Natuurlijke verwerkingstechnieken voor baggerspecie, Principe van biologische reiniging

Doel

Het doel van biologische technieken is het verwijderen van organische verontreinigingen, door middel van bacteriële afbraak.

Principe

Micro-organismen (bacteriën, schimmels) kunnen sommige organische verontreinigende stoffen gebruiken voor hun groei en/of energiehuishouding. Niet alle soorten verontreinigende stoffen kunnen worden afgebroken. Zware metalen bijvoorbeeld dienen met andere technieken te worden verwijderd. Ook zijn niet alle soorten micro-organismen in staat alle soorten organische stoffen af te breken. Verder geldt dat de micro-organismen alleen actief zijn wanneer een voor hen geschikt milieu aanwezig is. Met name de zuurgraad, de aanwezigheid van lucht en de temperatuur zijn hierbij van belang. De technologische uitwerking van deze technieksoort richt zich met name op het (kosteneffectief) aanleggen van de juiste procescondities. Een laatste van belang zijnd aspect voor de resultaten van de reiniging is de wijze waarop de verontreinigende stoffen in het sediment aanwezig zijn (verschijningsvorm). Sterk gebonden stoffen zullen langzaam afgebroken worden, omdat ze niet bereikbaar (niet biobeschikbaar) zijn voor de organismen. Deze verschijningsvorm kan per specie variëren en is sterk bepalend voor de verblijftijd (en daarmee de kosten) van biologische technieken [1 en 2].

Technieksoorten

Op basis van de wijze waarop de zuurstofinbreng geregeld is, worden de biologische technieken onderverdeeld in vier biotechnologische concepten. Deze zijn in onderstaande figuur weergegeven [1 en 2].

Reiniging in situ
Reiniging in situ vindt plaats in de waterbodem zelf en is bedoeld voor de afbraak van PAK, olie en organisch materiaal (reductie slibvolume). Het voordeel van deze aanpak is dat baggeren niet meer nodig zou zijn, zodat een simpele en een goedkope oplossing zou kunnen worden geboden. De techniek is onderzocht en niet effectief gebleken.
Opgemerkt wordt dat in het aerobe deel van de waterbodem, de grenslaag met het oppervlaktewater, altijd enige afbraak optreedt. In het anaërobe deel van de waterbodem treedt afbraak op van gechloreeerde verbindingen (dechlorering). Het is afhankelijk van de kwaliteit van de zwevende stof in een watergang, sedimentatie, diffusie en menging van de bovenste lagen sediment of er een geleidelijke verbetering optreedt van de kwaliteit van het sediment. Kwaliteitsverbeteringen zijn alleen meetbaar over lperioden van enkele tientallen jaren.

Reiniging in depot
Het concept reiniging in depot is gericht op de afbraak van gechloreerde stoffen en vindt plaats gedurende berging in depot. De clou ligt in het feit dat voor dit type stoffen eerst een anaërobe periode nodig is en vervolgens een aërobe periode. Hieraan kan tijdens berging in depot gemakkelijk worden voldaan vanwege het van nature anaërobe milieu van de waterbodem. Door het aanbrengen van een laag water boven de specie wordt de zuurstofloosheid gehandhaafd. Voor de tweede stap (mineralisatie) kan het depot ontwaterd worden, waardoor lucht in de specie kan doordringen en een ‘landfarmachtig’ concept ontstaat. Door deze sturing van procescondities en met minimale bewerkingen worden de verontreinigende stoffen op natuurlijke wijze omgezet. Het rpoces is extensief. Kwaliteitverbeteringen van de specie kunnen naar schatting alleen worden gerealiseerd over perioden van ca. tien jaar of meer.

Reiniging in landfarms
Reiniging in landfarms is een concept gericht op de aanpak van met minerale olie en/of PAK vervuilde baggerspecie. De benodigde lucht wordt verkregen door de specie te laten ontwateren en rijpen, waarna lucht in de specie kan diffunderen om in de benodigde zuurstof te voorzien. Het verkrijgen en behouden van een goede structuur is het belangrijkste bij dit concept. Het concept is daarom minder geschikt voor fijne fracties na hydrocyclonage, waarmee een te vaste structuur ontstaat.

Reiniging in reactoren
Reiniging in Reactoren is eveneens een concept met name gericht op de aanpak van met minerale olie en/of PAK vervuilde baggerspecie. In de benodigde zuurstof wordt voorzien door de specie te verdunnen en vervolgens intensief mechanisch te beluchten. De slurry wordt verwarmd en geroerd. Bioreactoren kunnen worden toegepast op de fijne fractie na hydrocyclonage ofwel op ongescheiden specie. Er zijn twee technieken binnen het concept te onderscheiden, die tot aan demonstratieschaal zijn gevalideerd.