Immobilisatie van baggerspecie, Uitgangspunten ontwerp

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.

Een belangrijke reden om te kiezen voor immobilisatie van verontreinigde baggerspecie, is het streven naar producten die vrij toepasbaar zijn in civieltechnische werken. Dit streven bepaalt in belangrijke mate de keuze voor een bepaalde immobilisatietechniek. Hierbij is het Besluit bodemkwaliteit (Bbk) van groot belang. Daarin zijn namelijk, voor de toepassing van zowel vormgegeven bouwstoffen als niet-vormgegeven bouwstoffen en grond en baggerspecie, een aantal eisen opgenomen. Ten aanzien van metalen wordt beoordeeld op basis van de emissie van de bouwstof. Ten aanzien van de organische contaminanten wordt beoordeeld op basis van de samenstelling: het totaalgehalte aan organische contaminanten mag niet hoger zijn dan een bepaalde concentratie. Dit betekent, dat in geval van met organische contaminanten verontreinigde specie, koude technieken al snel niet meer aan de milieuhygiënische eisen kunnen voldoen, en dus geen direct toepasbaar product verkregen wordt.

Bij de behandeling kan een aantal stappen onderscheiden worden: de voorbehandeling, waarin bijvoorbeeld zand afgescheiden wordt en de ontstane slibfractie ontwaterd en gedroogd wordt, de daadwerkelijke immobilisatie, en de nabehandeling van het immobilisaat en de verwerking van de afvalstromen.

Fractiescheiding
Thermische technieken zijn, per ton geproduceerd immobilisaat, betrekkelijk kostbaar. Het is daarom zaak, zoveel mogelijk (schoon) zand van tevoren af te scheiden, om de hoeveelheid te behandelen materiaal klein te houden. Dit kan door middel van natuurlijke sedimentatie, maar veelal wordt het zand d.m.v. hydrocyclonage afgescheiden om een hoge graad van scheiding te behalen. Dit geldt met name voor smelten, bij sinteren moet de specie nog wel een zekere hoeveelheid zand bevatten, omdat anders de korrels niet vormvast worden. In geval van te weinig zand moet zelfs zand worden toegevoegd. Daarnaast wordt, om verkleven van de korrels aan elkaar en aan de wand van de oven te voorkomen, een kleine hoeveelheid extra zand in de oven gevoerd (het zogenaamde paneerzand). Voor koude technieken is het veelal niet nodig eerst zand af te scheiden; integendeel, om een voldoende sterk product te krijgen is een minimale hoeveelheid zand nodig, waardoor aan heel kleiachtige species soms zelfs zand moet worden toegevoegd.

Ontwatering
De wijze van ontwateren hangt af van het gewenste vochtgehalte bij de immobilisatie. Cement hardt uit als het reageert met water, daarom is voor de immobilisatie met cementeringstechnieken vochtig materiaal nodig. Vaak wordt d.m.v. rijping al een voldoende laag vochtgehalte bereikt. Bijkomend voordeel van het rijpen is, dat tegelijkertijd een deel van de organische contaminanten wordt afgebroken.
Voor thermische technieken is een zo laag mogelijk vochtgehalte gewenst. Meestal wordt eerst mechanisch ontwaterd (m.b.v. zeefbandpers of hogedrukpers). Vervolgens wordt de ontwaterde fijne stoffractie gedroogd met de restwarmte uit de oxidatie oven bij temperaturen van ca. 130 °C om de capaciteit van de sinter- c.q. smeltoven en het energieverbruik (en daarmee de kosten) te beperken.

Immobilisatie
Bij de thermische verwerking kunnen verschillende stadia onderscheiden worden: de voorverwarming, de sintering of smelt, en de verglazing of kristallisatie. Tijdens de voorverwarming wordt het nog aanwezige water verdampt en het organische materiaal verbrand (‘uitgloeien’). Dit laatste vindt plaats bij temperaturen van 300-900 °C. Hierdoor neemt tijdens de voorverwarming het volume en het gewicht van het materiaal al sterk af.

De nabehandeling
Tijdens de thermische verwerking zal een groot deel van de verontreinigingen vervluchtigen. In de naverbrander verbranden alle organische verbindingen. De vervluchtigde metalen en andere stoffen moeten worden afgevangen in de rookgasreiniging. Het afvalwater afkomstig van de ontwatering, het drogen, en van de rookgasreiniging moet in een waterzuiveringsinstallatie behandeld worden. Rookgasreinigingsresidu kan voor een deel worden teruggevoerd in het proces.

De producten
Koude immobilisatie door middel van cementering levert een betonachtig materiaal op.

Bij sintering kunnen verschillende producten ontstaan. Als voorafgaand aan de sintering het materiaal gepelletiseerd wordt, ontstaat kunstgrind (bijvoorbeeld Ecogrind). Als deze vormgevingstap achterwege gelaten wordt, ontstaat een fijnkorrelig (100-200 µm) materiaal. De sinterproducten zijn vooral geschikt als toeslagstof in asfalt of cementbeton.

Na smelten kan de smelt in vormen gegoten worden voor de productie van bijvoorbeeld zetstenen. Dit is de meest waardevolle toepassing. Als granulaat kan het worden toegepast in gebonden vorm, bijvoorbeeld als toeslagstof in cementbeton.