Bodemassen van afvalverbrandingsinstallaties

1. Beschrijving

1.1. Definitie

Bij de verbranding van huishoudelijke en gelijkgestelde afvalstoffen worden assen geproduceerd. De grove fractie die onderaan in de oven blijft liggen wordt bodemas genoemd, de fijne fractie die met de rookgassen wordt meegevoerd, wordt vliegas genoemd. De bodemassen die hier besproken worden zijn afkomstig van huisvuilverbrandingsinstallaties (HVVI). Het afval, verbrand in HVVI’s bestaat hoofdzakelijk uit huishoudelijk restafval en bedrijfsafval dat qua aard en samenstelling vergelijkbaar is met huishoudelijk restafval. Na behandeling van de bodemassen kunnen ze worden hergebruikt (bv. bouwsector) of op een stortplaats gebruikt als deklaag. Figuur 1 schetst de bedrijfskolom voor bodemasbehandeling.

Figuur 1. De bedrijfskolom voor bodemasbehandeling (Nielsen et al., 2008).

1.2. Hoeveelheden          

In 2012 telde Vlaanderen 10 verbrandingsinstallaties voor huishoudelijke afvalstoffen. Bij de 10 installaties gaat het om 8 intercommunaal uitgebate installaties, de installatie van de nv DALKIA te Knokke-Heist en de installatie van de nv Indaver te Beveren. Naast huishoudelijk afval wordt hier ook bedrijfsafval (en in mindere mate ook slib en niet risicohoudend medisch afval) verwerkt. De totale theoretische verbrandingscapaciteit in Vlaamse HVVI’s bij een stookwaarde van 10 GJ/ton bedroeg in 2012 1.300.000 ton. Er werd in de 10 installaties 1.217.103 ton verbrand (94% van de theoretische capaciteit) (OVAM, 2013b). Van deze hoeveelheid is ongeveer 71,6% of 872.000 ton afkomstig van het huishoudelijk afval (OVAM, 2013a).

In 2005 maakten bodemassen 20 % uit van de tonnage aan verbrandde afvalstoffen. Ongeveer de helft daarvan werd nuttig toegepast als grondstof. In het uitvoeringsplan Milieuverantwoord beheer van huishoudelijke afvalstoffen (2008) wordt er geraamd dat in 2015 er 921.000 ton huishoudelijk afval en 742.000 ton bedrijfsafval wordt verbrand, in totaal 1,66 miljoen ton afval. Dit levert 332.000 ton bodemassen, waarvan 166.000 ton een nuttige toepassing moet krijgen.

Er zijn in Vlaanderen twee behandelingsinstallaties waar bodemas kan opgewerkt worden tot een grondstof. Indaver behandelt jaarlijks ongeveer 100.000 ton bodemas waarvan ongeveer 10.000 ton wordt gerecycleerd als schroot en non-ferro metaal en 30.000 tot 35.000 ton wordt gevaloriseerd als grind en zand. Valomac verwerkt sinds 2005 ongeveer 80.000 ton bodemas afkomstig van Waalse en Vlaamse verbrandingsovens. Na de recuperatie van de ferro- en non-ferro-fractie en afvoer van de onverbrande niet-valoriseerbare residu’s, kan ruim 90 % van de inkomende ruwe bodemas worden gevaloriseerd als secundaire grondstof. Het grootste deel van de verwerkte bodemassen van Valomac (> 80%) wordt in Wallonië afgezet (Nielsen, 2008).

2. Wetgeving

2.1. Vlaamse wetgeving

Het gebruik van bodemas als grondstof wordt in Vlaanderen geregeld door het Vlaams reglement betreffende duurzaam beheer van materiaalkringlopen en afvalstoffen (VLAREMA). Het VLAREMA legt milieuhygiënische eisen op aan het gebruik van afvalstoffen. Voor de bodemassen is er, volgens het VLAREMA, een grondstofverklaring nodig. Zodra de afvalstof aan de vereiste voorwaarden, vastgelegd in VLAREMA, voldoet, verliest ze het statuut van afvalstof en wordt ze een grondstof.

