Factsheet: het rijpen van baggerspecie

A PRINCIPE VAN DE TECHNIEK

Rijping is een natuurlijk proces, waarbij de grotendeels anaërobe baggerspecie door indrogen en oxidatie overgaat in een compacter, meer geaëreerd en doorlatender materiaal. De baggerspecie verandert door dit proces geleidelijk van een natte slurrie in een steekvaste (klei)grond. Het volume wordt, afhankelijk van het begin droge-stofgehalte en de fysische samenstelling, met 30 tot 50% gereduceerd. Rijping is een onomkeerbaar proces, dat wil zeggen dat het materiaal niet meer terugkeert in de oorspronkelijke toestand na herbevochtiging.
Het doel van rijping van baggerspecie is het verkrijgen van een milieuhygiënisch aanvaardbaar product (dat voldoet aan de Maximale Waarden voor toepassing op landbodem of in oppervlaktewater op grond van het Besluit bodemkwaliteit)dat toepasbaar is bij civieltechnische werken zoals de aanleg van geluidswallen, dijken, wegen en dergelijke.

Het rijpingsproces kan globaal worden onderverdeeld in drie deelprocessen:

• fysische rijping: afname van het watergehalte waardoor aëratie en inklinking van het sediment optreedt;
• chemische rijping: verandering van de chemische samenstelling als gevolg van oxidatieve omzettingen;
• (micro)biologische rijping: toename en verandering van de samenstelling van het biologisch leven en de invloed daarvan op de chemische samenstelling door de microbiële afbraak van stoffen.

De processen van fysische, chemische en (micro)biologische rijping vormen een samenhangend geheel. Chemische processen kunnen op gang komen op het moment dat het sediment voldoende zuurstof bevat.
Bij rijping kan onderscheid worden gemaakt in natuurlijke ontwatering (zandrijke specie), rijping op de kant (matig zandige of slibrijke specie) en rijping in een depot (matig zandige of slibrijke specie).

De duur van het rijpingsproces varieert van enkele weken voor natuurlijke ontwatering en rijping op de kant, tot twee jaar voor rijping in een depot. De benodigde verblijftijd is afhankelijk van de laagdikte en de fysische samenstelling van de specie, de hydrologische factoren en rijpingsbevorderende maatregelen.

Rijping van baggerspecie in een depot vindt in het algemeen plaats in een doorgangsdepot waarbij, in tegenstelling tot rijping van baggerspecie op de kant, geen menging van de specie met de ontvangende bodem optreedt. In het algemeen wordt bij rijping in een doorgangsdepot gestreefd naar een jaarlijkse cyclus waarbij de vulling van het depot geschiedt in het najaar en in de winterperiode de ontwatering kan aanvangen. De rijping vindt in de lente, maar met name in de zomerperiode plaats. Het gerijpte product dient bij voorkeur voor de aanvang van de (natte) herfstperiode te worden ontgraven en afgevoerd. Daarna kan het depot gereed worden gemaakt voor een volgende partij baggerspecie.
Onderstaande figuur geeft een processchema van het volledige traject van rijping van baggerspecie in een depot.

Vullen van het depot
Voor het vullen van het depot zijn met name de methode van aanvoer van de specie van belang en de keuze van de laagdikte. Meestal wordt voor dit laatste uitgegaan van een dikte van 1,0 m.

Rijping in het depot
Een maat voor de fysische rijping is de rijpingsfactor n. Op basis hiervan kan de rijpingstoestand worden uitgedrukt. Onderstaande tabel geeft de algemeen gehanteerde indeling voor rijpende sedimenten. Belangrijk voor de fysische rijping zijn zowel de hydrologische factoren (zoals neerslag, verdamping, eventueel optredende kwel en oppervlakkige afvoer van water en drainage) als de fysische samenstelling van de specie.

