1. Procesbeschrijving
1.1. Inleiding
Met behulp van mechanisch ontwateren (zeefbandfilterpers, kamerfilterpers) kan van slib (bagger- en ruimingsspecie, RWZI-slib) of digestaat een steekvast product gemaakt worden dat kan gebruikt worden in verdere toepassingen of dat geschikt is voor verdere verwerking. Indien de toegevoerde specie voldoet aan de minimale milieu-technische randvoorwaarden kan het eindproduct gebruikt worden als bodem of als niet vormgegeven bouwstof bijvoorbeeld voor de aanleg van geluidswallen of andere landschapsprojecten. Door de snelheid van de mechanische ontwateringstechniek wijzigt de milieutechnische kwaliteit van het product niet.
Het voordeel van de mechanische ontwateringstechnieken ten opzichte van de natuurlijke ontwatering (lagunering) is een geringer ruimtebeslag. Ook wanneer een snelle ontwatering wenselijk is, is de inzet van een mechanische ontwateringstechniek haast noodzakelijk.
1.2. Werkingsprincipe
Het mechanisch ontwateren gebeurt meestal aan de hand van een zeefband- of kamerfilterpers. Alvorens een zeefbandpers of kamerfilterpers kan worden ingezet voor het ontwateren moeten een aantal voorbehandelingsfasen gerealiseerd worden:
- verwijdering van de grove fractie (stenen, plastiek, hout en dergelijke), bv. aan de hand van een trilzeef van 2 mm;
- afscheiding van de fractie groter dan 60 μm door middel van hydrocyclonen, dit om overdreven slijtage van de installatie te voorkomen wanneer het zandgehalte van de specie meer dan 5 tot 10% bedraagt of om de zandfractie te recupereren indien er voldoende zand aanwezig is ( > 40%);
- indikking van het slib/watermengsel door middel van sedimentatie.
Een zeefbandpers is een continu proces. Het is een installatie waarbij de te ontwateren specie op een continue wijze tussen twee ronddraaiende oneindige poreuze filterbanden wordt geperst. De specie wordt door de banden meegevoerd terwijl de beschikbare ruimte tussen beide banden door middel van drukrollen steeds smaller wordt. Hierdoor wordt het poriënwater, doorheen de filterband, uit het slib geperst. Als de specie de drukzone gepasseerd is, wordt de ontwaterde specie van de zeefbanden geschraapt. Droge stofgehalten van 35% tot maximaal 50% zijn haalbaar.
Bij kamerfilterpersen wordt de ontwatering gerealiseerd door de specie onder druk (13-15 bar) in een gesloten ‘kamer’ te pompen. De kamers worden gevormd door tegen elkaar gelegen vierkante platen die met een druk van 300 bar tegen elkaar worden gedrukt. De platen hebben langs de gehele omtrek aan beide zeiden een verdikte wand, zodat twee platen tegen elkaar een kamer vormen. De diepte van de kamers kan variëren tussen 2 en 8 cm. Het aantal platen kan afhankelijk van de benodigde capaciteit 50 tot 150 bedragen. Een filterkamer is aan beide zijden voorzien van een filterdoek. De vaste deeltjes worden in de filterkamers afgezet en het afgescheiden filtraat wordt door het filterdoek in een gesloten systeem afgevoerd voor eventuele waterzuivering. De vaste stof wordt daarbij door een voor de kamerwand gespannen filterdoek tegengehouden. Na het persen worden de kamers geopend en valt het slib indien de ontwatering goed is verlopen vanzelf op een onderliggende transportband of vrachtwagen. Hiermee is één werkslag (batch of perscyclus) voltooid en kan er opnieuw specie worden ingebracht. Om de 10 tot 15 perscycli moeten de filterdoeken gereinigd worden door middel van een automatische hogedruk-sproei-installatie.
Een variante op de kamerfilterpers is de membraanfilterpers. Hierbij is er tussen de filterplaat en het filterdoek een elastisch membraan aangebracht. Nadat de persen door drukpompen (max 6 bar) zijn gevuld kan het membraan (één per kamer) door middel van waterdruk (15 bar of hoger) worden opgespannen. Het kamervolume wordt hierdoor verkleind en de slibkoek wordt nageperst. Door deze techniek kan de perstijd gereduceerd worden tot de helft of minder en wordt een hoger en gelijkmatiger droge stofgehalte gerealiseerd.
