Factsheet: scheiden van baggerspecie in sedimentatiebekkens

A PRINCIPE VAN DE TECHNIEK

Bij scheiding van baggerspecie in sedimentatiebekkens wordt de zandfractie uit verontreinigde baggerspecie afgescheiden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het verschil in sedimentatiegedrag tussen grove zware (zand) deeltjes en fijne lichte (slib) deeltjes en van het gegeven dat verontreinigingen zich meestal hechten aan de slibfractie (lutum en organische stof). Door de grove en de fijne deeltjes van elkaar te scheiden kan een relatief schone zandfractie worden geproduceerd. De baggerspecie wordt als een slurry in een sedimentatiebekken gespoten. In dit bekken stroomt de baggerspecie van het inspuitpunt naar de effluentzijde. Aan de effluentzijde verlaat overtollig water met daarin de niet gesedimenteerde deeltjes het bekken.

Scheiding door opspuiting in sedimentatiebekkens is geschikt voor zowel baggerspecie als droge bodems. Door het principe van scheiding is deze techniek alleen geschikt voor baggerspecie en grond waarvan de verontreinigingen in de fijne fractie kunnen worden geconcentreerd en waarin voldoende zand aanwezig is voor een zinvolle scheiding tussen de zand- en slibfractie. Door een juist ontwerp van het sedimentatiebekken en een juiste procesvoering zal in het bekken voornamelijk herbruikbaar zand sedimenteren. De verontreinigde slibfractie wordt uit het sedimentatiebekken gespoeld om vervolgens in een slibdepot te bezinken.

Bij scheiding in een sedimentatiebekken zijn twee processtappen te onderscheiden, de afscheiding van zand in het bekken en de bezinking van de slibfractie in een slibdepot. In onderstaande figuur is het werkingsprincipe weergegeven.

Scheiding in bekken
Het gesedimenteerde materiaal zal als gevolg van het sedimentatiegedrag in het sedimentatiebekken onder een helling komen te liggen. Deze is afhankelijk van de stroomsnelheid en van de korrelgrootteverdeling. De helling is nabij het inspuitpunt steiler dan op grotere afstand als gevolg van de grotere mediane diameter van het gesedimenteerde materiaal nabij het inspuitpunt.

Gedurende het proces zal zand op steeds grotere afstand van het inspuitpunt sedimenteren. Uiteindelijk zal het depot zo ver gevuld zijn dat zand zal uitspoelen. Om dit te voorkomen wordt de overstorthoogte van het effluentpunt aangepast. Dit kan met slibkisten relatief eenvoudig worden gerealiseerd. Voorkomen moet worden dat verhoging van de overstorthoogte stilstaand of traagstromend water in het bekken veroorzaakt. In traagstromend en stilstaand water blijven de slibdeeltjes niet meer in suspensie en zullen gelijk met het zand bezinken, waardoor het rendement van de scheiding zal afnemen.

Bezinking slibfractie
Het water dat uit het bekken stroomt bevat nog fijne slibdeeltjes. Veel van de verontreinigingen zijn juist aan deze deeltjes gebonden. De slibdeeltjes dienen te bezinken, alvorens het water geloosd of hergebruikt kan worden. Bezinking kan plaatsvinden in speciaal hiervoor ingerichte bezinkdepots of in depots voor (definitieve) specieberging. Voorwaarde is dat de verblijftijd van het water in het nageschakelde depot groot genoeg is om bezinking te laten plaatsvinden. Ter verbetering van de bezinkeigenschappen kunnen vlok(hulp)middelen aan het effluent van het bekken worden toegevoegd.

Scheidingsefficiëntie
In het SB is niet sprake van één scheidingsdiameter, zoals bij procesmatige scheidingsapparatuur (bijvoorbeeld een hydrocycloon) maar neemt de mediane korreldiameter van de gesedimenteerde deeltjes af met toenemende afstand tot het inspuitpunt. Er is sprake van een deeltjesgroottegradiënt in het bekken en hierdoor tevens van een gradiënt van de verontreiniging.

B UITGANGSPUNTEN VOOR DE ONTWERPSTRATEGIE

Voor het ontwerp zijn vier hoofdaspecten van belang, de voorbehandeling, het scheidingsbekken zelf, het slibdepot en de nabehandeling.

Voorbehandeling
De specie kan in principe worden aangevoerd per pijpleiding of per as of schip. Bij aanvoer per as of schip dient de specie met water te worden verdund tot een slurry met <15% droge stof om het in het bekken te kunnen brengen. Bij aanvoer per as of schip kan ook zeving noodzakelijk zijn indien het grof materiaal bezit. Zeving kan ook gewenst zijn indien agglomeraten van klei in de specie aanwezig zijn. Deze agglomeraten kunnen zich als zand gedragen en het sedimentatieproces negatief beïnvloeden.

