Erfassung von Schadstoffemissionen beim Recycling von Industrieverpackungen unter besonderer Berücksichtigung von Epoxidharzen

Abstract

Seit dem Jahr 2000 unterliegen alle gebrauchten Industrieverpackungen chemisch-technischer Füllgüter einer Rücknahmepflicht zur Verwertung. Die Verpackungsabfälle weisen Reste und Anhaftungen der ehemaligen Füllgüter auf. Im Verwertungskreislauf können Schadstoffemissionen mit schädlichen Wirkungen auf Mensch und Umwelt nicht ausgeschlossen werden. Informationen zu möglichen Risiken für die aquatische und terrestrische Umwelt lagen bisher nicht vor. Ziel dieser Arbeit war es, die Umweltrisiken beim Recycling industrieller Verpackungsabfälle zu erfassen. Hierzu wurden die Gefahren im Verwertungsprozess untersucht und bewertet. In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl die Materialflüsse als auch die technischen Prozesse untersucht. Mögliche Umweltgefährdungen wurden dabei vor allem für das Kompartiment 'Wasser' festgestellt, insbesondere während der mechanischen Behandlung der Verpackungsabfälle. Um sie abschätzen zu können, wurden die Emissionen von hormonell wirksamen Substanzen wie Bisphenol A, 4-Nonylphenol und 4-tert.-Butylphenol untersucht. Sie stellen eine repräsentative Schadstoffgruppe dar, die als Inhaltstoffe in technischen Formulierungen wie Epoxidharzen eine breite Verwendung finden. Erster Schritt war die Entwicklung eines nachweisstarken und robusten Analyseverfahrens für Alkylphenole, welches auf unterschiedlich zusammengesetzte Abwässer angewendet werden konnte. Es beruhte auf einer Festphasenextraktion mit zusätzlichem Clean-up, einer anschließenden Derivatisierung und der selektiven Bestimmung mittels GC-MS. Zur Quantifizierung wurden interne Verfahrensstandards eingesetzt. Die Alkylphenole wurden sowohl in Abwässern einer Großkläranlage als auch in verschiedenen Abwässern einer Recyclinganlage für Verpackungsabfälle nachgewiesen. Die Bilanzierung der Anlagen ergab, daß die Einträge aus der Recyclinganlage in das städtische Abwassernetz ökotoxikologisch relevant sein können. Zusätzlich zu Abwässern wurde das Emissionsverhalten der Alkylphenole aus unterschiedlich ausgehärteten Epoxidharzformulierungen untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß die Emissionen bei Aushärtungszeiten von mehr als 48 h drastisch reduziert werden, wohingegen unvollständig ausgehärtete Polymere hohe Konzentrationen in das Wasser abgeben können. Auf dieser Basis wurde eine Risikoanalyse für den Verwertungskreislauf von Industrieverpackungen durchgeführt. Für das Kompartiment 'Wasser' ergab sich, daß eine Kontrolle und Reduzierung der Alkylphenolemissionen sowie anderer ökotoxischer Substanzen im Verpackungsrecycling angezeigt ist. Es wurden Kriterien vorgeschlagen, die die Verpackungsabfälle im Sinne der EU als 'nicht gefährlich' oder 'gefährlich' mit besonderer Überwachungsbedürftigkeit einstufen. Ferner wurden den kooperierenden Unternehmen praktische Handlungsempfehlungen gegeben, ihre Emissionen zu reduzieren. Darin sind sowohl technische Einrichtungen zur Behandlung als auch Kennzeichnungsmöglichkeiten zur besseren Entleerung und Verwertung der Verpackungen berücksichtigt.

Since the year 2000 all used industrial packagings with former chemical fillings are obliged to be recovered. Hazardous impacts on workers or the environment during the recycling process could not be excluded as used packagings for chemicals contain adhesions or residues of the former fillings. Information about the risks in these recycling processes, especially for the aquatic and terrestrial environment, were not available before this study. The aim of this research study was to assess the environmental risks of the recycling of industrial packaging waste. Therefore the material flow and the state of the art of the technical processes of packaging recycling were studied. The results show, that hazardous impacts on the environment primarily occur on the aquatic compartment, especially during the mechanical treatment of packaging waste. Afterwards the emission of endocrine disrupting alkylphenols like bisphenol A, 4-nonylphenol and 4-tert.-butylphenol were measured as representative contaminants. They are ingredients of widespread use in technical formulations like epoxy resins. The first step was the development of a robust analytical method with low limits of quantification for the determination of alkylphenols in different kinds of waste water This method relied on solid phase extraction with a clean-up step included, followed by derivatisation, while the final quantification was performed on GC-MS. The quantification was carried out by using internal standards thereby rendering the method independend from the sample matrix. Waste water samples from a recycling plant for packaging waste were analysed as well as from a representative municipal sewage treatment plant. Alkylphenols were determined in all samples. The concentrations in the waters from the recycling plant were 3-4 orders of magnitude higher than those found in sewage in- and effluent. The balance of these compounds showed that this recycling plant can produce ecotoxicologically relevant inputs to influents of municipal waste water treatment plants. Furthermore, the emission behaviour of alkylphenols from different polymerised epoxy formulations was examined. It has been shown, that hardening for more than 48 hours will reduce emissions drastically whereas fresh or incomplete hardened polymers release high concentrations of alkylphenols in water.Thereupon a risk assessment on emissions of alkylphenols from recycling plants was carried out. This indicated that there is a need to control and to reduce emissions of alkylphenols and other ecotoxic substances from packaging recycling into waste water. Hence, criteria were proposed to classify packaging waste as non hazardous or hazardous waste with special need of monitoring, due to the ecotoxicological properties of the former fillings and the established recycling processes. Additionally, recommendations for the cooperating companies are given on how to reduce emissions in daily practices. This includes technical installation in treatment plants as well as an handy labelling of packagings with instructions for empting and recycling.