BE1008874A4 - Werkwijze en inrichting voor de versnelde ontwatering van slib. - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een werkwijze voor het versneld ontwateren van slib, met het kenmerk dat men als volgt te werk gaat : a) men legt een laguneringsveld aan afgezet met waterdichte dijken waaruit het af te vloeien water gravitair kan afvloeien; b) men voorziet het laguneringsveld van draineermiddelen en overvloeimiddelen; c) men brengt in het laguneringsveld slib aan; d) men laat het gestort slib bezinken; e) men laat de waterfractie boven het bezonken slib afvoeren; f) men herhaalt desgevallend de onder c tot e genoemde stappen; g) men maakt oppervlakkige sloten in de slibmassa teneinde het water uitgeperst uit de slibmassa en regenwater af te voeren via de overvloeimiddelen; h) men stelt het draineermiddel in werking; i) men werkt nu de slibmassa open tot de slibmassa voldoende is ontwaterd.

Description

  "Werkwijze en inrichting voor de versnelde

  
ontwatering van slib"

  
Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het versneld ontwateren van slib in z.g. laguneringsvelden.

  
Slib afkomstig van baggerwerken, zowel onderhoudsbaggerwerken als aanlegbaggerwerken zijn qua samenstelling en oorsprong zeer verscheiden van aard, van verontreiniging, van economische waarde, van milieuhinder maar vertonen enkele duidelijke gemeenschappelijke karakteristieken.

  
Deze karakteristieken zijn hun fijnkorrelige samenstelling, hun hoog watergehalte, hun moeilijke ontwaterbaarheid. Vaak komt slib in gigantische hoeveelheden voor. Slib wordt dus algemeen beschouwd als een onhandelbaar restprodukt waarvoor uitzonderlijke inspanningen worden gevraagd zowel van de eigenaar als van de ontvanger. Door inspanning wordt verstaan het financieel aspect en het probleem gehecht aan stockeren en ruimtebeslag. Het begrip "ruimtebeslag" verwijst zowel naar tanks als naar stortplaatsen of bassins die tientallen hectaren groot kunnen zijn.

  
Wanneer men het slib aan de natuur overlaat, heeft men in dergelijke stortplaatsen of bassins tientallen, zoniet honderden jaren nodig om het slib in min of meerdere mate te ontwateren voordat de oppervlakte, opgeofferd voor de stockage, terug beschikbaar wordt voor een andere activiteit. Het is dan ook duidelijk dat wanneer een stortplaats geen voldoende oppervlakte beslaat, de dikte van het opgespoten slib uitermate groot wordt. In deze omstandigheden geraakt deze belangrijke sliblaag nooit volledig ontwaterd.

  
De voorzieningen die moeten getroffen worden tegen milieuhinder en voor de veiligheid zijn in sommige gevallen dan ook heel kostelijk, per kubieke meter gestockeerd slib berekend. Het begrip "milieuhinder" roept meerdere problemen op, waarbij ondermeer uitloging naar grondwater, geurhinder, toegankelijkheid, winderosie van oppervlakte, stabiliteit van bepaalde dijken enz.

  
De noodzaak dringt zich duidelijk op om dit grote natte volume op een economische en milieutechnisch aanvaardbare manier en in een korte tijdsduur te ontwateren zodat ten eerste het volume slib vermindert en ten tweede het produkt in een steekvaste vorm handelbaar wordt voor berging, hergebruik en talrijke andere behandelingen.

  
De uitvinding heeft dan ook tot doel een werkwijze en een inrichting voor te schrijven die de hier gestelde problemen technisch en economisch oplossen. Een zeer belangrijk aspect van de uitvinding moet gezien worden in het feit dat men door toepassing van de werkwijze en van de daaraan gekoppelde inrichting een kort tijdschema kan bereiken voor het bewerken van zeer grote slibvolumes op een betrekkelijk beperkte oppervlakte de zogenaamde laguneringsvelden.

  
Om dit conform de uitvinding mogelijk te maken, gaat men als volgt te werk:
a) men legt een laguneringsveld aan dat is afgezet met de nodige waterdichte dijken waaruit men het af te vloeien water gravitair zal laten afvloeien; b) men voorziet het laguneringsveld van draineermiddelen alsook van overvloeimiddelen voor het gravitair buiten het laguneringsveld verwijderen van de waterfractie van het slib; c) men brengt in het laguneringsveld slib aan; d) men laat het in het laguneringsveld gestort slib bezinken; e) men laat de waterfractie boven het bezonken slib afvoeren; f) men herhaalt desgevallend de onder c tot e genoemde stappen tot een technisch verantwoorde hoogte van het slib in het laguneringsveld is bekomen;

  
g) men maakt oppervlakkige sloten in de slibmassa teneinde het water uitgeperst uit de slibmassa en regenwater af te voeren via de overvloeimiddelen;

  
h) men stelt het draineermiddel in werking ten einde het slib via de bodem van het laguneringsveld te ontwateren;

  
i) men werkt nu de slibmassa volgens een bepaald patroon open tot, door de mechanische bewerkingen en de beluchting, de slibmassa voldoende is ontwaterd.