De hoeveelheid specie die per werkslag door de pers wordt verwerkt hangt af van het vaste stofgehalte van de toegevoerde specie en van het beschikbare volume in de ‘kamer’. Het volume van de kamer varieert van 0,5 tot 2 m³. Bij een laag droge stofgehalte kan er veel specie per werkslag verwerkt worden. Bij een hoog droog stofgehalte daarentegen wordt de perstijd aanzienlijk gereduceerd. Er kan een droge stofgehalte van 50 tot 70% gehaald worden.
De volgende elementen en randvoorwaarden zijn belangrijk bij de keuze van de procesparameters:
- het gehalte aan organische stof;
- de korrelgrootteverdeling van de specie;
- het zoutgehalte in de specie;
- de temperatuur;
- de verontreinigingen.
1.3. Toepassingsgebied
De specie moet in vloeibare vorm toegevoerd worden voor een gelijkmatige en volledige vulling van de verschillende toestellen. Verder moet de specie zo homogeen mogelijk zijn qua samenstelling, druk en debiet dit om een gelijkmatig proces te realiseren en een eindproduct te produceren met voorspelbare en reproduceerbare karakteristieken. Een concentratie van de vaste stof van 10 tot 25% is aangewezen. In principe zijn alle species (technisch) ontwaterbaar. Echter, bij sommige species (zeer hoog organische stof gehalte en/of nagenoeg uitsluitend materiaal < 16 µm of zelfs < 2 µm) is mechanische ontwateren financieel niet meer haalbaar. De limieten hiervoor worden sterk beïnvloed door de kosten voor berging van de niet-ontwaterde specie. De toepassing van het ontwaterde materiaal bepaalt welke mechanische ontwateringstechniek het meest economisch is.
De belangrijkste voordelen van een zeefbandpers zijn:
- grote bedrijfszekerheid;
- een continu proces;
- weinig arbeidsintensief;
- relatief hoge droge stofgehaltes (in vergelijking met niet-mechanische technieken);
- inzetbaar bij wisselende specie-typen;
- het filtraat (uitgeperst water) is van redelijke kwaliteit;
- het proces is visueel goed te volgen.
De kamerfilterpers is geschikt voor zowat alle specie-types en soorten slib (bv. RWZI slib). Er kan een droge stof gehalte gerealiseerd worden van ongeveer 60 à 70% met traditionele kamerfilterpersen en tot 75% met membraankamerfilterpersen tegenover 45 tot 50% met zeefbandfilterpersen. Hierdoor zijn de directe toepassingsmogelijkheden van de ontwaterde specie ruimer in vergelijking met de zeefbandfilterpersen. De ontwaterde specie kan meestal zonder verdere behandeling worden gebruikt ook voor toepassingen op het land. De ontwaterde specie bevat wel nog resten van eventueel toegevoegde conditioneringmiddelen (vlokmiddelen). De toevoeging van vlokkingsmiddelen zoals ijzer- en calciumverbindingen heeft voor grondconstructies in het algemeen gunstige effecten, zoals grotere stevigheid en enigszins hogere resistentie tegen erosie.
2. Milieuaspecten en energie
In tegenstelling tot de lagunering, komt het water tijdens mechanische ontwatering op een andere manier vrij. Vooreerst komt het water met een eerder continu debiet (m3/u) vrij, waarbij schommelingen op korte termijn en lange termijn (non-activiteit door onderhoud, geen aanvoer bagger- en ruimingsspecie) kunnen voorkomen. Enkel de korte termijnschommelingen zijn eenvoudig op te vangen naar continuïteit van een eventuele waterzuivering toe. Het water dat vrijkomt bij mechanische ontwatering is in hoofdzaak filtraatwater. Alle water dat uit het slib verdwijnt dient effectief geloosd te worden. In tegenstelling tot lagunering wordt het debiet bij werking van de mechanische ontwatering niet beïnvloed door evaporatie of neerslag. De verontreinigingen zijn voornamelijk gebonden aan de zwevende stofdeeltjes. Een zuivering van het effluent is meestal nodig alvorens te lozen. In tegenstelling tot laguneren wordt bij mechanische ontwatering steeds een flocculant aangewend, dat het mogelijk maakt het slib voldoende snel te persen. Het soort flocculant (organisch of anorganisch) kan de filtraatwaterkwaliteit sterk beïnvloeden.