Classificatie voor rijpende sedimenten op basis van rijpingsfactor

Chemische rijping wordt bepaald door oxidatie/reductie, omzetting van organische stof en uitloging. Biologische rijping vormt niet het hoofddoel van het rijpingsproces, maar bij voldoende zuurstof kan als gevolg van biologische activiteit enige omzetting van organische stof en organische verontreini-gende stoffen als PAK en minerale olie en bestrijdingsmiddelen plaatsvinden.

Zuivering depotwater
Bij de rijping van baggerspecie komt depotwater (regen-, percolatie-, transportwater) vrij dat, indien de kwaliteit niet voldoet aan de eisen die worden gesteld in de Wvo-vergunning, moet worden gezuiverd. Over het algemeen zal dit van toepassing zijn op de eis aan het gehalte zwevende stof in het depotwater. Zware metalen en organische microverontreinigingen zijn voor een groot gedeelte aan deze zwevende stof geadsorbeerd.

Stimuleren van rijping
Het rijpingsproces kan worden gestimuleerd door het verbeteren van de afwatering (bovenzijde onder gering verhang, aanbrengen drains en aanbrengen begreppeling), het stimuleren van de verdamping ( begreppelen gevolgd door omzetten) en door de keuze van de laagdikte.

B UITGANGSPUNTEN VOOR DE ONTWERPSTRATEGIE

Voor het ontwerp van een doorgangsdepot zijn naast logistieke en vergunningtechnische aspecten de volgende punten van belang:
Soort depot
Om de nadelige gevolgen van (toestromend) grondwater uit te sluiten en problemen met afwatering te voorkomen dient de depotbodem, na zetting van de ondergrond, bij voorkeur minstens een 0,50 m boven de gemiddeld hoogste grondwaterstand (GHG) te worden aangelegd.
Diepte van depot
Aangezien de richtlijn voor de laagdikte van de baggerspecie 1,0 m bedraagt is het in de regel niet nodig om voor de afstand tussen de bovenkant van de kade en de onderkant van het depot meer dan 1,3 m aan te houden.
Compartimentering
Om flexibel te kunnen omgaan met het aanbod van baggerspecie, zowel in de tijd als in de kwaliteit van de baggerspecie, en het rijpingsproces te kunnen versnellen verdient het aanbeveling om het depot onder te verdelen in een aantal compartimenten.
Onderafdichting
Naar mate de verontreinigingsgraad van de baggerspecie toeneemt zal de bodem van het depot moeten worden voorzien van een onderafdichting. Voor klasse 0, 1 en 2 baggerspecie wordt meestal geen onderafdichting voorgeschreven, voor klasse 3 en 4 vaak wel. Nadeel van een onderafdichting is dat het de ontwatering van de baggerspecie belemmert. De klasse-indeling is sinds 2008 vervangen door de nieuwe milieuhygiënische indeling voor baggerspecie op grond van het Besluit bodemkwaliteit, zie Behandelen en bestemmen van baggerspecie, Wettelijk kader voor toepassingsmogelijkheden van baggerspecie.
Een onderafdichting kan in twee categorieën worden ingedeeld: natuurlijke en kunstmatige. Bij een natuurlijke afdichting fungeert de aanwezige ondergrond als fysisch-chemische onderafdichting van het depot.
Bij een kunstmatige afdichting wordt op de bodem van het depot een folie (meestal een HDPE-folie) of een kleilaag, zonodig gemengd met organisch materiaal (veen, turf of compost), aangebracht. Een kunstmatige afdichting heeft als nadeel dat er geen gebruik kan worden gemaakt van percolatie naar de ondergrond. Er zal dan ook een drainagesysteem voor de afvoer van percolatiewater moeten worden aangelegd en, afhankelijk van de lokale situatie, een drainagesysteem voor de opvang en afvoer van grondwater onder het depot.
Een andere methode voor een onderafdichting is het mengen van een reactant zoals bruinkoolas met het zand van de bodem van het depot en de taluds. Hierdoor ontstaat een zelfherstellende water- en diffusiedichte precipitatielaag. Er is op dit moment nog weinig ervaring met deze techniek.
Onderstaande figuur geeft een principeschets van een doorgangsdepot voor rijping.

