Zandafscheiding - mechanisch

1.1. Inleiding

Voor de verwerking van slibs (riool(kolken)slib, bagger- en ruimingsspecie) kan er, al dan niet na ontwatering, bij een voldoende hoog zandgehalte een zandafscheiding worden toegepast. Voor slibs met een laag zandgehalte (< 40-50%) is dit proces niet rendabel.

Opeenvolgende scheidingsprocessen zorgen dan voor een opdeling van het slib in verschillende fracties: grof materiaal (hout, metaal, puin, etc.), (een) zandfractie(s), een slibfractie en soms ook een organische fractie. De zandfractie is meestal schoon of makkelijk schoon te maken, de eventueel aanwezige vervuiling concentreert zich voornamelijk op de kleimineralen en/of het organische materiaal van de slibfractie. Voor verdere verwerking van deze slibfractie zijn verschillende opties voorhanden en technisch haalbaar, afhankelijk van het behandelde slib en de beoogde toepassing.

1.2. Werkingsprincipe

Er bestaan verschillende varianten van een mechanische zandafscheiding. Bij de ontvangst van het slib wordt een grove zeving doorgevoerd. De deeltjesgrootte van de installaties is verschillend, variërend tussen 20 tot 80 mm. De grove fractie kan via een sorteerband, magneetafscheider, enz… verder worden opgesplitst in een aantal deelfracties waaronder hout, non-ferro metalen, metalen en een lichte kunststoffractie. De fijne fractie wordt op haar beurt gezeefd in diverse grind- en zandfracties.

Aan de hand van een hydrocycloon kan de zeer fijne fractie en de organische fractie worden gescheiden op basis van deeltjesgrootte en dichtheid. Een hydrocycloon is een conische cilinder die naar onderen toe taps vernauwt. De cilinder is bovenaan uitgerust met een tangentiële “ingang” voor de toevoer van de te scheiden specie. Verder is de cilinder voorzien van een afvoeropening aan de bovenzijde (bovenloop) en een afvoeropening aan het conische uiteinde (onderloop). Het invoermateriaal voor de hydrocycloon wordt eerst ontdaan van de zogenaamde grofvuilfractie, door de specie intensief te “wassen” en te zeven.

In de hydrocyclonen wordt de met water verdunde specie via de tangentiële toevoer in de cycloon gepompt. Door de gecombineerde invloed van de tangentiële stroming in de cilinder en de drukgradiënt ontstaat er tegen de buitenwand van de cilinder een dalende spiraalvormige stroom. Door de middelpuntvliedende kracht bewegen de zwaardere (grovere) deeltjes zich naar de buitenwand van de cycloon waar ze in de spiraalvormige stroming worden opgenomen en naar onderen zakken. De lichtere (fijnere) deeltjes blijven zweven en komen in het centrale deel van de cilinder terecht en bewegen volgens een vortex beweging richting bovenloop waar ze kunnen afgepompt worden. De grovere deeltjes verlaten de hydrocycloon via de onderloop en de fijne deeltjes worden samen met het grootste deel van het proceswater via de centrale bovenloop afgevoerd.

Karakteristiek voor een hydrocycloon is zijn scheidingsdiameter (D50.). Deze wordt gedefinieerd als de korreldiameter van de deeltjes die voor 50% in de bovenloop en voor 50% in de onderloop terechtkomen. Door een correcte keuze van de dimensies, de vorm, het debiet en de druk bij de toevoer en aan de onderloop kan in principe de korreldiameter geselecteerd worden waarop de toegevoerde specie gescheiden wordt. De minimale scheidingsdiameter van een cycloon is ca. 10 μm.

Figuur 1. Hydrocycloon voor de zandafscheiding van slib (www.bodemrichtlijn.nl).

Het scheidingsrendement bij een scheidingsinstallatie is afhankelijk van de te scheiden specie. Voor zeer zandige specie bedraagt het rendement ongeveer 90-95%. Voor matig zandige specie zijn aanvullende maatregelen nodig om eerder genoemde rendementen te halen. Deze maatregelen kunnen bijvoorbeeld bestaan uit een aanvullende scheidingsstap na de hydrocyclonage, of uit het toepassen van een hoger scheidingspunt of door de capaciteit van de installatie te verlagen. Dit leidt evenwel tot een stijging van de kosten voor de scheiding. De aanvoer van de bagger- of ruimingspecie moet hydraulisch gebeuren met een droge stof gehalte van 15 tot 25% om een goede werking van de hydrocycloon te bekomen. Voor baggeren ruimingspecie is soms een voorafgaande verdunning noodzakelijk en veelal ook een homogenisering om een constante toevoer naar de hydrocycloon te realiseren. Verder moet er vermeden worden dat grove deeltjes in de hydrocycloon terechtkomen. Hiervoor wordt steeds een voorafgaande zeving toegepast. Tenslotte is het voor een goed scheidingsproces noodzakelijk dat de samenhang tussen verschillende deeltjes wordt verbroken (desaggregatie) alvorens de specie in de cycloon te brengen. Meestal wordt dit effect reeds bereikt door het zeven en verpompen van de specie. Soms dienen specifieke technieken te worden toegepast zoals: was- en schuurtrommels, mengvaten of hoge druk waterstralen.

