Verwerken van grond, technieken

2 TECHNIEKEN(zie literatuurverwijzing 1, 2, 3, 5, 7, 8, 13, 14, 15)

2.1 Thermische reiniging
De werking van de thermische grondreinigingsinstallatie berust op de verwijdering van water in de drogersectie en vervolgens van de verontreinigende stoffen vanaf/vanuit de bodembestanddelen in de verdampingssectie. Deze verwijdering wordt tot stand gebracht door de temperatuur in beide secties te verhogen tot boven de temperatuur waarbij de evenwichtsdampspanning van de verontreinigende stof hoger is dan één atmosfeer. In de praktijk wordt de verdamping gerealiseerd bij atmosferische druk. Indien de evenwichtsdampspanning boven de één atmosfeer komt is de verdamping onafhankelijk van de concentratie in de gasfase en zal alle verontreinigende stof verdampen.

De organische verontreinigende stoffen worden via de gasfase verwijderd uit de grond en vervolgens op hoge temperatuur volledig verbrand tot de atmosferische componenten koolzuur en water en sporen overige componenten. De verontreinigende stoffen in deze verbrandingsgassen worden verwijderd in een rookgasreiniger, evenals het nog aanwezige stof. De gereinigde verwarmde grond wordt gekoeld en bevochtigd en is na eindcontrole gereed voor hergebruik dan wel nuttige toepassing.

Thermische reiniging is geschikt voor reiniging van alle organische verontreinigende componenten, alsmede enkele anorganische verontreinigende componenten als cyaniden, kwik en kwikverbindingen. Thermische reiniging is in staat vastgestelde eindconcentraties te bereiken onafhankelijk van de ingangsconcentraties.

2.2 Natte reiniging
Natte of extractieve grondreiniging is een fysisch-chemisch proces waarbij verontreinigende stoffen uit de grond worden verwijderd met behulp van een wasvloeistof. De volgende wasvloeistoffen worden gebruikt:

• water, waaraan al dan niet hulpstoffen zijn toegevoegd;
• een organisch oplosmiddel (niet in Nederland gangbaar).

Het proces verwijdert verontreinigende stoffen op de volgende manieren:

1. Door het concentreren in een kleiner volume van de grond door middel van deeltjesscheiding. Deeltjesscheidingsmethoden zijn in het algemeen gebaseerd op scheiding op deeltjesgrootte en/of dichtheid. Daarnaast wordt gescheiden op basis van bijvoorbeeld magnetische en/of oppervlakte eigenschappen. Het concept van het verminderen van grondverontreiniging door middel van deeltjesscheiding is gebaseerd op het feit dat de meeste (organische én anorganische) verontreinigende stoffen de neiging hebben zich (chemisch en/of fysisch) te binden aan het oppervlak van deeltjes, met name de fijne (silt en klei) deeltjes en de organische stof. De silt en kleideeltjes zijn weer aan de grovere delen gehecht (fysisch) door verdichting en cohesie;
2. Door additionele reiniging van het zandproduct met nageschakelde technieken als: a. gravitatieve scheiding (spiralen); b. flotatie; c. magnetische scheiding.
3. Door het oplossen in de waterfase. De verontreiniging gaat hierbij over van de vaste fase naar de vloeibare fase. Dit type techniek wordt 'extractie' genoemd.

De meeste natte grondreinigingstechnieken combineren deze principes waarbij deeltjesscheiding de belangrijkste stap is.

Natte reinigingsprocessen zijn geschikt voor het verwijderen van organische én anorganische verontreinigende stoffen uit grond. Daarom zijn deze processen bij uitstek geschikt voor het reinigen van partijen grond die een cocktail aan verontreinigende stoffen bevatten. Bij deze processen zijn veelal de te behalen eindconcentraties afhankelijk van de ingangsconcentraties.

2.3 Biologische reiniging
Microbiologische reiniging berust op de biodegradatie van verontreinigende stoffen met behulp van micro-organismen zoals bacteriën en schimmels. Daarbij wordt gestreefd naar een complete mineralisatie van de verontreinigende stoffen tot verbindingen die onschadelijk of nagenoeg onschadelijk zijn voor het milieu. Bij deze mineralisatie worden verontreinigende stoffen zoals olie en aromatische koolwaterstoffen omgezet in CO2 en water. Bij de afbraak van organohalogeenverbindingen, zoals bestrijdingsmiddelen en gechloreerde oplosmiddelen, ontstaan naast CO2 en water ook anorganische chloor-, broom- of fluorverbindingen. Een volledige mineralisatie van verontreinigende stoffen vereist vaak een opeenvolging van verschillende afbraakstappen. De tussenproducten die daarbij worden gevormd kunnen onderling zeer sterk verschillend zijn. In het algemeen worden daarbij verbindingen gevormd die beter in water oplosbaar zijn. Door toename van de wateroplosbaarheid neemt de toxiciteit voor mens en milieu in het algemeen tijdelijk toe. Intermediairen zijn meestal in lage concentratie aanwezig gedurende relatief korte tijd. Bij complete mineralisatie is de toxiciteit verdwenen.