  • Volgens bijlage 2.2. van VLAREMA komen bodemassen in aanmerking voor gebruik als bouwstof of voor gebruik in kunstmatige afdichtingslagen met waterglas.
  • Om de bodemassen in te zetten voor het gebruik als bouwstof moeten de criteria voor de samenstelling minimaal vervuld zijn: VLAREMA, art. 2.3.2.1.
  • Maximale totaalconcentraties aan organische verbindingen en metalen en maximale uitloogbaarheidswaarden van metalen worden vermeld in bijlage 2.3.2. van VLAREMA.

2.2. Europese wetgeving

De belangrijkste richtlijnen die betrekking hebben op (het hergebruik van) bodemassen zijn:

In de Europese BREF Waste Incineration (2006) zijn een aantal algemene BBT voor afvalverbranding beschreven, die van toepassing zijn op sub-sectoren van de afvalverbrandingsindustrie. De BBT besluiten uit de BREF die betrekking hebben op de verwerking van bodemas, zijn hieronder weergegeven:

In general BAT for waste incineration is considered to be:

  • the separation of remaining ferrous and non-ferrous metals from bottom ash, as far as practicably and economically viable, for their recovery (hoofdstuk 5.1 art. 52);
  • the treatment of bottom ash (either on or off-site), by a suitable combination of:
    1. dry bottom ash treatment with or without ageing, or
    2. wet bottom ash treatment, with or without ageing, or
    3. thermal treatment, or
    4. screening and crushing to the extent that is required to meet the specifications set for its use at the receiving, treatment or disposal site e.g. to achieve a leaching level for metals and salts that is in compliance with the local environmental conditions at the place of use (hoofdstuk 5.1 techniek 53).

Bovendien heeft de manier van afvalverbranding ook een invloed op de kwaliteit van de ruwe bodemas en de kwaliteit van de bodemasgranulaten die kan bereikt worden na behandeling.

De herziening van de BREF Waste Incineration wordt opgestart in 2014.

3. Inzameling, verwerking en recyclage

De mogelijkheid om bodemasgranulaat al dan niet te hergebruiken wordt bepaald door:

  • de hoeveelheid organisch materiaal;
  • de totale inhoud aan zware metalen;
  • de uitloging van (zware) metalen en zouten;
  • de fysische geschiktheid, bv. partikelgrootte en sterkte.

Ook verkoopfactoren, regelgevingen, beleidslijnen betreffende hun gebruik en lokale milieukwesties hebben een grote impact op het hergebruik van bodemasgranulaten.

Veel inspanningen werden reeds gemaakt om de milieukwaliteit van residu’s afkomstig van verbrandingsovens te verbeteren om tenminste een deel van het materiaal te kunnen hergebruiken. Zowel in-process als nabehandelingstechnieken worden hiervoor toegepast. In-process maatregelen hebben als doel om de verbrandingsparameters te veranderen om de verbranding te verbeteren of om de metaaldistributie over de verschillende residu’s te verplaatsen. Voor een overzicht van procesgeïntegreerde maatregelen bij verbranding verwijzen we naar de BBT studie voor behandeling van bodemas van huisvuilverbranding (Nielsen et al., 2008).

Nabehandelingstechnieken omvatten bijvoorbeeld een mechanische verwerking (zeven breken, etc.), een wasproces, een verouderingsproces, of een immobilisatie/stabilisatie proces van het materiaal (BREF Waste Incineration, 2006).

3.1. Inzameling en opslag

De totaal concentraties en uitloogkarakteristieken van onbehandeld bodemas kunnen sterk variëren. De kwaliteit is ook afhankelijk van de verbrandingsoven en van eventuele voorbehandelingen. Een ferro-scheiding aan de ingang van de verbrandingsinstallatie kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd. Een naverbranding in een trommeloven zorgt ervoor dat een zeer fijnkorrelig materiaal ontstaat met weinig ferro en non-ferro metalen en met zeer weinig onverbrand materiaal.

Het vochtgehalte van de bodemas is erg bepalend voor het resultaat van een verdere droge bodemasbehandeling. Een opslagperiode van bodemas voor de eigenlijke behandeling zorgt voor een reductie van het watergehalte van de bodemas door drainage van het overtollige water. Het resultaat is een veel droger materiaal (ca. 10-12% vocht, tov 15-20% van het binnenkomend bodemas), waardoor een eventueel verdere mechanische behandeling (ferro/non-ferro scheiding, fractioneren) geoptimaliseerd kan worden. Zeven en/of andere onderdelen van de behandelingsinstallatie zullen ook minder snel dichtslibben. De duur en wijze van opslag verschilt van installatie tot installatie (Nielsen et al., 2008).