C HET TOEPASSINGSGEBIED

Milieueffecten
Het rijpen van baggerspecie heeft een zekere milieuverdienste tot gevolg, terwijl het behalen van deze verdienste gepaard gaat met een bepaalde milieubelasting. De milieuverdienste is in onderstaande tabel uitgedrukt in het prestatiegebied (type specie en type stoffen) en de milieuwinst. De milieuwinst bij rijping bestaat met name uit de ontwatering en structuurverandering van de specie, waardoor volumereductie verkregen wordt en de specie toepasbaar wordt.

Overzicht milieuverdiensten rijping

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 van de doorgangsdepots.

Toepassingsvoorwaarden
Beleidsmatige toepassingsvoorwaarden voor het kunnen/mogen toepassen van deze techniek zijn niet relevant omdat een chemische kwaliteitsverbetering niet tot het hoofddoel van de techniek gerekend wordt.
Vergunningtechnische toepassingsvoorwaarden betreffen inrichtingseisen die worden gesteld in het kader van de Wm, lozingseisen in het kader van de Wvo en mogelijk eisen vanuit de Wro.
Technische toepassingsvoorwaarden betreffen de acceptatiecriteria die in de praktijk worden gehanteerd voor baggerspecie die in behandeling genomen kan worden. Onderstaande tabel geeft hiervan een overzicht. In de praktijk wordt afhankelijk van de situatie uitgegaan van twee sets van criteria. De een betreft de veilige-intake (ondergrens) en de andere de risico-intake (bovengrens).

Samenvatting acceptatiecriteria voor intake van baggerspecie

Het toepassingsgebied
De contouren van het toepassingsgebied voor rijping in doorgangsdepots 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 “witte” gebieden is de techniek goed toepasbaar (gebleken), terwijl deze voor de “zwarte” gebieden niet toepasbaar is. Voor de “grijze” gebieden is toepassing van de techniek onzeker. Hoewel uit de tabel blijkt dat rijping in principe voor alle typen species ingezet kan worden, dient wel rekening gehouden te worden met de intake criteria van bovenstaande tabel.

Toepassingsgebied van rijping

De eindproducten na het bewerken van baggerspecie kunnen worden toegepast onder de voorwaarden van het Besluit bodemkwaliteit. De toegestane kwaliteit is bij de toepassing op of in landbodem 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.

Rijping is als op zichzelf staande techniek beschouwd, ofschoon het in de praktijk vaak als eerste stap binnen landfarming toegepast wordt. Het toepassingsgebied voor rijping van baggerspecie is bepaald voor de situatie dat het eindproduct voldoet aan een categorie 1 of 2 bouwstof volgens het voormalige Bouwstoffenbesluit.

Bij de inwerkingtreding van het Besluit bodemkwaliteit is de normering van veel parameters gewijzigd. Voor sommige stoffen is de normering soepeler geworden, maar voor sommige ook strenger. In de onderstaande tabel is het toepassingsgebied schematisch weergegeven voor de functieklasse industrie voor toepassing op of in de bodem en klasse A voor toepassing in oppervlaktewater.

De toepasbaarheid van rijpen als saneringstechniek is onafhankelijk van de zandfractie. Bepalend is het soort verontreinigingen.

Rijping van met zware metalen verontreinigde baggerspecie levert geen kwaliteitsverbetering op, en is dus als saneringstechniek niet toepasbaar. Derhalve is de techniek bij een cocktail van verontreinigingen ook niet toepasbaar.

