VDI 3925 Blatt 1-2016 Methods for evaluation of waste treatment processes.pdf

1、ICS 13.020.30, 13.030.40 VDI-RICHTLINIEN September 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Methoden zur Bewertung von Abfallbehandlungsverfahren Methods for evaluation of waste treatment processes VDI 3925 Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie i

2、st verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt (GEU) Fachbereich Ressourcenmanagement VDI-Handbuch Ressourcenmanagement in der Umwelttechnik VDI-Handbuch Ener

3、gietechnik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:12.13 Entwurf,deutschFormeredition:12/13Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Vere

4、in DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Begriffe 3 3 Abkrzungen . 11 4 Fragestellungen fr Bewertungsmethoden 12 4.1 Werte und Ziele 12 4.2 Leitfragen und Bewertungsmethoden 15 4.3 Zielsetzungen bei der Methodenauswa

5、hl . 18 5 Abfallbehandlungsverfahren . 20 5.1 Deponierung . 20 5.2 Mechanisch-biologische Abfallbehandlung . 23 5.3 Energetische Nutzung 31 5.4 Behandlung und stoffliche Verwertung ausgewhlter Abflle aus privaten Haushaltungen 36 5.5 Integrierte Abfallwirtschaft 38 6 Systemgrenzen . 44 6.1 Anwendung

6、szweck 44 6.2 Methodik 46 6.3 Beispiele zu Systemgrenzen . 48 7 Methodik 50 7.1 Stoffflussanalyse 50 7.2 Statistische Entropieanalyse . 64 7.3 Energetische Bewertung 69 7.4 Exergie . 82 7.5 Kumulierter Energieaufwand (KEA) . 96 7.6 CO2-THG-Bilanz . 102 7.7 kobilanz . 118 7.8 Kosten-Wirksamkeits-Anal

7、yse 133 7.9 koeffizienz-Analyse 142 7.10 Kosten-Nutzen-Analyse . 148 7.11 Social Life Cycle Assessment Bercksichtigung sozialer Aspekte in der Wertschpfungskette 156 Schrifttum 163 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Terms and definitions 3 3 Abbreviations 11 4 Considerations for evalu

8、ation methods . 12 4.1 Values and goals 12 4.2 Key questions and evaluation methods 15 4.3 Objectives of method selection 18 5 Waste treatment processes . 20 5.1 Landfilling . 20 5.2 Mechanical-biological waste treatment 23 5.3 Energy from waste . 31 5.4 Treatment and material recovery of selected w

9、aste from private households . 36 5.5 Integrated waste management 38 6 System boundaries . 44 6.1 Purpose 44 6.2 Methodology 46 6.3 Examples of system boundaries . 48 7 Methodology . 50 7.1 Material flow analysis 50 7.2 Statistical entropy analysis. 64 7.3 Energy evaluation 69 7.4 Exergy 82 7.5 Cumu

10、lative Energy Demand (KEA) 96 7.6 CO2 and greenhouse gas balance . 102 7.7 Life cycle assessment 118 7.8 Cost-effectiveness analysis 133 7.9 Eco-efficiency analysis 142 7.10 Cost-benefit analysis 148 7.11 Social life cycle assessment Consideration of social aspects in the value chain . 156 Bibliogra

11、phy 163 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI 3925 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstan

12、den unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheb

13、errechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet

14、 abrufbar unter www.vdi.de/3925. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in

15、data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contri

16、butors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3925. Einleitung Moderne Verfahren zur Behandlung von Abfllen besitzen heute einen hohen technologischen Reife-grad. Das ursprngliche Hauptziel der Verfahren, nmlich

17、die fr den Menschen mglichst schadlose Beseitigung von Abfllen, wurde schon lange durch weitere Zielsetzungen wie Ressourcenrck-gewinnung, Umweltschutz oder Energieeffizienz ergnzt. Die Auswahl oder die Konzeption des besten Verfahrens“ ist jedoch nicht trivial. Die heute an-gewendeten Prozesse habe

18、n unterschiedliche Ziele und Outputstrme z. B. Recycling versus Ener-gierckgewinnung und verschiedene zeitliche und systemische Bilanzgrenzen z. B. Deponie versus Abfallverbrennung oder Teilstrom versus Vollstrombehandlung. Erschwert wird die objekti-ve Bewertung durch die Vielschichtigkeit der Be-w

19、ertungskriterien. Bereits eine sinnvolle kologi-sche Charakterisierung erfordert die Bercksichti-gung unterschiedlicher Parameter, wie Eutrophie-rungs-, Versauerungs- oder Treibhausgaspotenzial. Darber hinaus knnen, laut EU-Abfallrahmen-richtlinie (Richtlinie 2008/98/EG) und Kreislauf-wirtschaftsges