Scheidingsbekken
De belangrijkste aspecten die een rol spelen bij het ontwerp van een sedimentatie bekken zijn in onderstaande tabel samengevat. Naast ontwerpparameters gaat het ook om procesparameters en fenomenlogische aspecten.

Resumé uitgangspunten/globale streefwaarden ontwerp sedimentatiebekken
Slibdepot
De belangrijkste ontwerp- en procesparameters van een slibdepot zijn de vorm en het volume van het slibdepot en de classificatie van de stroming. Het volume moet zodanig zijn dat niet alleen de totale fijne fractie afkomstig uit het sedimentatiebekken kan worden geborgen, maar ook voldoende om een minimale verblijftijd van water te garanderen. De stroomsnelheid in het slibdepot moet zodanig laag zijn dat voorkomen wordt dat er geen kans bestaat op het resuspenderen van de bezonken fijne fractie.

Nabehandeling
De nabehandeling betreft een nabehandeling van het zand door middel van ontwateren en eventueel polishing/nascheiding, een nabehandeling van de slibfractie die kan bestaan uit sedimentatie en consolidatie in een definitief depot, slib ontwateren en drogen in een depot of slib ontwateren in een depot gevolgd door een mechanische ontwatering en tot slot een nabehandeling van het vrijkomende water.

C HET TOEPASSINGSGEBIED

Milieueffecten
Het afscheiden van zand heeft een zekere milieuwinst, c.q. een milieuverdienste tot gevolg, terwijl het behalen van deze verdienste leidt tot een zekere milieubelasting. De milieuverdienste kan als volgt worden weergegeven.

Overzicht milieuverdiensten fractiescheiding door sedimenteren

* Gerelateerd aan het product; echter 0 % van de totale fractie

Ten aanzien van de milieubelasting kan worden gesteld dat deze voor de aspecten energie-, water-, en grondstoffenverbruik als ook afvalproductie, emissies en hinder door de aard van de activiteiten als (zeer) gering kunnen worden aangemerkt. Wel erg belangrijk in dit verband is het zeer grote ruimtebeslag ten opzichte andere installatiegebonden technieken.

Toepassingsvoorwaarden
Beleidsmatige voorwaarden voor het kunnen/mogen toepassen van de techniek hebben met name betrekking op de kwaliteit van het te realiseren eindproduct. Bij voorkeur wordt uitgegaan van een productkwaliteit, waarvoor volgens het Besluit bodemkwaliteitgeldt dat sprake is van schone grond of grond/baggerspecie die voldoet aan de Maximale Waarden. Verder geldt bij de toepassing op of in landbodem dat de toepassing is gekoppeld aan de gebruiksfunctie op de plek van toepassing en de daar aanwezige bodemkwaliteit. Voor de toepassing in oppervlaktewater wordt niet getoetst aan de functie, maar alleen aan de kwaliteit van de ontvangende waterbodem.
Vergunningtechnische toepassingsvoorwaarden betreffen inrichtingseisen en eventueel een mer-plicht in het kader van de Wm, lozingseisen in het kader van de Wvo en eisen inzake de ruimtelijke ordening in het kader van de Wro.
Technische toepassingsvoorwaarden betreffen de acceptatie criteria van baggerspecie, waarvan de textuur en de kwaliteit en kwantiteit van de zandfractie van belang zijn, locatiespecifieke aspecten (ruimtelijke kenmerken, bodemopbouw, geotechnische en (geo)hydrologische kenmerken, landschappelijke aspecten, ontsluitingsmogelijkheden en aanwezige elementen) alsmede de baggermethode.

Het toepassingsgebied (hypothese)
Harde kengetallen voor het wel of niet kunnen toepassen van een sedimentatiebekken bestaan (nog) niet. De kwaliteit van af te scheiden zand kan echter wel aan de hand van een karakteriseringsonderzoek vooraf worden voorspeld. Uit de praktijk blijkt dat het toepassingsgebied voor sedimentatiebekkens wordt bepaald door:

