BE1004105A5 - Werkwijze voor het fysico-chemisch zuiveren van verontreinigde species. - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het fffffysico-chemisch zuiveren van verontreinigde species, waarbij men aan de verontreinigde specie een waterige oplossing toevoegt, men door toevoeging van zuur of base de pH van het mengsel van specie en waterige oplossing zodanig aanpast dat deze laatste een extractiemiddel vormt waarmee men verontreinigingen uit de specie extraheert, en men de specie afscheidt en de overblijvende waterige fase door membraanseparatie scheidt in een eerste fractie met nagenoeg geen verontreinigingen en een tweede fractie met de geëxtraheerde verontreinigingen. Deze laatste fractie kan terug als extractiemiddel gebruikt worden zodanig dat minder zuur of base dient toegevoegd te worden om de vereiste pH-aanpassing te realiseren.

Description

"Werkwijze voor het fysico-chemisch zuiveren van verontreinigde species"

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het fysico-chemisch zuiveren van verontreinigde species, zoals grond- en baggerspecie, waarbij men aan de verontreinigde specie een waterige oplossing toevoegt, men de pH van het mengsel van specie en de waterige oplossing zodanig aanpast dat deze laatste een extractiemiddel voor in de specie aanwezige verontreinigingen vormt, men door middel van dit extractiemiddel genoemde verontreinigingen uit de specie extraheert, en men de specie afscheidt en de overblijvende waterige fase met de geëxtraheerde verontreinigingen scheidt in een eerste fractie met nagenoeg geen verontreinigingen en een tweede fractie met geëxtraheerde verontreinigingen.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit EP-B1-0072885. In deze bekende werkwijze worden door middel van een zure waterige oplossing, met een pH kleiner dan 1, zware metalen uit verontreinigd slib geëxtraheerd. Na deze extractie wordt het geheel of gedeeltelijk gezuiverd slib afgescheiden. Vervolgens wordt door toevoeging van een base de pH van de overblijvende waterige fase verhoogd tot 10 ten einde de geëxtraheerde zware metalen neer te slaan. Deze neergeslagen zware metalen vormen de hierboven vermelde tweede fractie die verwijderd wordt. Doorheen de overblijvende eerste fractie waaruit reeds de meeste zware metalen neergeslagen zijn, wordt nog CC^-gas geleid om nog aanwezige sporen van zware metalen zoals cadmium neer te slaan als carbonaten opdat deze eerste fractie voldoende zuiver zou zijn om geloosd te kunnen worden.

Een nadeel van deze bekende werkwijze bestaat erin dat een grote pH-wijziging nodig is om de zware metalen eerst in oplossing te brengen en vervolgens terug neer te slaan. Voor deze pH-wijziging is bijgevolg een relatief grote hoeveelheid base nodig hetgeen de kosten voor de zuivering verhoogt.

Een verder nadeel van de bekende werkwijze is dat wegens de hoge pH de genoemde eerste fractie niet zomaar kan geloosd worden maar eerst met behulp van een zuur dient geneutraliseerd te worden. Dit zuur verhoogt eveneens de kosten van de zuivering.

Het gevormde zout vormt een bijkomende belasting van het te lozen afvalwater.

De uitvinding heeft nu tot doel een werkwijze voor het zuiveren van met zware metalen verontreinigde species te verschaffen die een oplossing biedt voor de hierboven vermelde nadelen en die in het bijzonder toelaat de benodigde hoeveelheden zuur en/of base te beperken.

Tot dit doel voert men de scheiding in genoemde eerste en tweede fractie door membraanseparatie uit en maakt men hierbij gebruik van een membraan dat doorlatend is voor genoemd extractiemiddel doch nagenoeg ondoorlatend voor genoemde verontreinigingen.