20、etz (KrWG), bei der Verfahrensaus-wahl auch andere Kriterien, wie konomische Fra-gestellungen oder gesellschaftliche und soziale Aspekte, relevant werden. Um entsprechend der jeweiligen Frage- und Pro-blemstellung spezifische Resultate zu erhalten, stehen weit entwickelte, effiziente Bewertungs-werk

21、zeuge zur Verfgung, die es erlauben, kolo-gische, konomische und inzwischen auch soziale Aspekte und Auswirkungen verschiedener Verfah-ren miteinander zu vergleichen. Die Methoden sind Introduction Modern waste treatment processes can today be considered as mature technology. The main origi-nal goal

22、 of the process, namely to dispose of waste in the least harmful way possible for people, has long since been expanded to include further objec-tives such as resource recovery, environmental protection or energy efficiency. However, selecting or designing the “best process” is non-trivial. Processes

23、 applied today have differ-ent goals and output streams, for example recycling versus energy recovery, as well as different balanc-ing limits with regard to time and systems, such as landfills versus incineration, or full versus partial stream treatment. Such complex evaluation criteria make objecti

24、ve assessment difficult. Even mean-ingful environmental characterisation requires con-sideration of a range of parameters, such as the po-tentials for eutrophication, acidification or green-house gas emission. Furthermore, according to the EU Directive on Waste (Directive 2008/98/EC) and the German

25、Closed Cycle Management Act (KrWG), other criteria such as economic consider-ations or societal and social aspects may become relevant during process selection. Highly developed and efficient evaluation tools can be used to obtain specific results for the problem statement in question, making it pos

26、sible to com-pare the ecological, economic and now also social aspects and effects of different processes against one another. Some of these methods have been known for quite some time. Others, however, have B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929

27、BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 3925 Blatt 1 / Part 1 3 zum Teil schon lange bekannt. Allerdings wurden einige noch kaum oder gar nicht auf konkrete Fra-gestellungen der Abfallbehandlung angewandt. Entsprechend ger

28、inge Erfahrungen sind in diesem Bereich vorhanden. Die vorliegende Richtlinie betrachtet ausgewhlte Abfallbehandlungsverfahren insbesondere die De-ponierung, die mechanisch-biologische Abfallbe-handlung (MBA) sowie die energetische Nutzung (Mllverbrennungsanlage MVA). Auf Behand-lungsverfahren ander

29、er Abfallstrme wird dabei nur beispielhaft eingegangen. Die Richtlinie beschreibt die Anwendung von ge-eigneten wissenschaftlich-technischen Bewer-tungsmethoden auf abfallwirtschaftliche Fragen. Dabei werden die vorhandenen Methoden nher-gebracht und deren Einsatz, Komplexitt, Mg-lichkeiten und Gren

30、zen demonstriert. Die Identifizierung der optimalen Bewertungsme-thode ist nicht Gegenstand der Richtlinie. Eine solche Auswahl ist weder mglich noch sinnvoll. Vielmehr sollen die spezifischen Vor- und Nachtei-le bei der Anwendung der jeweiligen Methode herausgearbeitet werden. Zum Beispiel ist eine

31、 Recyclingquote auf Basis einer Massenbilanz ein-fach zu verstehen und zu berwachen, aber sie erlaubt keinen Rckschluss auf die Nachhaltigkeit einer abfallwirtschaftlichen Manahme. Eine ko-bilanz und eine Kosten-Nutzen-Analyse knnen die Nachhaltigkeit besser beschreiben (siehe Bild 1 in Abschnitt 4.

32、2), sind aber aufwendiger und schwieriger im Detail nachzuvollziehen. barely or never seen application in practical waste treatment scenarios. Correspondingly, little experi-ence is available in this field. This standard considers selected waste treatment processes, in particular landfilling, mechan

33、ical-biological waste treatment (MBT) and energy from waste (waste incineration plant WIP). Treatment processes for other waste streams are only refer-enced as examples. The standard describes the application of suitable scientific and technical evaluation methods for waste management problems. The

34、standard intro-duces the available methods and demonstrate their application, complexity, potentials and limits. Identifying the optimal evaluation method is not discussed in the standard. Such a choice is neither possible nor meaningful. Rather, discussion will highlight the specific advantages and

35、 disad-vantages in the application of the respective meth-ods. For example, a recycling rate based on a mass balance is simple to understand and monitor, but does not offer any insight as to the sustainability of a particular waste management method. A life cycle assessment and cost-benefit analysis