3.2. Verwerking

Afhankelijk van de beoogde kwaliteit en de toepassing van het bodemas kunnen er verschillende nabehandelingstechnieken worden toegepast. Deze technieken kunnen op verschillende manieren gecombineerd worden. De voornaamste nabehandelingstechnieken kunnen onderverdeeld worden in (Nielsen et al., 2008):

  • Droge deeltjesscheiding/fractioneren

Via mechanische scheiding- en verwerkingsprocessen, zoals zeven, breken, etc. worden bodemasfracties van verschillende deeltjesgrootte gevormd. Deze processen zijn bedoeld om bodemas te verwerken tot granulaten, welke hergebruikt kunnen worden als bouwmateriaal, bijvoorbeeld in de wegenbouw. Deze granulaten moeten geschikte geotechnische eigenschappen hebben en mogen geen milieuschade teweeg brengen. Voornamelijk de korrelgrootteverdeling is van belang. Verscheidene mechanische processen zijn mogelijk om bodemas op te werken: voorafzeving, granulometrische scheiding (fractionering) door zeven, korrelgrootte reductie door het breken van grove delen en scheiding door middel van een windzifter om onverbrande fracties te verwijderen.

  • Natte deeltjesscheiding/fractioneren

Bij een natte deeltjesscheiding wordt de bodemas via verschillende natte methoden gescheiden in fracties met verschillende deeltjesgrootte. Deze methode is vooral gericht op de afscheiding van de 0-2 mm fractie. Aangezien een groot deel van de uitloogbare componenten en organische componenten verbonden is met de fijne fractie resulteert dit in een verminderde uitloging van de overgebleven bodemasfractie(s) (> 2 mm) (BREF Waste Incineration, 2005). Als eindproduct bekomt men een slib- en zandfractie en één of meerdere bodemasgranulaten.

  • Ferro en non-ferro afscheiding

De noodzaak om een ferro- en non-ferro-afscheiding uit te voeren, is sterk afhankelijk van de initiële metaalinhoud van de bodemas. Het wordt ook sterk beïnvloed door de manier van collectie en voorbehandeling van het afval alvorens het verbrand wordt. Bijvoorbeeld in gebieden met een zeer uitgebreide huishoudelijke afvalscheiding is de initiële metaalhoeveelheid aanzienlijk kleiner. Vaak worden ferro-metalen afgescheiden bij de verbrandingsovens (na verbranding). In sommige verbrandingsovens worden (geshredderde) metalen vaten reeds verwijderd met magneten vóór de verbranding (BREF Waste Incineration, 2005).

  • Verouderen

Onbehandelde bodemas is chemisch nog reactief. Met de term “verouderen” of “rijpen” wordt een reeks van gerelateerde processen bedoeld zoals carbonatatie, hydratatie, oplos- en neerslagreacties, sorptie, oxidatie- en reductiereacties, complexatie, vorming van mineralen en microbiële activiteit. Het doel van het verouderingsproces is dan ook het verminderen van de overblijvende reactiviteit en het verbeteren van de technische eigenschappen.

  • Wassen

Bij het wassen wordt met behulp van water, met of zonder additieven, een deel van de verontreinigingen (metalen en zouten) uit de bodemas verwijderd. De wasstap kan ingevoerd worden in het proces zelf (procesgeïntegreerd wassen). De wasstap kan tevens na het verbrandingsproces uitgevoerd worden.

  • Verglazing en sinteren

Thermische immobilisatietechnieken zijn afkomstig van de glasnijverheid en de behandeling van nucleair afval. De aangewende temperaturen variëren tussen 1100 en 2000°C. Veel hogere vlamtemperaturen worden soms aangewend voor plasmasystemen. Plasmasystemen worden gebruikt voor verglazen en smelten van verschillende anorganische afvalstromen, waaronder bodemas en vliegas.