Voor een overzicht en technische beschrijving van mogelijke afvalwaterzuiveringstechnieken verwijzen we naar WASS-tool (waterzuiveringstechnieken) op de EMIS website en de BBT-studie voor verwerkingscentra van bagger- en ruimingsspecie.
Bagger- en ruimingsspecie bevat geen hoge concentraties vluchtige stoffen en biologische afbraak van organisch materiaal tijdens het ontwateringsproces zal verwaarloosbaar zijn. De emissies naar de lucht zijn bijgevolg minimaal.
Na het proces blijft de grove fractie, afgescheiden tijdens de voorbehandeling over. Het volume van deze fractie is afhankelijk van het zandgehalte van de aangevoerde specie en van de projectomstandigheden en kan geraamd worden op 1 tot 5% van het totale volume. Indien de techniek toegepast wordt op verontreinigde specie moet nog steeds de ganse specie als restfractie gezien worden maar hier is het volume (50 tot 75%) en het gewicht van de afvalstof sterk verminderd in vergelijking met het waterhoudende slib.
3. Kosten
De technieken vergen een vrij belangrijke installatiekost en operationele kost. Nochtans kan gesteld worden dat het voordeel dat alles op een beperkte oppervlakte kan gerealiseerd worden en er bijgevolg geen grote terreinen gehuurd moeten worden dikwijls opweegt tegen de hogere investerings- en operationele kosten. De grotere oppervlaktebehoefte voor de laguneringsvelden kan als een groot nadeel beschouwd worden ten opzichte van mechanische ontwatering. De huur van de benodigde terreinen in het geval voor lagunering, zal een belangrijke invloed hebben op de kostprijs. Vaak zijn geschikte terreinen ook niet voorhanden.
Kamerfilterpersen zouden in tegenstelling tot zeefbandpersen zeer weinig onderhoud vragen, door hun robuustheid en doordat er minder bewegende delen zijn.
Belangrijke aandachtspunten bij de kostenraming zijn:
- de bezettingsgraad van de installatie. Indien installaties meer dan 2000 draaiuren maken (b.v. door volcontinu draaien) of juist minder ingezet kunnen worden (bv. door overdimensionering of bij mobiele installaties), zijn de investeringskosten per ton droge stof lager (met een factor 4,2 voor volcontinu draaien) respectievelijk hoger;
- het verbruik aan toeslagmiddelen varieert sterk afhankelijk van de speciekarakteristieken en heeft een belangrijke impact op de kostprijs, kalkmelk is goedkoper dan poly-electroliet;
- membraankamerfilterpersen zijn in aankoop 20% tot 30% duurder dan een gewone kamerfilterpers, maar ze geven kortere perstijden, hogere droge stofgehalten en het droge stofgehalte van de filterkoeken is beter regelbaar;
- de bedenking/keuze of zandscheiding al dan niet nodig is.
4. Referenties
- Goovaerts, L., Huybrechts, D. & Vrancken, K. (2007). Beste Beschikbare Technieken (BBT) voor verwerkingscentra van bagger- en ruimingsspecie. Academia Press, Gent, 197 p.
- Jacobs, A., Wellens, B. en Dijkmans, R. (2003). Gids Afvalverwerkingstechnieken – Uitgave 2. Academia Press, Gent, 498 p.
- Nielsen, P., Quaghebeur, M., Geuzens, P. & Huybrechts, D. (2003). Beheer van slib – eindrapport. VITO, Mol, 84 p.
- OVAM (2010). Voortgangsrapportage 2008-2009 Uitvoeringsplan Slib. OVAM, Mechelen, 91 p.