Een belangrijk voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding bestaat er in dat de scheiding tussen genoemde eerste en tweede fractie niet gebaseerd is op een pH-wijziging maar dat deze scheiding op een fysische manier uitgevoerd wordt. Dat laat toe genoemde eerste fractie opnieuw te gebruiken voor het extraheren van verontreinigde species. Wanneer de eerste fractie als extractiemiddel hergebruikt wordt, dient minder zuur of base toegevoegd te worden om de gewenste pH voor de extractie te bekomen. Dit is echter niet zo wanneer, zoals in de hierboven vermelde bekende werkwijze, een basische precipitatiereactie gebruikt wordt om de zware metalen af te scheiden aangezien wegens de hoge pH van de eerste fractie nog een extra hoeveelheid zuur vereist zou zijn. Tevens zou het zoutgehalte van de eerste fractie te sterk oplopen en aldus de extractie nadelig beïnvloeden. Door het hergebruiken van de eerste fractie als extract^roiddel wordt tevens elk risico uitgesloten dat door het lozen van deze gezuiverde fractie eventueel toch nog een kleine hoeveelheid verontreinigingen in het milieu zouden terecht kunnen komen.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding voegt men genoemde waterige oplossing toe tot een drogestofgehalte van 5 tot 20 % bij voorkeur tot een drogestof- gehalte van nagenoeg 10 %. Door dergelijke lage drogestofgehaltes, of m.a.w. grote hoeveelheden extractiemiddel toe te passen, wordt een beter extractierendement verkregen. Het gebruik van grote hoeveelheden extractiemiddel brengt in de werkwijze volgens de uitvinding slechts weinig bijkomende kosten mee aangezien dit extractiemiddel grotendeels kan gerecupereerd worden.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding past men de pH van het genoemde mengsel door toevoeging van een zuur aan tot een pH kleiner dan 2 en bij voorkeur tot een pH gelegen tussen 0,5 en 1, zodanig dat een goede extractie van de meeste zware metalen verkregen wordt.

In een andere bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding past men de pH van het genoemde mengsel door toevoeging van een base aan tot een pH groter dan 10 en bij voorkeur tot een pH van nagenoeg 11. Bij deze pH komen sommige zware metalen zoals zink en arsenicum, in het bijzonder zware metalen die amfotere hydroxiden vormen en tevens andere verontreinigingen zoals cyaniden, in oplossing.

In een bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding injecteert men vótr de extractie, bij voorkeur in een eerste compartiment van een meertrapsextractor, in het mengsel van de specie en de daaraan toegevoegde waterige oplossing stoom en/of voegt men aan dit mengsel oxydantia toe ten einde koolwaterstoffen te oxyderen.

Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hierna volgende beschrijving van een werkwijze voor het fysico-chemisch zuiveren van verontreinigde species. Deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en is niet beperkend voor de draagwijdte van de uitvinding.

In de werkwijze volgens de uitvinding wordt aan de te zuiveren specie, zoals grond- en baggerspecie die bijvoorbeeld met zware metalen en eventueel koolwaterstoffen verontreinigd zijn een waterige oplossing bij voorbeeld water en/of gerecycleerd extractiemiddel toegevoegd waarin de specie gemengd wordt. Door toevoeging van een zuur of een base wordt de pH van het mengsel van specie en waterige oplossing zodanig aangepast dat deze laatste een extractiemiddel voor in de specie aanwezige verontreinigingen vormt. Door middel van dit extractiemiddel worden dan de verontreinigingen uit de specie geëxtraheerd. Vervolgens wordt dan de geheel of gedeeltelijk gezuiverde specie afgescheiden en eventueel nog verder gewassen, en wordt de overblijvende waterige fase met de geëxtraheerde verontreinigingen gescheiden in een eerste fractie met nagenoeg geen verontreinigingen en een tweede, geconcentreerde fractie met de geëxtraheerde verontreinigingen.

Volgens de uitvinding wordt de scheiding in genoemde eerste en tweede fractie door membraanse’paratie uitgevoerd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een membraan dat doorlatend is voor genoemd extractiemiddel doch nagenoeg ondoorlatend voor genoemde verontreinigingen, bijvoorbeeld voor zware metalen. Dergelijke membraan-separatoren zijn op zichzelf bekend en zullen hier niet verder in detail beschreven worden. De werking van deze membraanseparatoren is gebaseerd op omgekeerde osmose. Aan één zijde van het membraan wordt de overblijvende waterige fase met de geëxtraheerde verontreinigingen onder druk toegevoerd. Terwijl deze onder druk toegevoerde waterige fase continu langsheen het meestal cylindrisch opgerolde membraan geleid wordt, dringt een gedeelte van het extractiemiddel, tegen de osmotische druk in, doorheen het membraan en wordt aan de andere zijde van dit membraan afgevoerd. Het doorheen het membraan geforceerd extractiemiddel vormt de eerste fractie, terwijl de langsheen het membraan geleide waterige fase, waaruit een gedeelte van het extractiemiddel onttrokken is, de tweede fractie vormt.

De tweede fractie met de geëxtraheerde verontreinigingen bevat bijvoorbeeld 10 tot 15 % droge stof en wordt bij voorkeur verder verwerkt tot een vast produkt dat aldus geschikt is om gestort te worden. Hiertoe kan deze tweede fractie ingedampt worden of door middel van filterpersen na eventuele flocculatie, ingedikt worden.