1. de hoeveelheid zand in de specie: de minerale fractie >63 mm (zand) dient meer dan 50% te bedragen;
2. de kwaliteit van de afgescheiden zandfractie: de af te scheiden zandfractie dient bij voorkeur te voldoen aan de eisen die in het Besluit bodemkwaliteitworden gesteld aan schone grond of grond die voldoet aan de Maximale Waarden. Materiaal dat, als gevolg van een voor een sedimentatie bekken typerende bandbreedte in de kwaliteit, op basis van samenstelling niet aan de eisen voor de genoemde categorieën voldoet, kan een extra bewerking ondergaan en hoeft niet direct te worden gestort. Door nabehandeling, veelal door middel van hydrocyclonage en opstroomscheiding, kan dit zand alsnog tot een voor hergebruik geschikte kwaliteit worden opgewerkt. Bij aanwezigheid van verontreinigingen als puur product (metaaldeeltjes, PAK-deeltjes of een oliefilm) kan het afscheiden van een nuttig toepasbare zandfractie (schoon of beneden Maximale Waarden) soms onmogelijk blijken te zijn.
   

De contouren van het toepassingsgebied voor afscheiden van zand met sedimentatiebekkens zijn weergegeven in onderstaande tabel. Vanwege de beperkte praktijkervaring met deze technieken wordt gesproken van een: hypothese van het toepassingsgebied. Hierbij is het toepassingsgebied gebaseerd op uit de literatuur beschikbare informatie en weinig praktijkgevallen. Voor de “groene” gebieden is de techniek goed toepasbaar (gebleken), terwijl deze voor de “rode” gebieden niet toepasbaar is. Voor de “oranje” gebieden is toepassing van de techniek onzeker. Het verdient echter in alle gevallen aanbeveling om het resultaat van de scheiding vooraf met behulp van karakterisatieproeven te bepalen.

Contouren toepassingsgebied sedimentatiebekkens voor het behalen van minimaal cat. 1 materiaal

D KOSTEN

De kosten voor verwerking van baggerspecie in een sedimentatiebekken kunnen, zo blijkt uit de praktijk per project sterk variëren. Bepalend voor de kosten zijn enerzijds de kapitaalslasten, die sterk kunnen verschillen afhankelijk van de schaalgrootte en de regio en anderzijds de operationele kosten zoals de doorzet aan specie en de waarde van het afgescheiden zand.
De kosten voor scheiding in een sedimentatiebekken kunnen op basis van opgedane praktijkervaringen, voor gunstige omstandigheden, zoals grote schaal en lage grond- en stortkosten worden geschat op circa € 5 tot € 9 / m3 in-situ voor specie met >50% zand. De kosten nemen onder invloed van een afnemende zandproductie echter sterk toe. Kosten van € 9 tot € 18 m3 in-situ komen in de praktijk dan ook niet zelden voor. Ook de grootte van het sedimentatiebekken in relatie tot de doorzet is van invloed op de verwerkingsprijs.

E TRENDS EN ONTWIKKELINGEN

Bij het scheiden van baggerspecie in een sedimentatiebekken is een aantal trends en ontwikkelingen waar te nemen. Het gaat hierbij vooral om de toepassing van sedimentatiebekkens in verwerkingsketens. Was de toepassing van een sedimentatiebekken vaak nog beperkt tot haalbaarheidsonderzoeken op (semi-)praktijkschaal, nu wordt gewerkt aan het toepassen van de opgedane kennis en ervaring met deze techniek.

Toepassing van sedimentatiebekkens bij grootschalige verwerkings-/stortlocaties
Er worden steeds meer plannen (binnen en buiten Nederland) opgesteld voor realisering van grootschalige verwerkingslocaties waarbij mogelijkheden voor drogen/rijpen en stort worden gecombineerd met de mogelijkheid tot (voor)scheiding van zandrijke specie in een sedimentatiebekken. Hierbij wordt uitgegaan van een bekken dat geschikt is voor meerdere gebruikssessies. Het bekken wordt hierbij vaak gecombineerd met een nat depot voor de stort van niet voor hergebruik geschikt (te maken) specie. Voor scheiding geschikte specie wordt verpompt naar het bekken.

Onderzoek naar kleinschalige en alternatieve toepassingen
Naast grootschalige toepassingen wordt gewerkt aan de toepassing van sedimentatiebekkens op kleinschalige (regionale) verwerkingslocaties. Ook wordt onderzocht in hoeverre bij bodemsanerings- projecten gebruik kan worden gemaakt van deze techniek.

Kennisontwikkeling
Wat betreft de techniek zijn slechts kleine aanpassingen te verwachten. Het zal hierbij vooral gaan om nauwkeuriger modelvorming, met name betreffende het sedimentatiegedrag van deeltjes in een sedimentatiebekken en de dimensionering ervan. Omtrent het ontwerp en materiaalgebruik zijn weinig innovaties te verwachten.