36、 can better describe the sustainability (see Figure 1 in Section 4.2), but require more effort and are harder to understand in full detail. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie bietet im Rahmen abfallwirt-schaftlicher Planungen fr Beteiligte wie Behr-den, Entscheidungstrger und Planer einschlielich

37、der kritischen ffentlichkeit die Mglichkeit, Be-wertungsmethoden als Planungsinstrumentarium kennenzulernen und in den Kontext mit planeri-schen Entscheidungen zu stellen. Die Richtlinie hilft Anwendern, Entscheidungen fr den Einsatz bestimmter Abfallbehandlungs- und -verwertungsverfahren im Rahmen

38、einer inte-grierten Abfallwirtschaft transparent zu gestalten und so unter Beachtung der Systemgrenzen und der Sachbilanzen der jeweiligen Methode zu einer nachvollziehbaren Entscheidung zu gelangen. 1 Scope This standard offers participants in waste manage-ment planning such as authorities, decisio

39、n makers and planners, including the critical public, the pos-sibility to learn about evaluation methods as plan-ning instruments and place them in the context of planning decisions. The standard helps to formulate transparent deci-sions for the application of particular waste treat-ment and recover

40、y methods in the scope of inte-grated waste management, thus reaching a docu-mented decision under consideration of the system boundaries and life cycle inventories of the respec-tive methods. 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: 2 Terms and definitions For th

41、e purposes of this standard, the following terms and definitions apply: B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI 3925 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsse

42、ldorf 2016 Abfall alle Stoffe oder Gegenstnde, derer sich ihr Besit-zer entledigt, entledigen will oder entledigen muss KrWG Anmerkung 1: Abflle zur Verwertung sind Abflle, die verwertet werden; Abflle, die nicht verwertet werden, sind Abflle zur Beseitigung. Anmerkung 2: Die Benennung Abfall“ wird

43、in dieser Richt-linie weitgehend als Abkrzung fr Siedlungsabfall oder Hausmll verwendet. Abfallfraktion aus einem Abfallgemisch nach speziellen Kriterien (z. B. Korngre, Reaktion auf Magnetfeld, spe-zifisches Gewicht) abgetrennter Teil der Abflle VDI 3475 Blatt 3 Abgas Gasgemisch mit festen, flssige

44、n und gasfrmigen Inhaltsstoffen, das bei der Verbrennung entsteht und in Abgasreinigungsanlagen behandelt wird, um luftverunreinigende Inhaltsstoffe auf das immis-sionsschutzrechtlich zulssige Ma zu reduzieren Anmerkung: Die weitergehende Kennzeichnung erfolgt durch Angabe des Orts, z. B. Abgas nach

45、 dem Kessel, Abgas am Schornsteinaustritt. Abluft im Anlagenbetrieb (z. B. in Arbeitsrumen, Hallen) entstandene und gegebenenfalls belastete Luft, die direkt ins Freie geleitet wird oder in der MBA als Prozessluft verwendet wird in Anlehnung an VDI 3475 Blatt 3 und Blatt 4 Abwasser flssige Emissione

46、n, die aus den Behandlungspro-zessen einer externen Abwasserreinigung (Indi-rekteinleitung) oder nach anlageninterner Abwas-serreinigung in ein Gewsser geleitet wird (Direkt-einleitung) VDI 3475 Blatt 3 Asche feste Rckstnde aus den Feuerrumen der ver-schiedenen Verbrennungsprozesse bei Temperatu-ren

47、 unterhalb des Erweichungspunkts Aufbereitung Vorbehandlung der Eingangsmaterialien vor dem biologischen Prozess, die Abtrennung von Strstof-fen, die Zerkleinerung und Homogenisierung von Materialien bezglich Wassergehalt, Kornstruktur und die Konditionierung fr optimale biologische Ab- und Umbaupro

48、zesse VDI 3475 Blatt 2 Biogasanlage bauliche Einheit zur Erzeugung von Biogas aus den angelieferten Materialien, bestehend aus we-nigstens einem oder mehreren Fermentern sowie waste all substances or materials that the owner disposes of, wants to dispose of or must dispose of adapted from KrWG Note

49、1: Waste for recovery defines waste streams routed to reuse. Waste streams not lending themselves to reuse are routed to ultimate disposal. Note 2: The term “waste” in this standard is broadly used to mean municipal solid waste or household waste. waste fraction specific waste stream segregated from the mixed input waste according to specific criteria (e.g. par-ticle size, reaction to a magnetic field, specific gravity) VDI 3475 Part 3 flue gas gas mixture wit