Verouderen van bodemas

1.1. Inleiding

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.

1.2. Werkingsprincipe

Algemeen wordt aangenomen dat carbonatatie, d.i. de reactie van CO2 met hydroxides in de alkalische bodemas, één van de belangrijkste reacties is in het verouderingsproces van bodemas. Algemeen wordt aangenomen dat de uitloging van bodemas afneemt na het verouderen, met name de uitloging van metalen als Cu, Cr, Pb en Zn.

Bij natuurlijke veroudering wordt de bodemas (al dan niet na ferro en non-ferroscheiding) gedurende 6 tot 20 weken blootgesteld aan de lucht. Dit gebeurt door de bodemas in hopen op een waterondoorlaatbare vloer (in een al dan niet overdekte plaats) te stockeren. Tijdens het verouderingsproces wordt er CO2 en O2 opgenomen uit de lucht, waardoor de bodemas wordt gecarbonateerd en geoxideerd. Deze reacties zijn overwegend exotherm waardoor de temperatuur in de kern van de hopen bodemas kan oplopen tot meer dan 70 °C. Door deze temperatuursverhoging worden sommige reacties versneld. Deze hogere temperaturen zorgen ervoor dat de veroudering in de diepere lagen, ondanks een minder snel verlopende uitwisseling met lucht toch even snel verlopen. De bodemas kan ook regelmatig omgeschept worden en kan tevens met behulp van een sproei-installatie bevochtigd worden om stofvorming en opwaaiing te vermijden. Het drainage- en afvoerwater wordt opgevangen en eventueel naar een waterbehandelingsinstallatie gevoerd. Het hoofddoel van verouderen is het doen dalen van de pH, veroorzaakt door carbonatatie van oxides en hydroxides. Dit leidt tot een mobiliteitsafname van de meeste zware metalen. Dit is niet alleen het effect van een daling van de pH, maar ook van mineralisaties waardoor de zware metalen gefixeerd worden in de bodemasmatrix.

Natuurlijke veroudering heeft vooral een gunstig effect op de koperuitloging. Hoewel de techniek zeer eenvoudig is, is het van te voren echter niet duidelijk wat de benodigde verouderingstermijn is om de beoogde kwaliteit te bekomen. Het natuurlijk verouderingsproces kan niet gestuurd worden en is alleen efficiënt bij een relatief beperkte overschrijding van de beoogde eindkwaliteit (tot max. 100%). Een reductie van 20% tot 60% van de koperuitloging behoort tot de mogelijkheden.

Verouderen wordt standaard toegepast in de meeste bodemasbehandelingsinstallaties. De techniek is zeer eenvoudig. Het vergt echter een grote opslagcapaciteit om de bodemas gedurende meerdere (veelal 3 tot 6) maanden te laten verouderen.

Bij versneld verouderen worden de verouderingsprocessen in de bodemas versneld door het proces uit te voeren in reactoren onder gecontroleerde condities. In de reactor wordt bodemas belucht met een geconditioneerd gasmengsel (CO2, O2, H2O). Het proces kan verder beïnvloed worden door het regelen van de druk (pCO2), temperatuur, vochtigheidsgraad van de bodemas, gasdebiet, korrelgrootte van de bodemas, mate van omzetten van de bodemas en duur van het proces. Versnelde veroudering kan gemakkelijk in bestaande of nieuwe bodemasbehandelingsinstallaties geïmplementeerd worden als finale behandelingsstap. Versnelde veroudering in een reactor of opslaghoop met geforceerde luchtdoorvoer is een robuuste techniek, bewezen op praktijkschaal. Het is bovendien een duurzame techniek aangezien het energieverbruik laag is en er nauwelijks emissies optreden. De enige grondstof die in het proces wordt gebruik is CO2 (die eventueel uit de rookgassen van de verbrandingsoven kan onttrokken worden).

Het verouderingsproces veroorzaakt een verlaging van de pH, hydratatie en wijzigingen in mineraalfasen. Deze effecten zorgen allemaal voor het verminderen van de uitloogbaarheid van metalen en stabiliseren de bodemas. Bij een beperkte overschrijding van de uitloging in het onbehandeld bodemas, kan door het verouderingsproces de uitloging verminderd worden zodat de bodemas toch gebruikt kan worden als alternatieve grondstof of als inert, mits aan de VLAREMA voorwaarden wordt voldaan.

Er kan wel een beperkte hoeveelheid afvalwater ten gevolge van regenval vrijkomen, welke metalen en zouten bevat. Het water kan eventueel hergebruikt worden in het verouderingsproces of in de verbrandingsoven als proceswater (EIPPCB, 2005).

Het natuurlijk verouderingsproces kan niet gestuurd worden. De verouderingstermijn kan, afhankelijk van de ingangskwaliteit van de bodemas, aanzienlijk zijn (tot meer dan een jaar). Een lange opslagtermijn vraagt een grote opslagcapaciteit. Maatregelen voor explosiegevaar ten gevolge van H2-productie bij de oxidatie van aluminium kunnen nodig zijn bij opslag in overdekte ruimten.

Stof- en geurontwikkeling moeten gecontroleerd worden. Op sommige locaties kunnen er problemen met geluidsoverlast (voertuigen, machines) optreden (EIPPCB, 2005).

De kosten voor het verouderen bedragen ongeveer 5 €/ton. Bij het versneld verouderen is dit ca. 7 tot 9 €/ton. Voor een installatie (tunnelcompostering) met een verwachtte doorzet van 300 000 ton/jaar worden de kosten geschat op 9 €/ton (Nielsen et al., 2008).

  • EIPPCB, 2005. Best Available Techniques Reference Document on Waste Incineration. European IPPC Bureau.
  • Nielsen, P., Kenis, C., Vanassche, S., Vrancken, K. 2008. BBT voor behandeling van bodemas voor huisvuilverbranding. Gent, Academia Press, 2008, xii + 119 pp.