Projekt 08080/00

Förderschwerpunkt Holz: Methoden zur Trennung belasteter und nicht belasteter Altholzfraktionen und ihre Charakterisierung

Projektdurchführung

Technische Universität DresdenInstitut für Verfahrenstechnik und Umwelttechnik
Mommsenstr. 13
01062 Dresden

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Holz fällt nach der eigentlichen Nutzung als Altholz an, das je nach Belastungsgrad zur Entsorgung oder Wiederverwertung ansteht. Für die Einteilung in verschiedene Belastungsklassen bestehen Defizite an preiswerter, schneller Analytik. So gelangten z. B. 1993 in Sachsen von den erfaßten 139.000 t Altholzabfällen ca. 78 % auf die Deponie. Nur 4.500 t (3,2 %) wurden einer stofflichen Verwertung zugeführt. Die Restmengen wurden zu annähernd gleichen Anteilen biologisch bzw. thermisch genutzt. Da die Deponierung von Altholz ab dem Jahr 2005 untersagt wird, ist die gesteigerte stoffliche Verwertung von Altholz sinnvoll und wünschenswert. Für eine Verwertung ist eine gesicherte Unterscheidung bzw. Sortierung von belastetem und unbelastetem Holz zu treffen.
Der Kerngedanke des ins Auge gefaßten Verfahrens ist, den Effekt der Modifizierung der Holzoberflächen durch Holzschutzmittel für ihre Charakterisierung und Sortierung auszunutzen. Die meisten Holzschutzmittel haben neben ihrer bioziden Wirkung gegen Holzschädlinge eine hydrophobierende Wirksamkeit, was sowohl für einen orientierenden Schnelltest an stückigem Altholz als auch für ein Sortierverfahren des zerkleinerten Altholzes ausgenutzt werden sollte.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen zur Unterscheidung von belasteten und nicht belasteten Holzproben sind in zwei Bereichen durchgeführt worden:
Der erste Bereich beschäftigt sich mit dem Wassereindringen an stückigen Holzproben. Hier wurden zeitabhängige Randwinkelmessungen an Buche-, Fichte- und Kiefernproben durchgeführt. In Ergänzung wurde das Eindringen von Wassertropfen auf definierten Holzoberflächen mit verschiedenen Oberflächenbeschaffenheiten und verschiedenen Holzschutzmitteln untersucht.
Der zweite Bereich umfaßt Untersuchungen an zerkleinerten Holzproben in Spanform. Zur Zerkleinerung der stückigen Proben kamen, analog zur üblichen Altholzaufbereitung, Schredder und Schlagmühle mit Siebeinsatz zur Herstellung der Holzspäne zum Einsatz. Die Charakterisierung der Buchen-, Kiefer- und Fichtenholzspäne erfolgte durch Untersuchung der Partikelgrößenverteilung, Untersuchung der zeitlichen Entwicklung der mittleren Spandichte in Flüssigkeiten und, darauf aufbauend, einer Schwimm-Sink-Sortierung von unbehandelten und modifizierten Spänen. Weitere Verfahren in der Erprobung waren eine flotative Trennung der Holzspäne sowie Leitfähigkeitsänderungen durch anorganische Holzschutzmittel.


