Umweltschutztechnik

Umweltschutztechnik verbindet die Herstellung und Verwendung von Nutzgegenständen mit dem Schutz natürlicher Ressourcen – das sind sowohl die materiellen Komponenten wie Wasser, Luft und Boden als auch ideelle Werte wie bspw. das Wohnumfeld. Ziel und Aufgabe in Forschung und Praxis sind die Vermeidung von unerwünschten Nebenwirkungen für die Umwelt bei Ingenieurlösungen.

Umweltschutztechnik verbindet die Herstellung und Verwendung von Nutzgegenständen mit dem Schutz natürlicher Ressourcen – das sind sowohl die materiellen Komponenten wie Wasser, Luft und Boden als auch ideelle Werte wie bspw. das Wohnumfeld. Ziel und Aufgabe in Forschung und Praxis sind die Vermeidung von unerwünschten Nebenwirkungen für die Umwelt bei Ingenieurlösungen.

Mit dem Fortschritt der Technik ist eine breite Verwendung von Chemikalien verbunden. Darunter finden sich auch „umweltgefährliche Stoffe oder Zubereitungen, die selbst oder deren Umwandlungsprodukte geeignet sind, die Beschaffenheit des Naturhaushaltes, von Wasser, Boden oder Luft, Klima, Tieren, oder Mikroorganismen derart zu verändern, dass dadurch sofort oder später Gefahren für die Umwelt herbeigeführt werden können“. Die Vermeidung bzw. Verringerung dieser Einträge in die Biosphäre ist eine Schwerpunktaufgabe der Umweltschutztechnik.

Bei der Lösung von globalen Umweltproblemen besitzt der Klimaschutz mit seinen beiden strategischen Handlungsfeldern „Erneuerbare Energien“ und „Energie- Effizienz“ höchste Priorität. Im Abschn. 4.1 werden die Ursachen und Wirkungen der Treibhausgase sowie die Voraussetzungen für den Übergang zu einem nachhaltigeren Energiesystem beschrieben („2000 Watt-Szenario“, Effizienz- und Substitutionsstrategien, integrierte Energie- und Klimaprogramme, Perspektiven für die Praxis). Abschnitt 4.2 befasst sich mit den Technologien zur rationellen Energieerzeugung (Dekarbonisierung, Kraft-Wärme-Kopplung, Einsatz von Brennstoffzellen, Erhöhung des Wirkungsgrades von Kraftwerken, Abscheidung und Lagerung von CO₂). Abschnitt 4.3 beschreibt die Einsparpotenziale in Industrie und Gewerbe, im Verkehr und in Haushalten. In Abschn. 4.4 werden die Möglichkeiten und Begrenzungen bei der Nutzung der verschiedenen erneuerbaren Energien – Geothermie, solarthermische Wärmebereitstellung, Photovoltaik, Windenergie und Biomasse – aufgezeigt. Der forcierte Ausbau dieser Energiequellen stellt hohe Ansprüche an das Lastmanagement und die Steuerung durch Echtzeitvernetzung von Erzeugern, Energiespeichern und Verbrauchern (Abschn. 4.5).

Die Verschmutzung der Luft mit den Auswirkungen auf die aquatischen und terrestrischen Ökosysteme ist ein typisches Umwelt-Syndrom der dritten Generation, das nicht mit einfachen Lösungsansätzen, kalkulierbaren Kosten und innerhalb politisch überschaubaren Zeitskalen repariert werden kann. Abschnitt 5.1 gibt einen Überblick über die Herkunft und Eigenschaften der Luftschadstoffe in der Troposphäre (die unterste Luftschicht der Erdatmosphäre), die Entstehung von Stickoxiden und Schwefeldioxid sowie die Ausbreitung von Luftschadstoffen. Im Abschn. 5.2 werden Richtlinien zur Luftreinhaltung, Ausbreitungsmodelle und das Schwerpunktthema „Feinstaub“ behandelt. Abschnitt 5.3 befasst sich mit den Luftreinhaltungstechniken, vor allem zur Staubabscheidung und zur Verminderung gasförmiger Emissionen, bspw. der „Entschwefelung“ und „Entstickung“ in Kraftwerken sowie der Abgasreinigung an Kraftfahrzeugen. Im Abschn. 5.4 wird eine kurze Einführung in das Thema „Verkehrslärm“ gegeben.

Siedlungswasserbau als traditionelles Fachgebiet des Bauingenieurwesens umfasst heute neben den Aufgaben bei der Reinigung von Wasser und Abwasser auch die Aufbereitung von Trinkwasser (Kap. 7), von kontaminiertem Grundwasser (Kap.ß8) und die Behandlung von Sickerwässern aus Deponien (Kap. 9). Dabei rücken einerseits die Verfahrens-, Energie- und Informationstechnologien und zum anderen die sozioökonomischen Aspekte stärker in den Vordergrund. Im Abschn. 6.1 werden übergreifende Aufgaben der Gewässergütewirtschaft unter der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie behandelt. Abschnitt 6.2 beschreibt die Abwässer und ihre Bestandteile, die Sammlung und Behandlung der Abwässer in kommunalen Kläranlagen sowie die wichtigsten Rechtsvorschriften. Die Abschn. 6.3 und 6.4 befassen sich mit grundlegenden biologischen bzw. chemisch-physikalischen Prozessen bei der weitergehenden Reinigung von häuslichen und gewerblichen Abwässern. Im Abschn. 6.5 werden die Techniken der Schlammbehandlung und die Verwertung von Klärschlamm als Dünger oder Brennstoff beschrieben. Abschn. 6.6 „Integrierte Wasserwirtschaft“ zeigt neue Entwicklungen bei der dezentralen Abwasserentsorgung, Wiederverwendung von Nährstoffen und Energieinhalten sowie in Abschn. 6.6.4 die Effekte des demographischen Wandels.

