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.