Afbraak van verontreinigende stoffen vindt hoofdzakelijk plaats als de verontreiniging is opgelost in de waterfase die het micro-organisme omringt. Er kunnen twee typen afbraakprocessen worden onderscheiden.
Bij het eerste type worden door middel van metabolische reacties organische moleculen gemineraliseerd tot anorganische eindproducten. Hierbij vindt tevens groei en vermeerdering plaats van de micro-organismen doordat deze gebruik maken van de vrijkomende energie en inbouw van met name koolstof.
Bij het tweede type worden door middel van co-metabole reacties de verontreinigingen afgebroken waarbij de micro-organismen de verontreiniging niet kunnen gebruiken als energie- en koolstofbron. Een co-substraat fungeert dan als energie- en koolstofbron.

De afbraak van verontreinigende stoffen wordt bepaald door de activiteit van de micro-organismen ten opzichte van de verontreinigende stoffen. Hierbij spelen de volgende factoren een belangrijke rol:

- de biobeschikbaarheid, dat wil zeggen de mate waarin de verontreinigende stoffen beschikbaar zijn voor omzetting door micro-organismen. De biobeschikbaarheid wordt bepaald door:

• de oplosbaarheid van de verontreinigende stoffen in de waterfase;
• de aanwezigheid van de juiste micro-organismen;
• de adsorptie van de verontreinigende stoffen aan de bodemmatrix;
• de wijze van fysisch voorkomen van de verontreiniging (deeltjes, vloeistofdruppels, of op een of andere manier gebonden aan de bodemmatrix);

- de milieuomstandigheden: de beschikbaarheid van zuurstof, aanwezigheid nutriënten, temperatuur, vochtgehalte, pH, redoxpotentiaal.

Biologische reiniging is geschikt voor de eenvoudig afbreekbare verontreinigende stoffen zoals minerale olie en de laag-ringige-PAK. De binnen een economisch relevante termijn te bereiken eindconcentraties zijn afhankelijk van de biobeschikbaarheid en de ingangsconcentraties.

2.4 Immobilisatie
Immobilisatie is een technologische ingreep waarbij de chemische en/of fysische eigenschappen van een materiaal zodanig worden gewijzigd dat de verspreiding van milieuverontreinigde stoffen – door uitloging, erosie of verstuiving – beduidend vermindert op korte en lange termijn.
Immobilisatie is een behandeling waarbij verontreinigende stoffen in een stabiele kristalstructuur worden vastgelegd, bijvoorbeeld door het ontstaan van onoplosbare producten als gevolg van een chemische reactie, of door het opslaan van een verontreinigende stof in een waterdicht, inert polymeer.

Het immobilisatieproces heeft tot doel de verontreinigende componenten van een afvalstof dusdanig vast te leggen dat ze op korte en lange termijn geen bedreiging meer vormen voor het milieu. Hierdoor wordt de mogelijkheid geschapen om (op zijn best) het immobilisaat nuttig toe te passen als bijvoorbeeld bouwstof of (op zijn minst) het immobilisaat op een veilige wijze te kunnen storten zonder aan de volledige IBC-criteria te moeten voldoen.

Er zijn vier immobilisatietechnieken te onderscheiden:

• technieken gebaseerd op anorganische toevoegingen / bindmiddelen;
• technieken gebaseerd op organische bindmiddelen;
• chemische fixatie;
• thermische technieken.

Thermische immobilisatietechnieken zijn geschikt voor cocktails van verontreinigende stoffen. De overige immobilisatietechnieken richten zich met name op met zware metalen en cyaniden verontreinigde grond.

2.5 Combinaties van technieken (zie literatuurverwijzing 2, 6)
Met een combinatie van bovengenoemde technieken kan de hoeveelheid te storten grond(residuen) sterk worden gereduceerd. De combinatie van technieken gaat uit van een totale verwerking van grond, waarbij nuttig toepasbaar zand wordt afgescheiden en het residu na deze scheiding door thermische immobilisatie wordt omgevormd in nuttig toepasbare bouwmaterialen (die voldoen aan de criteria voor (IBC-)bouwstoffen volgens het Besluit bodemkwaliteit). Deze combinatie van technieken is allang aanbeland op het punt dat opschaling naar praktijkschaal mogelijk is. Er blijkt echter grote aarzeling te bestaan om te investeren in verwerkingsinstallaties gericht op immobilisatie, door de onzekerheid ten aanzien van het aanbod aan verontreinigde grond(residuen). Deze onzekerheid blijft bestaan zolang:

• storten van deze grond(residuen) blijft toegestaan;
• de stortprijzen niet worden opgetrokken (naar het niveau van de verbrandingstarieven);
• de thermische immobilisatie (vanwege zijn kleinschaligheid) op een dusdanig hoog prijsniveau wordt aangeboden, dat storten een vanuit kostenoverwegingen aantrekkelijker alternatief is.

In speciale gevallen bij natte reiniging (met slechts minerale olie boven hergebruikswaarden in het residu), kan de residustroom thermisch en/of biologisch worden gereinigd tot een toepasbaar product. De op dit moment operationele combinaties van technieken zijn met doorgetrokken lijnen aangegeven in onderstaande figuur; de niet operationele met onderbroken lijnen.

Figuur D1.2 Mogelijke combinaties van technieken