Wasser ist eine essentielle, d. h. unverzichtbare Ressource. Wasser ist Rohstoff der Photosynthese, wir nutzen es als Betriebsmittel, zum Kühlen und Reinigen; es ist landschaftsprägendes Element, Verkehrsweg und Erholungsraum, Medium für den Transport und Abbau von Abfällen. In erster Linie ist Wasser ein Lebensmittel und seine Bewirtschaftung erfordert eine gleichrangige Beachtung ökologischer, ökonomischer und sozialer Kriterien [7.1]. Abschnitt 7.1 gibt einen überblick über die Praxis der Trinkwasserversorgung, das Vorkommen und die Förderung von Grundwasser, das Leitungsnetz und über die Anforderungen nach der Trinkwasserverordnung. In Abschn. 7.2 werden die Einflüsse auf die Wasserqualität dargestellt, vor allem die Auswirkungen von chemischen Reaktionen und biologischen Vorgängen im Untergrund. Abschnitt 7.3 befasst sich mit den Verfahren und Methodenkombinationen bei der Trinkwasseraufbereitung – von den naturnahen Ansätzen der Uferfiltration bis zu den physikalisch-chemischen Behandlungsverfahren für Wässer mit halogenorganischen und Pestizid-Belastungen. Der Abschnitt 7.3.5 gibt eine übersicht über die Methodik des Technischen Risiko- Managements für Trinkwasser auf der Grundlage des WHO Water Safety Plans.

In ihrer Multifunktionalität sind Böden vielen Gefahren ausgesetzt und im Zeichen der Nachhaltigkeit muss die Information über die Ressource Boden systematisch und zielgerichtet verbessert werden (Abschn.ö8.1). Das vorliegende Kapitel befasst sich vor allem mit Schadstoffen in Böden und im Grundwasser. Bei der Gruppe der schwach- bis mittelkontaminierten Böden liegt der Schwerpunkt auf der Verringerung der Schadstoffeinträge und bei Verfahren zur Reduktion des Schadstoffübergangs vom Boden in Nutzpflanzen (8.2). Bei den stark kontaminierten Böden stehen die technischen Maßnahmen zur Sicherung und Entgiftung von sowohl Feststoffen als auch Grundwässern im Vordergrund; im Abschn. 8.3 wird die Erkundung von Altablagerungen (kommunal) und Altstandorten (gewerblich/- industriell) beschrieben. Abschnitt 8.4 behandelt die Sicherungsmaßnahmen wie Barrieresysteme, Verfestigung, Stabilisierung und Einbindung, Abschnitt 8.5 die Sanierung von Altlasten (bspw. Waschverfahren, biologische sowie thermische Behandlung) und Abschnitt 8.6 die naturnahen Ansätze, wie die Durchströmten Reinigungswände oder die Anwendung des Konzepts des natürlichen Abbaus und Rückhalts, u. a. beim Flächenrecycling (8.6.4). Die Sickerwasserprognose (8.6.1) wird für die Bewertung von Ersatzbaustoffen eingesetzt und schlägt damit die Brücke zur Abfall- und Kreislaufwirtschaft in den Kapiteln 9 und 10.

Die Abfallwirtschaft mit ihrer fünfstufigen Hierarchie „Vermeidung – Wiederverwendung – stoffliche Verwertung – u.a. energetische Verwertung – Beseitigung“ versteht sich heute als Teil einer übergreifenden Stoff- und Energiewirtschaft. Leitperspektiven sind die Kreislaufwirtschaft, das Stoffstrommanagement und die Endlagerqualität (Abschn. 9.1.1). Im weiteren Abschn. 9.1 werden die rechtlichen Grundlagen der Kreislaufwirtschaft, das Abfallaufkommen in Deutschland und die Zusammensetzung des Hausmülls behandelt. Der Abschn. 9.2 befasst sich mit den Techniken der Sammlung und Aufbereitung von Abfällen (u. a. Sammelsysteme, Behandlung von Massen- und Sonderabfällen, die Verwertung von organischen Abfallanteilen, mechanisch-biologische Vorbehandlung) und der Abschn. 9.3 die Müllverbrennung (Rauchgasreinigung, Rückstandsbehandlung und Schlackenverwertung). Der Abschn. 9.4 beschreibt die Deponierung von Abfällen; nach einer übersicht über die gesetzlichen Regelungen für Deponien wird vertieft auf die Aspekte „Deponiegas und Sickerwasser“, „Langzeitprognosen für Deponien“ und die kontroversen Ansichten beim Umgang mit Müllschlacken eingegangen.

Unter Recycling versteht man die Rückführung der bei Produktion und Verbrauch anfallenden Nebenprodukte und Reststoffe in den Produktions-Verbrauchs-Kreislauf. Sammlung, Transport von Abfall und das eigentliche Recycling ebenso wie die Beseitigung von Abfällen benötigen Energie und Ressourcen. Nach einer Einführung in die Theorie und Praxis des Recycling (Abschn. 10.1) wird in Abschn. 10.2 ein überblick über die Recyclingpraxis in verschiedenen Wirtschaftssektoren (Bergbau, Grundstoffindustrie, Baugewerbe) und für typische Materialien (Kunststoff, Elektronikschrott, Altauto) gegeben. Abschnitt 10.3 zeigt die Entwicklungen zu integrierten Recyclingkonzepten für eine klimaverträgliche Stoffwirtschaft.