Richtlijn herstel en beheer (water)bodemkwaliteit

Natuurlijke verwerkingstechnieken voor baggerspecie, Bioreactoren voor reiniging van baggerspecie

Algemeen
Het concept reiniging in reactoren is met name onderzocht voor de aanpak van met olie en PAK verontreinigde specie. In de voor de afbraak van deze stoffen benodigde zuurstof wordt voorzien door de specie met water te verdunnen tot een slurry en deze vervolgens mechanisch te beluchten. Om de slurry in beweging te houden kunnen roermechanismen gebruikt worden. Verdere stimulans van de biologische afbraak vindt plaats door middel van verwarming, pH-regeling en toevoeging van nutriënten en soms entmateriaal of koolstofbronnen. Reiniging in reactoren leidt door de intensievere aanpak tot een snellere reiniging dan reiniging in landfarms. Reiniging in reactoren kan worden toegepast op ongescheiden specie of op de fijne fractie na hydrocyclonage. De keuze is afhankelijk van de specie. Vaak is de zware fractie op eenvoudige en doelmatige wijze met fysisch/chemische technieken te verwerken tot aan een herbruikbaar product dan wel een toepasbare bouwstof. In deze situaties kan het effectief zijn om alleen de fijne fractie biologisch te reinigen. Aandachtspunten bij de ontwikkeling en operationalisering van reactoren zijn:

  1. een kosteneffectief beluchtingssysteem;
  2. een optimaal drogestofgehalte (hogere capaciteit).

De reiniging start altijd met een adaptatiefase, waarin de bacteriën zich aan de omgeving (procescondities en de te reinigen specie) aanpassen. Daarna start de biologische afbraak volgens het bekende patroon: een snelle eerste fase, gevolgd door een trage tweede fase. In de tweede fase zijn nog weinig biobeschikbare verontreinigende stoffen over. In deze tweede fase adapteren de bacteriën weer aan deze situatie van weinig voedsel.

Binnen reiniging in reactoren wordt onderscheid gemaakt in twee varianten op basis van de wijze van procesvoering, te weten batch slurrysystemen en continue slurrysystemen. In een batchsysteem wordt de te reinigen slurry éénmalig in de reactor gebracht en weer verwijderd nadat de afbraak voltooid is. In een continue procesvoering wordt de te reinigen slurry met een constante snelheid ingevoerd en het product met dezelfde snelheid afgevoerd.

Het voordeel van een continu systeem is dat minder tijd verloren gaat in de opstartfase en de uitloopfase voor iedere charge. Na een initiële adaptatie verandert er nog weinig in het aanbod aan verontreinigende stoffen voor de bacteriën. Een constante stroom verse specie wordt immers ingevoerd. De bacteriën komen in een stabiele situatie, die niet meer wijzigt. Ook is daardoor een betere procesvoering (instelling pH, temperatuur, nutriënten, etc.) mogelijk. In het algemeen verloopt de afbraak in continue systemen dan ook sneller en beter dan in batchsystemen.

Batch slurrysystemen
Begin 90’er jaren is gestart met de ontwikkeling van bioreactoren voor baggerspeciereiniging, door middel van een batchgewijze procesvoering [8]. Het idee van het beluchtingsbassin is gebaseerd op het batchgewijs behandelen van de fijne fractie na hydrocyclonage. De fijne deeltjes kunnen met geringe inspanning in suspensie gehouden worden, door middel van beweegbare beluchtingselementen onder in een rechthoekige reactor. Aparte roermechanismen zijn niet nodig. Gebleken is dat de kosten voor een batchgewijze uitvoering gelijk zijn aan die van een continue procesvoering. Omdat met een continue procesvoering een betere processturing en rendement bereikt kan worden, zal de verdere operationalisering van batchsystemen waarschijnlijk beperkt zijn. Wel zijn batchsystemen op kleine schaal (enkele liters) geschikt om biodegradatieproeven [1 en 2] uit te voeren, voor het vaststellen van het afbraakpatroon van species.

Continue slurrysystemen
Het Fortec reactorsysteem is eveneens gericht op de reiniging van fijne fracties na zandafscheiding. In een serie van bioreactoren wordt de slurry (d.s.-gehalte ca. 20%) mechanisch geroerd en belucht. Het Fortecsysteem is gedemonstreerd in een installatie met een gezamelijke reactorinhoud van ca. 500 m3, waarin 1500 m3 fijne fractie is gereinigd [9]. Het Slurry Decontamination Process (SDP) is een reactorsysteem waarmee ook ongescheiden specie in een slurry (d.s.-gehalte ca. 30%) gereinigd kan worden [10]. Ook het SDP kent een serie van reactoren, waarbij in de eerste reactor (DITS: Dual Injected Turbulent Separation) deeltjes groter dan 210 µm worden afgescheiden (veelal slechts enkele percentages van de totale droge stof) en wordt door de grote turbulentie deeltjesverkleining (vergroting van de biobeschikbaarheid) verkregen. In deze eerste reactor vindt het merendeel van de biologische afbraak plaats, terwijl in de navolgende cascade van bioreactoren de resterende verontreinigende stoffen worden verwijderd. Het SDP is getest in pilot- opstelling met een inhoud van ca. 3 m3, waarin ca. 15 m3 specie is gereinigd.