Factsheet Thermische Immobilisatie grond

1 PRINCIPE VAN DE TECHNIEK

Immobilisatie is een bewerking, waarmee de chemische en fysische eigenschappen van verontreinigde grond worden gewijzigd met het doel de verontreinigende stoffen in de grond vast te leggen, zodat 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.
Onderscheid wordt gemaakt in koude en thermische immobilisatie. Voor koude immobilisatie is een aparte beschrijving beschikbaar.

In Nederland is tot op heden het overheidsbeleid met betrekking tot immobilisaten terughoudend en de prijzen zijn dermate hoog dat thermische immobilisatie nauwelijks wordt toegepast.

Bij thermische immobilisatie zijn twee uitvoeringsvormen te onderscheiden:
- sinteren, waarbij het materiaal tot net onder het smeltpunt wordt verhit;
- smelten, waarbij het materiaal geheel wordt gesmolten.

Bij het sinterproces blijft de kristalstructuur van het materiaal voor een groot gedeelte intact. Het sinterproces geeft daarom vooral een fysische inkapseling van de verontreinigende stoffen. Daarentegen ontstaan bij smeltprocessen na afkoeling nieuwe silicaat-roosters waarin de niet-vluchtige zware metalen worden opgenomen. Hierdoor zal de beschikbaarheid voor uitloging van deze verontreinigende stoffen sterk verminderen.

Thermische immobilisatietechnieken zijn geschikt voor cocktails van verontreinigende stoffen.

2 TOEPASSINGSGEBIED EN VALIDATIE

2.1 Toepassingsvoorwaarden

Verontreinigde grond wordt beschouwd als een afvalstof. De voor immobilisatie in aanmerking komende afvalstromen betreffen veelal gevaarlijk afval, maar voor grond kan dat ook niet-gevaarlijk afval zijn. Kern van het afvalstoffenbeleid is dat de verwijdering van afvalstoffen moet geschieden op een zo hoogwaardig mogelijke wijze (ladder van Lansink). De door het beleid erkende plaats van immobilisatie in dit alles is ten eerste dat afvalstoffen door immobilisatie via nuttige toepassing ('Categorie 1-bouwstoffen' en 'Categorie 2-bouwstoffen', conform het ‘Bouwstoffenbesluit bodem- en oppervlaktewaterenbescherming’) weer in de kringloop kunnen worden gebracht. Reinigingstechnieken worden ten opzichte van immobilisatie waar mogelijk geprefereerd.

2.2 Toepassingsgebied (hypothese)

Voor immobilisatie is geen sprake van een werkelijke validatie. Daarvoor zijn te weinig echte praktijkprojecten uitgevoerd. Op basis van de in 2003 voorhanden informatie van uitgevoerde (demonstratie)projecten en van proeven wordt een uitspraak gedaan over de (on)mogelijkheden van de verschillende immobilisatietechnieken.

In de praktijk wordt thermische immobilisatie, zowel sinteren als smelten, in Nederland nog niet op praktijkschaal uitgevoerd. In Nederland is ervaring opgedaan met het sinteren van verontreinigde baggerspecie tot grind (Dusagrind) en bakstenen (Kennemer Mop). In het buitenland, met name in Japan en Duitsland, is met sinter- en smeltprocessen ervaring opgebouwd. Deze ervaring is echter voor een groot deel gebaseerd op het sinteren en smelten van andere afvalstoffen dan verontreinigde grond. In Japan bestaat met name ervaring in het verwerken van zuiveringsslib, in Duitsland is praktijkervaring opgedaan met het sinteren van baggerspecie.

Het toepassingsgebied van thermische immobilisatie is weergegeven in tabel 1, uitgaande van de productie van een ‘categorie 1- of 2-bouwstof’.

Indien de tabel wordt gebruikt voor de toetsing van een specifieke partij grond, dan geldt dat de slechtst scorende parameter aangeeft in hoeverre deze techniek toepasbaar is.

Tabel 1 Hypothese toepassingsgebied thermische immobilisatie leidend tot categorie 1- of 2-bouwstof (invoer)

2.3 Toelichting tabel

2.3.1 Fysische samenstelling
In principe levert de oxidatie van organische stoffen extra energie op voor het sinter- of smeltproces. Naarmate het gehalte aan organische stof in het te behandelen materiaal hoger is zijn thermische processen echter moeilijker te beheersen. In de praktijk wordt een gehalte aan organische stof hoger dan 25% als belemmerend voor de goede werking van thermische immobilisatieprocessen beschouwd.
Wanneer het gehalte hoger is dan 50%, worden de processen zo moeilijk beheersbaar, dat deze techniek niet meer als mogelijk wordt beschouwd.

Bij sinter- en smeltprocessen is de aanwezigheid van te grove materialen belemmerend: de fractie <63 µm dient meer dan 95% te bedragen. De meeste processen zijn ook ontworpen voor de behandeling van zeer fijnkorrelige materialen, zoals baggerspecie, grondreinigingsresidu en (de as van de verbranding van) zuiveringsslib. Materialen groter dan circa 63 µm worden meestal verwijderd door deeltjesscheiding toe te passen.

