasführung nach der Nachbrennkammer erreicht. Das heiße Abgas wird nach der thermischen Behandlung rasch abgekühlt, sodass der kritische Temperaturbereich so schnell wie möglich durchlaufen wird. Dieses Prinzip ist als „Quench“ bekannt und ist ein wesentlicher Bestandteil moderner Abgasreinigungsanlagen.
Darüber hinaus sorgt die vollständige Verbrennung in der Nachbrennkammer dafür, dass keine unverbrannten organischen Verbindungen in die nachgelagerten Reinigungsstufen gelangen, die dort als Vorläufersubstanzen für neue Schadstoffe wirken könnten. Niedrige CO-Werte im Abgas sind ein zuverlässiger Indikator dafür, dass die Verbrennung vollständig abgelaufen ist.
Wie wird der Erfolg der Schadstoffzerstörung in der Nachbrennkammer nachgewiesen?
Der Erfolg der Schadstoffzerstörung in der Nachbrennkammer wird durch kontinuierliche und diskontinuierliche Emissionsmessungen nachgewiesen. Kontinuierlich überwacht werden Parameter wie Temperatur, Sauerstoffgehalt, Kohlenmonoxid und Gesamtkohlenstoff. Diskontinuierliche Messungen durch akkreditierte Messinstitute erfassen Schadstoffe wie Dioxine, Furane und Schwermetalle in regelmäßigen Abständen.
Die gesetzlichen Anforderungen an die Emissionsüberwachung sind in der 17. Bundes-Immissionsschutzverordnung geregelt. Betreiber thermischer Behandlungsanlagen sind verpflichtet, die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte lückenlos zu dokumentieren und den zuständigen Behörden zu berichten. Die Messergebnisse belegen, ob die Anlage im vorgeschriebenen Betriebsbereich arbeitet und ob die Schadstoffzerstörung tatsächlich vollständig erfolgt.
Neben den Abgasmessungen werden auch die behandelten Feststoffe auf Restverschmutzungen untersucht. Der Vergleich der Schadstoffgehalte im unbehandelten Eingangsmaterial mit denen im behandelten Ausgangsmaterial belegt den Behandlungserfolg. Ein wirksames Qualitätsmanagement sichert dabei die Rückverfolgbarkeit aller relevanten Prozessparameter und Messergebnisse über den gesamten Behandlungszeitraum.
Wie die ARE Deutzen GmbH bei der sicheren Schadstoffzerstörung unterstützt
Die ARE Deutzen GmbH betreibt seit 1994 eine thermische Bodenbehandlungsanlage mit Drehrohrofen und mehrstufiger Abgasreinigung am Standort Deutzen in Westsachsen. Die Anlage ist für die Behandlung einer Vielzahl organischer Schadstoffe zugelassen und erfüllt alle gesetzlichen Anforderungen nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz. Kunden aus dem Tief- und Ingenieurbau sowie der Industrie profitieren dabei von:
- Über 30 Jahren Erfahrung in der thermischen Desorption kontaminierter mineralischer Abfälle
- zugelassener Behandlung komplexer Kontaminationen, darunter PAK, PCB, PFAS, PCDD/PCDF, MKW, BTEX und chlorierte Kohlenwasserstoffe
- mehrstufiger Abgasreinigung mit thermischer Nachverbrennung, Rauchgaswäsche und Aktivkohlefilter
- zertifiziertem Betrieb nach ISO 9001, 14001, 50001 und 18001
- umfassendem Stoffstrommanagement für Böden, Bauschutt und mineralische Prozessrückstände
- lückenloser Dokumentation und Emissionsüberwachung als Grundlage für behördliche Nachweise
Sie planen ein Sanierungsprojekt mit komplexen Kontaminationen oder benötigen eine zuverlässige Entsorgungslösung für belastete mineralische Abfälle? Nehmen Sie Kontakt auf und besprechen Sie Ihr Vorhaben direkt mit den Fachleuten von ARE Deutzen.