De eerste vereiste voor de toepassing van een scheidingsproces zoals hier beschreven is dat de toegevoerde specie voldoende gevarieerde karakteristieken heeft zodat er een onderscheid tussen twee (of meer) fracties kan gemaakt worden. In de praktijk betekent dit dat er een voldoende breed spectrum in het korreldiagramma aanwezig moet zijn. In de praktijk streeft men er naar om het volume van het residuele product te reduceren. Om deze doelstelling te realiseren, is het nodig dat in de aangevoerde specie een voldoend groot percentage zand aanwezig is dat kan afgescheiden worden. De minimale grootteorde van de zandfractie in de toevoerstroom (40 tot 50%) wordt bepaald op basis van kostenoverwegingen (transport en berging van de restfracties).

Algemene beschouwingen:

  • een voldoende grote fractie zand is nodig voor de economische inzetbaarheid;
  • er moet minstens één fractie nuttig herbruikbaar zijn;
  • bij verontreinigde specie is scheiding slechts nuttig als de verontreinigingen aan één fractie gebonden zijn;
  • de technische haalbaarheid hangt af van de korrelverdeling van de specie;
  • de locatiekeuze wordt mede bepaald door de aan- en afvoerkosten.

Er wordt afvalwater geloosd. In de meeste gevallen is het water fysico-chemisch voorbehandeld. In enkele gevallen wordt het water biologisch nabehandeld. Het proceswater kan gerecirculeerd worden zodat geen afvalwater ontstaat. Het proceswater kan gerecirculeerd worden zodat geen afvalwater ontstaat. Wanneer de afgescheiden slibfractie ontwaterd wordt ontstaat wel afvalwater dat eventueel dient behandeld te worden. Vanzelfsprekend kan (een deel van) het water hergebruikt worden voor het verdunnen en homogeniseren van het toevoermengsel.

Emissies naar de bodem blijven zeer beperkt wanneer de nodige voorzieningen aanwezig zijn, meestal wordt de installatie op een vloeistofdichte vloer geplaatst. In de milieuvergunnings-voorwaarden wordt opgelegd dat alle activiteiten dienen te gebeuren op een vloeistofondoorlaatbare ondergrond.

Mogelijke geluidslast kan ontstaan door de aan- en afvoer van materialen, en geluid veroorzaakt door de apparatuur. Eventuele geluidshinder veroorzaakt door de hydrocyclonen kan beperkt worden door de cyclonen in geluidsisolerende behuizing te plaatsen.

De verwerking van slib resulteert typisch in een aantal eindstromen. De verdeling tussen de fracties is afhankelijk van de regio. De eerste zeving resulteert in een grove fractie van hout, metaal, puin en andere wat naar de verwerkers van de respectievelijke materiaalstromen wordt doorgestuurd. De gewassen zand- en grindfracties worden ingezet als als bouwstof. De organische fractie (inclusief het hout) komt in aanmerking voor compostering of vergisting. De restfractie van het slib komt op een stortplaats terecht, tenzij verdere verwerking praktisch en financieel haalbaar blijkt. 

De voornaamste parameters voor bepaling van de proceskosten zijn:

  • de hoeveelheid te behandelen specie;
  • gezien de relatief hoge investeringskost (in vergelijking met een scheidingsbekken) is het aantrekkelijker om met een centrale installatie te werken die verscheidene projecten tegelijkertijd (of sequentieel) verwerkt;
  • tijdens de exploitatie is het onderhoud van groter belang dan voor scheidingsbekkens;
  • voor exploitatie en sturing wordt de personeelsinzet bijna niet beïnvloed door de capaciteit;
  • de kosten voor isolatie (in geval van verontreinigde specie) is beperkt in vergelijking met scheidingsbekkens. Dit vanwege de eerder beperkte oppervlakte van de installatie.

Gerapporteerde kosten voor verwerking door hydrocyclooninstallaties liggen ver uit elkaar. Dit is deels te verklaren door het feit dat vaak de ontwateringskosten voor de afgescheiden fijne fractie mee opgenomen zijn in de kosten en soms ook de stortkosten. Vaak is niet duidelijk wat exact in de verwerkingskosten is opgenomen. In de BBT studie voor de verwerking van bagger- en ruimingsspecie (2007) wordt de verwerkingskost begroot op ca. 30-100 €/tds.

  • 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.
  • Richtlijn herstel en beheer (water)bodemkwaliteit. Kennisdocument voor bodem- en waterbodembeheer. http://www.bodemrichtlijn.nl/