De eerste fractie wordt bij voorkeur opnieuw aan verontreinigde specie toegevoegd en aldus als extractiemiddel hergebruikt. Op deze manier is minder zuur of base vereist om de voor de extractie vereiste pH-aanpassing te realiseren. Het hergebruiken van de eerste fractie heeft daarenboven het voordeel dat minder afvalwater ontstaat.

In de werkwijze volgens de uitvinding kunnen bij de extractie eventueel hulpmiddelen gebruikt worden om de verontreinigingen van de specie-deeltjes los te krijgen. Een dergelijk hulpmiddel is bijvoorbeeld beschreven in EP-B1-0161698. Door dit bekende hulpmiddel, een zogenoemde "scrubber" worden de specie-deeltjes tegen elkaar gewreven zodanig dat de verontreinigingen sneller loskomen. Deze "scrubber" heeft echter nagenoeg geen effect wanneer species met te veel fijne deeltjes zoals leemdeeltjes, dienen gezuiverd te worden aangezien dan de wrijving tussen de deeltjes onvoldoende is.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt vttr de extractie genoemde waterige oplossing en/of eventueel de gerecupereerde eerste fractie toegevoegd tot een drogestofgehalte van 5 tot 20 gew. % en bij voorkeur tot een drogestofgehalte van nagenoeg 10 gew. %. Een laag drogestofgehalte bij de extractie verhoogt het extractierendement, of m.a.w. de hoeveelheid verontreinigingen die uit de specie geëxtraheerd worden, uitgedrukt bijvoorbeeld als een percentage van de totale hoeveelheid geadsorbeerde verontreinigingen, zodanig dat nagenoeg alle soorten grond- en baggerspecies kunnen gezuiverd worden door de specie intens met het extractiemiddel te mengen of m.a.w. door een voldoende turbulentie te creëren. Vastgesteld werd dat gronden van de textuur klaasen S (lemig zand), P (licht zandleem), L (zandleem) en zelfs A (leem) op deze manier kunnen gezuiverd worden.

Ten einde sommige verontreinigingen zoals de zware metalen met amfoteer karakter, zoals bijvoorbeeld zink, arsenicum en chroom, en andere verontreinigingen zoals cyaniden in een voldoende mate uit de specie te extraheren, wordt in een bijzondere uitvoeringsvorm de pH van het mengsel van de specie met genoemde waterige oplossing door toevoeging van een base aangepast tot een pH groter dan 10 en bij voorkeur tot een pH van nagenoeg 11. Een geschikte base hiervoor is bijvoorbeeld natriumhydroxide. In het geval van deze hoge pH-waarden kan het extractiemiddel zonder pH-aanpassing door middel van de membraanseparator gerecycleerd worden.

In een andere bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de pH van het genoemde mengsel vdir of tijdens de extractie door toevoeging van een zuur aangepast tot een pH kleiner dan 2 en bij voorkeur tot een pH gelegen tussen 0,5 en 1. Wanneer zoals hierboven beschreven een voldoende hoeveelheid waterige oplossing gebruikt wordt, is het bij deze lage pH-waarden mogelijk van de meeste zware metalen, zelfs uit species met een fijne textuur zoals leemgronden en baggerslib, te extraheren door de specie voldoende intens met het extractiemiddel te mengen.

Bij voorkeur wordt de extractie uitgevoerd met behulp van een meertrapsextractor met ten minste twee en bij voorkeur drie of meer compartimenten. Het gebruik van een meertrapsextractor geeft een grote flexibiliteit wat betreft de toepasbare zuiverings-stappen. Het laat bijvoorbeeld tot genoemde pH-aanpassing in twee of eventueel meer trappen uit te voeren en dit telkens in een compartiment van de meertrapsextractor. In de eerste trap wordt de pH bijvoorbeeld op 3 ingesteld zodanig dat de meeste zware metalen reeds in oplossing komen terwijl in de tweede trap de pH verder verlaagd wordt tot pH 1 ten einde ook moeilijker te extraheren zware metalen uit de specie te verwijderen.