  • Koud immobiliseren (stabiliseren/solidificeren)

Immobiliseren wordt gebruikt als een algemene term om de vermindering van de mobiliteit van een verontreiniging aan te duiden, ongeacht of deze gebaseerd is op stabilisatie of solidificatie. Het begrip ‘stabilisatie’, verwijst naar de immobilisatie van de verontreiniging door het aangaan van een stabielere chemische binding. Dit is het proces waarbij contaminanten (bv. zware metalen) volledig of gedeeltelijk worden gebonden door de toevoeging van bindmiddelen. ‘Solidificatie’ is dan weer het inkapselen van de verontreiniging in een vaste matrix. Voor het solidificatie proces worden additieven gebruikt die de fysische karakteristieken (zoals sterkte, samendrukbaarheid, en/of permeabiliteit) beïnvloeden.     

3.3. Recyclage

In het Monitoringsysteem Duurzaam Oppervlaktedelfstoffenbeleid (MDO, 2013) wordt het gebruik van bodemassen ter vervanging van Vlaamse primaire delfstoffen voor de bouwsector onderzocht. Wat de AVI-bodemassen[1] betreft werd er bovenop de totaal geleverde hoeveelheid als alternatieve grondstoffen (56 Kton), nog ongeveer 40 Kton bodemassen ingezet als opvullaag voor stortplaatsen. Het gebruik van AVI-bodemassen op een stortplaats wordt in de meeste gevallen niet beschouwd als nuttige toepassing, maar wel als storten. In vergelijking met 2010 werd er in 2011 ongeveer 10 Kton meer AVI-bodemassen geleverd als alternatieve grondstof binnen Vlaanderen.

Momenteel loopt het MIP-project GREENASH: Groene technologie voor minerale grondstoffen: valorisatie van materialen en energie uit bodemassen (tot eind 2014). Het gebruik van bodemassen in vormgegeven toepassingen gecombineerd met de productie van energie uit H2 geproduceerd door een alkalische behandeling van bodemassen is nieuw. De uitdagingen voor het succesvol ontwikkelen van het GREENASH-concept in deze studie zijn:

  • Energieproductie: in kaart brengen van de randvoorwaarden voor optimale energieproductie door het optimaliseren van H2-productie uit bodemassen.
  • Bodemasvalorisatie: optimaliseren van de bodemaskwaliteit in functie van hoogwaardig hergebruik van bodemassen in vormgegeven beton-toepassingen. Hierbij vormen zowel het verbeteren van de technische kwaliteit als de milieuhygiënische kwaliteit een uitdaging.
  • Water: kennisopbouw voor het optimaliseren van de samenstelling van het water in functie van het chemisch behandelen van bodemassen in functie van optimale non-ferro verwijdering.
  • Integratie van de kennisopbouw in een behandelingsconcept.
 

[1] AVI = afvalverbrandingsinstallatie. In het MDO worden onder de AVI-bodemassen zowel de reeds tot alternatief verwerkte HVI-bodemassen (huisvuilverbrandingsinstallatie) als de bodemassen afkomstig van papier- en houtverbranders verstaan.

 

4. Referenties en contactpersonen

  • MDO, 2013. Monitoringsysteem Duurzaam Oppervlaktedelfstoffenbeleid. Inzet primaire delfstoffen en alternatieve grondstoffen in Vlaanderen in 2011. LNE, OVAM, VITO.
  • MIP-project GREENASH
  • Nielsen, P. 2008. Actualisatie inzet alternatieven ter vervanging van primaire oppervlaktedelfstoffen. Studie in opdracht van Dienst Natuurlijke Rijkdommen, Afdeling Land en Bodembescherming, Ondergrond, Natuurlijke Rijkdommen (ALBON), Departement LNE.
  • Nielsen, P., Kenis, C., Vanassche, S., Vrancken, K. 2008. BBT voor behandeling van bodemas voor huisvuilverbranding. Gent, Academia Press, 2008, xii + 119 pp.
  • OVAM, 2008. Uitvoeringsplan Milieuverantwoord beheer van huishoudelijke afvalstoffen. Mechelen, 200 pp.
  • OVAM, 2013a. Inventarisatie huishoudelijke afvalstoffen 2012. Mechelen, 67 pp.
  • OVAM, 2013b. Tarieven en capaciteiten voor storten en verbranden - Actualisatie tot 2012. Mechelen, 37 pp.