Voor olieverontreinigingen is rijping mogelijk toepasbaar, afhankelijk van de fractieverdeling van minerale olie. Bij optimale rijping wordt de biobeschikbare oliefractie volledig omgezet. Afhankelijk van toekomstig beleid, waarbij minerale olie mogelijk getoetst gaat worden als afzonderlijke oliefracties, is rijping dan een toepasbare techniek. Ook voor PAK’s geldt dat uitsluitend de lichtere fracties biologisch afbreekbaar zijn. Opgemerkt wordt dat ‘optimale rijping’ qua proces nagenoeg gelijk is aan landfarming.

Voor organische microverontreinigingen is de techniek in principe niet toepasbaar. Mogelijke uitzonderingen zijn: lage beginconcentraties en gunstige redoxcondities waarbij enige afbraak in de zandfractie kan optreden.

D KOSTEN

De kosten voor rijpen van baggerspecie zijn in het algemeen sterk afhankelijk van locatiespecifieke omstandigheden en de hoeveelheid baggerspecie die gedurende de exploitatieduur van het depot wordt verwerkt. In geval van een exploitatieduur van 10 jaar en een jaarlijkse doorgangscyclus kunnen de kosten voor rijpen onder gunstige omstandigheden circa € 7 à € 9 per ton aangevoerde baggerspecie bedragen, overeenkomend met € 10 tot € 13 per in situ m3 (bij in situ dichtheid van 1400 kg/m3). Deze dichtheid is een gemiddelde voor slibrijke tot matig zandige baggerspecie Deze bedragen zijn exclusief de afvoer en afzet van het gerijpte materiaal.
De kosten voor natuurlijke ontwatering van zandrijke specie zullen veel lager liggen dan voor rijping in depot, omdat de benodigde verblijftijd een factor 9 tot 12 lager is.

E TRENDS EN ONTWIKKELINGEN

Enkele van belang zijnde trends en ontwikkelingen voor rijping betreffen:

Toeslagmiddelen
Er zijn natuurlijke en kunstmatige toeslagmiddelen op de markt die er op gericht zijn om de civieltechnische eigenschappen en het uitlogingsgedrag van grond te verbeteren. Deze toeslagmiddelen vormen, na toevoeging aan de specie, chemische bindingen met de gerijpte specie waardoor de stabiliteit wordt verhoogd en organische en anorganische verontreinigingen worden geïmmobiliseerd.

Begroeiing van baggerspecie
Het aanbrengen van begroeiing op baggerspecie zoals Italiaans raaigras, riet of koolzaad kan bijdragen bij de ontwatering van baggerspecie op grotere diepten door de wateronttrekking via de wortels en verdamping van dit water via de huidmondjes in het blad. De potentiële verdamping is voor ieder gewas verschillend, en is afhankelijk van de bewortelingsdiepte, het verdampend oppervlak van de plant, de zuigkracht van de wortels en de neiging om bij droog weer de huidmondjes open te houden of juist te sluiten, en daardoor al of niet door te gaan met transpiratie.

Het al dan niet aanbrengen van begroeiing op baggerspecie om het rijpingsproces te versnellen zal afhankelijk zijn van de uiteindelijke toepassing van de gerijpte specie. Door begroeiing zal het organische stofgehalte (als gevolg van beworteling) van het gerijpte materiaal toenemen, waardoor het minder of niet geschikt zal zijn voor constructieve aanvullingen en ophogingen.

Toepassingsmogelijkheden voor gerijpte specie
Op dit moment wordt gerijpte baggerspecie, welke op basis van de milieuhygiënische criteria toepasbaar is, voornamelijk toegepast voor niet-constructieve aanvullingen en ophogingen. Op basis van de ervaringen met deze toepassingen en (toekomstige) beleidsontwikkelingen behoort toepassing van gerijpte specie voor constructieve ophogingen en aanvullingen in de toekomst ook tot de mogelijkheden. Onderzoek heeft reeds uitgewezen dat gerijpte baggerspecie (matig) zandige en kleiige specie in principe geschikt is voor deze toepassingen wanneer wordt voldaan aan de Maximale Waarden uit het Bbk.