In elk van de compartimenten van de meertrapsextractor wordt een turbulentie gecreëerd, bijvoorbeeld door intens te mengen met behulp van mixers. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een drietrapsextractor gebruikt. In de twee laatste compartimenten wordt de hierboven vermelde pH-aanpassing in twee trappen uitgevoerd. Het eerste compartiment wordt gebruikt om organische verontreinigingen te elimineren. In dit eerste compartiment worden deze organische verontreinigingen bijvoorbeeld geoxydeerd door intense beluchting en/of door toevoeging van oxydantia. Organische verontreinigingen kunnen eventueel ook door een zogenoemde "stoomstripping" verwijderd worden waarbij stoom geïnjecteerd wordt zodanig dat vluchtige verbindingen verdampen. Om de extractie van organische verontreinigingen naar de waterige oplossing te bevorderen, kunnen oppervlakte actieve stoffen toegevoegd worden.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt vtir de extractie in de meertrapsextractor reeds een gedeelte van de organische verontreinigingen verwijderd. Hiertoe wordt, na de menging van de specie met de waterige oplossing of met de gerecupereerde eerste fractie, dit mengsel in een beluchte olie-afscheider gepompt waarin olie-achtige substanties naar het wateroppervlak gedreven worden en daar afgeschraapt worden. Vervolgens wordt het mengsel in een buffertank gepompt waar het mengsel intens belucht wordt zodanig dat reeds een eerste oxydatie van koolwaterstoffen plaats vindt en geurhinder vermeden wordt. Van deze buffertank wordt het mengsel in het eerste compartiment van de meertrapsextractor gepompt. In de buffertank kan nog bijkomende waterige oplossing en/of gerecupereerde eerste fractie toegevoegd worden om het gewenste drogestofgehalte te bereiken.

Na de extractie wordt de gezuiverde specie door bezinking van de overblijvende waterige fase met de geëxtraheerde verontreinigingen afgescheiden. Deze afscheiding wordt bij voorkeur uitgevoerd in een op zichzelf bekende buizenbezinker. De afgescheiden specie wordt ontwaterd en eventueel nog verder gewassen. Het onttrokken water en het eventuele waswater worden bij de genoemde overblijvende waterige fase gevoegd. Voor het ontwateren van de gezuiverde species worden bij voorkeur centrifuges gebruikt.

Ten einde de bezinking van de specie te bevorderen worden vür de bezinkingsstap in een flocculator bij voorkeur flocculatie-en/of coagulatiemiddelen zoals polyelectrolieten toegevoegt. Dergelijke middelen zijn op zichzelf bekend doch enkel de middelen die bij de pH van het mengsel actief zijn, kunnen gebruikt worden. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt wanneer de extractie onder zure omstandigheden uitgevoerd wordt, na de extractie, in de flocculator, de pH van het mengsel van de specie en het extractiemiddel verhoogt tot een pH gelegen tussen 2 en I en bij voorkeur tot een pH van nagenoeg 2,5. Dit laat toe coagulatie- en/of flocculatie-middelen te gebruiken aangezien er geen coaguiatie- en/of flocculatie-middelen bestaan die bij lagere pH-waarden nog actief zijn. In deze voorkeursuitvoeringsvorm wordt tevens schade aan de zuiveringsinstallatie, door inwerking van te zure oplossingen, vermeden. De meertrapsextractor zelf is bekleed uit bijvoorbeeld een glascoating die bestand is tegen lage pH-waarden.

Na de bezinkingsstap dienen uit de overblijvende waterige fase nog zwevende deeltjes en eventueel zelfs nog zand-deeltjes verwijderd te worden opdat de membraanseparator niet zou beschadigd worden. Hiertoe wordt deze waterige fase doorheen parallel opgestelde drukfilters, bijvoorbeeld zandfilters, geleid en vervolgens door fijnere, zogenoemde "cartridgefilters". De aldus gefilterde waterige fase wordt dan naar de membraanseparator gevoerd waar van deze laatste fase een herbruikbare eerste fractie met nagenoeg geen verontreinigingen afgescheiden wordt.

In de werkwijze volgens de uitvinding worden de te zuiveren species bij voorkeur vooreerst gezeefd ten einde deeltjes met een diameter groter dan ten minste 125 μ te verwijderen. In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt eerst het zogenoemde puin met een diameter groter dan Ψ0 mm afgezeefd. Vervolgens wordt de grind-fractie met een diameter tussen 2 en Ψ0 mm afgescheiden in de eerste trap van een twee-trapstrommelzeef eventueel met behulp van genoemde waterige oplossing en/of de gerecycleerde eerste fractie. Het aldus afgezeefde puin en grind is weinig verontreinigd temeer daar de grind-fractie op deze manier reeds gewassen is. In de tweede trap van de twee - trapstrommelzeef wordt, eveneens met behulp van genoemde waterige oplossing en/of de gerecycleerde eerste fractie, grof zand met een diameter tussen 125 en 2000 μ afgescheiden. Dit grof zand is zeer geschikt om gezuiverd te worden in een zuiveringsinstallatie waarin de extractie van de verontreinigingen met behulp van bijvoorbeeld een "scrubber" bevorderd wordt en waarin hogere drogestofgehaltes en minder extreme pH-omstandigheden toegepast worden. De afscheiding van het grof zand biedt verder nog het voordeel dat de hierboven vermelde centrifuge minder een slijtage onderhevig is.