Ergebnisse und Diskussion

Die durchgeführten Untersuchungen dienten zum einen dem Ziel, einen einfach durchzuführenden Tropfentest als orientierenden Schnelltest zur Vorsortierung des Altholzes bei der Anlieferung zu etablieren, und zum anderen sollte mit den veränderten Oberflächeneigenschaften behandelten Holzes die Eignung für ein Sortierverfahren an zerkleinerten Holzspänen erprobt werden.
Aus den Untersuchungen zum Wassereindringen in Holzoberflächen werden verschiedene Einflußgrößen deutlich: Die Holzsorte zeigt einen entscheidenden Einfluß auf die Geschwindigkeit des Tropfeneindringens, wie es bei der Imprägnierung mit wasserlöslichen Holzschutzmitteln schwerer und leichter tränkbare Holzsorten gibt. Einen ebenso großen Einfluß hat die Wahl der Eindringrichtung in das räumlich anisotrop aufgebaute Holz. Bedingt durch die verschiedenen Arten der Faseröffnungen bestehen zwischen den verschiedenen Raumrichtungen im Holz unterschiedliche Geschwindigkeiten der Flüssigkeitsaufnahme. Eine weitere wichtige Einflußgröße ist die Oberflächenbeschaffenheit der Probe. Auf unebenen Oberflächen ist ein Wassertropfen schwer zu beobachten, da er spreitet, während bei geschliffenen Proben anhaftender Holzstaub eine Benetzung unterbinden kann. Bei sehr ebenen Oberflächen, die mit einem Mikrotomschnitt präpariert werden, sind die Tropfen auf der Oberfläche dagegen gut beobachtbar. Deutliche Verzögerungseffekte beim Eindringen eines Wasertropfens ergeben sich bei organischen Holzschutzmitteln wie Hexachlorcyclohexan (HCH, Lindan), Pentachlorphenol (PCP) oder Permethrin, aber auch anorganischen, stark fixierenden Holzschutzmitteln auf Chrom-Kupfer-Bor-Basis (CKB-Salz), die z.B. im Druckimprägnierverfahren eingesetzt werden.
Die Untersuchungen an zerkleinerten und klassierten Altholzproben zeigen, daß sich oberflächenmodifizierte und naturbelassene Holzspäne in ihrem Wasseraufnahmeverhalten signifikant voneinander unterscheiden. Für Buchenholzspäne ist dieser Effekt bereits in Wasser für eine Schwimm-Sink-Sortierung verwendbar. Bei schlechter benetzbaren Sorten Kiefern- und Fichtenholz kann z.B. die Oberflächenspannung des eindringenden Fluids durch Zusatz von Ethanol herabgesetzt und/oder während des Verfahrens ein Unterdruck angelegt werden, um ein entsprechendes Eindringen des Fluids bis zum Sedimentieren der unbehandelten Späne im vertretbaren Zeitraum zu ermöglichen.
Die veränderten Oberflächeneigenschaften von behandelten Holzspänen können prinzipiell auch für eine Trennung durch Flotation herangezogen werden. Durch entsprechende Sammler/Schaumbildner werden die hydrophoberen, kontaminierten Späne an der Oberfläche angesammelt und durch den aufsteigenden Schaum ausgetragen. Problematisch ist dabei die im Gegensatz zur Flotation von Erzen die ungleich größere Partikeldimension der Holzspäne und die relativ geringen Dichteunterschiede der zu trennenden Späne und der Flüssigkeit, was Unzulänglichkeiten bei der Tragfähigkeit des Schaumes und der Auftriebskraft durch anhaftende Blasen verursacht. Zur Lösung dieser Probleme durch eine geeignete Wahl der Reagenzien und ein der Benetzungskinetik entsprechendes Zeitregime erfordern weitere Untersuchungen .


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Veröffentlichungen:
- F. Hinze, B. Wessely, S. Ripperger: Methoden zur Trennung belasteter und nicht belasteter Altholzfraktionen und ihre Charakterisierung. In: Harms, M.; Lorenz, W.; Bahadir, M.; Lay, J.P. (Hrsg.): DBU-Schriftenreihe Initiativen zum Umweltschutz; Bd. 8: Altholzverwertung - Probleme und Lösungen, Osnabrück: Zeller 1998, S. 47-58.
- L. Kress, B. Wessely, S. Ripperger: Das Eindringen von Wassertropfen in unbehandeltes und holzschutzmittelbehandeltes Holz, Wiss. Z. der TU Dresden (im Druck).
- L. Kress, B. Wessely, S. Ripperger: Sortierung von Altholzpartikeln aufgrund unterschiedlicher Benetzungskinetiken, Freiberger Forschungshefte (eingereicht).
- L. Kress, B. Wessely, S. Ripperger: Titel wie vor, Poster zum 1. Freiberger Forschungsforum - 50. Berg- und Hüttenmännischer Tag, Freiberg/Sachsen, 16.-18. Juni 1999.


Fazit

Die verwendeten Methoden zeigen eindeutige Zusammenhänge zwischen einer Behandlung mit Holzschutzmittel und veränderten Oberflächeneigenschaften, insbesondere der Benetzungseigenschaften. Vorbehaltlich der Anwendung eines Verfahrens zur reproduzierbaren Präparation der Probenoberfläche kann mit dem Wassereindringen ein einfacher, orientierender Tropfentest zur Vorsortierung von Altholz erarbeitet werden.
Zu den Trennverfahren von behandelten und unbehandelten Holzspänen konnten im Labormaßstab Trennergebnisse durch Schwimm-Sink-Sortierung wie auch Flotation erhalten werden, die bei entsprechender Vorbearbeitung des Altholzes und Weiterentwicklung der Methoden eine wirksame Schadstoffentfrachtung der Spanfraktionen ermöglichen sollten.