Immobilisatie van baggerspecie, Principe
Immobilisatie is een behandeling waarbij de fysische en/of chemische eigenschappen van een afvalstof worden gewijzigd, zodanig dat de kans op verspreiding van milieuverontreinigende stoffen door uitloging, erosie of verstuiving zowel op de korte als op de lange termijn wordt verminderd.
Op basis van het werkingsprincipe kunnen de immobilisatietechnieken in de volgende groepen worden gesplitst: immobilisatie met anorganische (‘hydraulische’) bindmiddelen, immobilisatie met organische bindmiddelen en thermische immobilisatie (sinteren en smelten).
De immobilisatietechnieken die gebruikmaken van bindmiddelen worden ook wel ‘koude immobilisatietechnieken’ genoemd, in tegenstelling tot de thermische technieken. Er wordt een onderscheid gemaakt naar het type bindmiddel dat wordt gebruikt: anorganische bindmiddelen (ook wel hydraulische bindmiddelen genoemd) of organische bindmiddelen.
Bij immobilisatie met anorganische (‘hydraulische’) bindmiddelen worden de verontreinigingen in de specie via verharding in een slecht waterdoorlatende matrix ingekapseld. Het principe berust op cementering met bijvoorbeeld Portlandcement, synthetische slakken, vulkanische afzettingen of vliegas. Afhankelijk van de mate van hydraulische werking van het bindmiddel is toevoeging van kalk of loog noodzakelijk om de cementeringsreactie op gang te brengen [7]. De vastlegging vindt zowel op fysische als op chemische wijze plaats. Vooral aan de vaste deeltjes gebonden verontreinigingen worden op deze wijze geïmmobiliseerd.
De techniek is geschikt voor de meeste soorten specie, mits het percentage organische stof niet te hoog is (meestal wordt een percentage van 10% nog verwerkbaar geacht). Om het immobilisaat vrij toe te kunnen passen, mag het gehalte aan organische contaminanten niet hoger zijn dan de gehalten die in het Besluit bodemkwaliteit hiervoor genoemd zijn.
Daar deze technieken ontwikkeld zijn als stabilisatietechnieken in de wegenbouw, zijn ze, zij het met schoon materiaal, al op grote schaal toegepast. Met verontreinigde specie is de ervaring tot nu toe echter nog beperkt. Het is voornamelijk op eigen terrein toegepast.
Als organische bindmiddelen worden gebruikt, vindt de immobilisatie plaats door inkapseling van de verontreinigde specie. Na droging van de baggerspecie wordt het materiaal gemengd met een organisch bindmiddel (bekendste voorbeeld is asfaltbitumen) dat door verwarming plastisch is gemaakt (thermoplasten) of door menging met een polymeer (bijvoorbeeld een hars) dat in zuur milieu uithardt (thermoharders). Deze technieken zijn in de VS ontwikkeld voor het verharden van radioactief afval. Deze technieken worden vooral gebruikt voor de immobilisatie van nucleair afval. Voor transport en opslag van het materiaal zijn secundaire containers nodig; de techniek is daarom minder geschikt voor de immobilisatie van verontreinigende stoffen in baggerspecie.
Bij thermische immobilisatietechnieken wordt het materiaal in een oven verhit. Verontreinigingen als oliecomponenten, PAK, PCB, etc. worden hierbij uitgedampt en vervolgens verbrand, en een deel van de anorganische verontreinigingen vervluchtigt (metalen als cadmium en kwik). De overige anorganische verontreinigingen worden vastgelegd in de matrix. Er worden twee technieken onderscheiden: sinteren en smelten.
Bij sintering wordt het materiaal verhit tot 1150-1200 °C, en worden de assen dermate lang op deze temperatuur gehouden dat een begin van vervloeiing van de minerale slibdeeltjes optreedt (partiële versmelting). Hierbij ontstaat een granulair materiaal. Veelal wordt echter voorafgaand aan de sintering het materiaal gepelleteerd. Het product is dan een soort ‘lichtgewicht’ kunstgrind, met een lagere dichtheid dan natuurlijk grind.
Smelten is vergelijkbaar met sinteren, alleen wordt bij een nog hogere temperatuur (1300-1500 °C) gewerkt, en wordt het materiaal dusdanig lang op deze temperatuur gehouden dat totale smelt van het materiaal optreedt. Afhankelijk van de snelheid van koelen ontstaan verschillende producten. Snel afkoelen leidt tot vorming van een amorf materiaal (glas); de techniek heet dan verglazen. Door langzaam te koelen kan, indien de smelt de juiste samenstelling heeft, volledige kristallisatie optreden, waarbij een op basalt lijkend product (‘kunstbasalt’) ontstaat.
In principe kunnen thermische technieken alle soorten specie verwerken, al zijn ze met name interessant voor sterk slibrijke species en het residu van specie na het afscheiden van de grove fractie.
Met deze technieken is inmiddels ervaring op semi-praktijkschaal.