Tot slot van deze beschrijving dient nog vermeld te worden dat de uitvinding geenszins beperkt is tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen maar dat daaraan nog vele wijzigingen kunnen aangebracht worden zonder buiten het kader van deze octrooiaanvraag te treden.

Zo zal het duidelijk zijn dat in de hierboven beschreven werkwijze voor het zuiveren van verontreinigde species eventueel nog allerlei andere bekende bijkomende zuiveringsstappen kunnen toegepast worden.

Claims (12)

1. Werkwijze voor het fysico-chemisch zuiveren van verontreinigde species met een fijne textuur zoals baggerspecies en grondspecies van de textuurklassen lemig zand (S), licht zandleem (P), zandleem (L) en leem (A), waarbij - men aan de verontreinigde specie een waterige oplossing toevoegt ; - men de pH van het mengsel van specie en waterige oplossing tot een zodanig pH-waarde aanpast dat deze oplossing een extractiemiddel voor in de specia aanwezige verontreinigingen vormt ; - men door middel van dit extractiemiddel genoemde verontreinigingen uit de specie extraheert ; en - men de specie afscheidt en de overblijvende waterige fase met de geëxtraheerde verontreinigingen scheidt in een eerste fractie met nagenoeg geen verontreinigingen en een tweede fractie met geëxtraheerde verontreinigingen, daardoor gekenmerkt dat men genoemde waterige oplossing toevoegt tot een drogestofgehalte van 5 tot 20 gew.% en bij voorkeur tot een drogestofgehalte van nagenoeg 10 gew.% en men de scheiding in genoemde eerste en tweede fractie door membraanseparatie uitvoert, waarbij men gebruik maakt van een membraan dat doorlatend is voor genoemd extractiemiddel doch nagenoeg ondoorlatend voor genoemde verontreinigingen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat men de te zuiveren specie zeeft om grof zand en eventueel aanwezige grovere deeltjes te verwijderen, waarbij men in het bijzonder deeltjes met een diameter groter dan 125 μ door af zeven verwijdert.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat men genoemde waterige oplossing ten minste gedeeltelijk tijdens het afzeven aan de specie toevoegt.

4. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 3, daardoor gekenmerkt dat men de pH van genoemde waterige oplossing door toevoeging van een zuur, aanpast tot een pH kleiner dan 2 en bij voorkeur tot een pH gelegen tussen 0,5 en 1.

5. Werkwijze volgens conclusie Ψ, daardoor gekenmerkt dat men na de extractie de pH van het mengsel van de specie en het extractiemiddel verhoogt tot een pH gelegen tussen 2 en 4 en bij voorkeur tot een pH van nagenoeg 2,5.

6. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 3, daardoor gekenmerkt dat men de pH van genoemde waterige oplossing door toevoeging van een base aanpast tot een pH groter dan 10 en bij voorkeur tot een pH van nagenoeg 11.

7. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 6, daardoor gekenmerkt dat men genoemde pH-aanpassing in ten minste twee trappen telkens in een compartiment van een meertrapsextractor uitvoert, waarbij men ter extractie van de verontreinigingen in elk van deze compartimenten het mengsel van de specie en de waterige oplossing intens mengt.

8. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 7, daardoor gekenmerkt dat men de specie van genoemde waterige fase scheidt door de specie, bij voorkeur in een buizenbezinker, te laten bezinken en men de afgescheiden specie ontwatert en het onttrokken water bij genoemde waterige fase voegt.

9. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 8, daardoor gekenmerkt dat men na de extractie en vttr de scheiding van de specie van genoemde waterige fase, aan het mengsel van de specie en de daaraan toegevoegde waterige oplossing, flocculatie-en/of coagulatiemiddelen zoals polyelectrolyten toevoegt.

10. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 9, daardoor gekenmerkt dat men doorheen genoemd mengsel een zuur-stofhoudend gas laat opborrelen ten einde olieachtige substanties naar het wateroppervlak te drijven en men deze olieachtige substanties verwijdert.

11. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 10, daardoor gekenmerkt dat men vttr de extractie aan genoemd mengsel oppervlakte actieve stoffen toevoegt ten einde de extractie van organische verontreinigingen te bevorderen.

12. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 11, daardoor gekenmerkt dat men vttr de extractie, bij voorkeur in een eerste compartiment van een meertrapsextractor, in het mengsel van de specie en de daaraan toegevoegde waterige oplossing stoom injecteert en/of oxydantia aan dit mengsel toevoegt.