Voor het bereiken van een optimale smelttemperatuur moet de verhouding tussen de diverse mineralen worden geoptimaliseerd. Een te hoog gehalte aan zand (SiO2) veroorzaakt een aanzienlijke verhoging van de smelttemperatuur. Daarom is het zandgehalte kritisch. Het zandgehalte is echter altijd door middel van (natte) deeltjesscheiding te beïnvloeden.
Bij alle processen die op het moment in Nederland in de ontwikkelingsfase zijn, wordt door de uitvoerder gesteld dat de verhouding tussen de verschillende mineralen door middel van menging van verschillende stromen is te sturen. Het recept wordt als bedrijfsgeheim beschouwd.

Organisch afval, zoals stukjes hout, en plastic zal in het thermische proces worden verbrand. In het algemeen moet echter de invoer in een thermisch immobilisatieproces meer dan 95% deeltjes <63µm bevatten. Grovere delen zijn nadelig voor het proces.

2.3.2 Verontreinigende stoffen
In sinter- en smeltprocessen zullen metalen die een lage dampspanning hebben bij temperaturen > 1000 °C de neiging hebben uit te dampen. De metalen Hg, en Cd zullen in meerdere of mindere mate in de rookgassen worden aangetroffen en daaruit moeten worden verwijderd.
Afhankelijk van het reducerende of oxiderende milieu in de oven zullen geoxideerde vormen van metalen ontstaan. De metalen As en Mo zijn kritisch met betrekking tot uitloging.

Bij hete immobilisatie worden organische verontreinigende stoffen volledig afgebroken. Omdat het temperatuurniveau significant hoger is dan bij thermische reiniging, zullen de restconcentraties nog geringer, tot nihil zijn. De eventueel uit gehalogeneerde verontreinigende stoffen vrijkomende ongewenste afbraakproducten zullen in de rookgasreiniginginstallatie worden gevangen. Grens-/ maximale waarden zullen dan ook afhankelijk zijn van de prestatie van de rookgasreiniginginstallatie.

De pH is voor thermische processen niet kritisch. Het calciumgehalte moet, om een optimale smelttemperatuur te bereiken, binnen zekere grenzen blijven

In het algemeen zijn anionen (zeer) mobiel. Wanneer deze in het immobilisaat aanwezig zijn, zal het niet voldoen aan de grenswaarden met betrekking tot uitloging. Een bekend voorbeeld is MoO4-.

In principe is thermische immobilisatie van asbest (met name in smeltprocessen) mogelijk. In de praktijk zijn geen resultaten van proeven met grond waarin asbest voorkomt bekend.

2.4 Toepasssingsmogelijkheden / kwaliteitsborging

2.4.1 Toepassingsmogelijkheden
Producten die worden gefabriceerd door middel van thermische immobilisatie worden toegepast als bouwstof. Ze zullen dan ook moeten voldoen aan de eisen van het ‘Bouwstoffenbesluit bodem- en oppervlaktewaterenbescherming’. Bij een civieltechnische toepassing van een immobilisaat moet tevens worden voldaan aan de eisen uit de ‘Standaard RAW Bepalingen’.

2.4.2 Kwaliteitsborging
Voor immobilisatie is een BRL in ontwikkeling: in opdracht van VROM is het ‘Basisdocument voor de beoordeling van immobilisaten’ opgesteld om tot certificering te komen.

3 KOSTEN

Omdat thermische immobilisatietechnieken in Nederland nauwelijks op commerciële schaal zijn toegepast, zijn er geen betrouwbare gegevens over kostprijzen bekend voor de Nederlandse markt. De kosten van thermische immobilisatie zijn relatief hoog. De brandstofkosten zijn hoog omdat hoge temperaturen bereikt moeten worden. Ook de apparatuur vergt hoge investeringen. De exacte bedragen zijn echter onzeker.

4 TRENDS EN ONTWIKKELINGEN

Een reden voor het ontbreken van acceptatie van thermische immobilisatietechnieken zijn de kosten. Over de werkelijke kosten van thermische immobilisatie bestaat grote onduidelijkheid. Het bij alle technieken gesignaleerde effect van dalende prijzen bij toenemende productiecapaciteit lijkt bij thermische immobilisatie in versterkte vorm op te gaan.

In het kader van de herijkingsoperatie van de VROM-regelgeving zal het Bouwstoffenbesluit waarschijnlijk in 2007 worden vervangen door een eenvoudiger regeling. Onderdelen van deze eenvoudiger regeling zullen zijn een belangrijke vereenvoudiging van de bewijslast, nadrukkelijke aansluiting bij de (Europese) Bouwproductenrichtlijn, een heroverweging van het normstelsel en een simpel regime voor primaire bouwstoffen. De totstandbrenging van een dergelijk regime vergt de nodige proceduretijd. Om tegemoet te komen aan de wens tot een snelle oplossing van de belangrijkste kritiekpunten wordt overwogen om voor een interim-periode (2004 –2007) een tijdelijke ministeriële regeling op te stellen.