  
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding voorziet men het laguneringsveld over zijn uitgestrektheid van een waterondoorlatende laag. In de geest van de onder i) beschreven stap, werkt men hogerbedoelde slibmassa open door een aantal kanalen in deze massa te graven en laat men het in hogerbedoelde kanalen opgevangen water uit de slibmassa afvloeien.

  
Kenmerkend voor de uitvinding is het feit dat men de slibmassa machinaal openwerkt en minstens één maal, doch bij voorkeur meerdere malen op hopen stapelt.

  
Andere details en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een werkwijze en van een inrichting voor de versnelde ontwatering van slib in laguneringsvelden, volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven en beperkt in geen geval de uitvinding. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.

  
Figuur 1 is een schematische voorstelling van het bovenaanzicht van een laguneringsveld volgens de uitvinding. Figuur 2a is een doorsnede volgens de lijn II-II uit figuur 1. Figuur 2b is een schematische voorstelling van een variante van de uitvoering volgens figuur 2a. Figuur 3a is een doorsnede volgens de lijn III-III uit figuur 1. Figuur 3b is een schematische voorstelling van een variante van de uitvoering volgens figuur 3a.

  
De figuren 4 tot 9 illustreren schematisch de wijze waarop het laguneringsveld in meerdere stappen wordt gevuld en waarvan het bovenstaande water in meerdere stappen wordt afgelaten.

  
Figuur 10 illustreert schematisch de verdere waterafvoer via oppervlakkige sloten en drainagelaag. Figuur 11 illustreert schematisch de korstvorming, de uitdroging en de inklinking van de bovenlaag van de slibmassa. Figuren 12 en 13 illustreren schematisch het mechanisch opzetten en regelmatig omzetten van de slibbruggen in een laguneringsveld volgens de uitvinding. Figuur 14 illustreert schematisch het einde van een werkcyclus. Figuren 15 tot 17 zijn schematische voorstellingen die betrekking hebben op de stap waarbij oppervlakkige ontwateringssloten in de slibmassa worden gecreëerd. Figuren 18 tot 20 zijn schematische voorstellingen die betrekking hebben op het opzetten van slibruggen.

  
De werkwijze door deze verschillende figuren geïllustreerd omvat in de eerste fase het aanleggen van één of meer door dijken 1 omsloten bassins 2 waarvoor in het vervolg de uitdrukking "laguneringsvelden" zal worden gebruikt. De functie van de dijken 1 is uiteraard het slib binnen het laguneringsveld te houden. De hoogte van de dijk is afhankelijk van het type slib en van plaatselijke omstandigheden of nog van het opgelegd werkschema. In de praktijk kan voor baggerspecie een hoogte van de dijk volstaan van 2 tot 3 meter. Bedoelde dijk is uit grond of zand opgebouwd. Het is duidelijk dat de bouw van deze dijk en het type daarvan geen deel uitmaken van de uitvinding en dat zij enkel worden ingegeven door economische en praktische milieutechnische motieven.

   Het begrip "dijk" moet dan ook in zeer brede zin worden opgevat aangezien de opgespoten of neergestorte baggerspecie door gelijk welke type wand binnen de omtrek van het laguneringsveld kan worden weerhouden. De bodem van het laguneringsveld bestaat steeds uit een drainerende laag 3 waarin het vereist aantal draineerbuizen 4 wordt ingewerkt. De draineerbuizen 4 zijn aangesloten op een collectordrain 5 die doorheen één der dijken naar een z.g. collectorpot 6 leidt. De collectorpot 6 bestaat uit een verticale pijp die op verschillende niveau's is voorzien van aftapopeningen zodat het water in het laguneringsveld via de draineerbuizen op een <EMI ID=1.1>  duidelijk dat de drainerende laag 3 op verschillende wijzen kan worden uitgevoerd die enkel afhankelijk zijn van economische en praktische redenen. Ook deze details maken geen deel uit van de uitvinding.

  
Doorheen één der dijken 1 wordt een overvloeisysteem aangebracht bestaande uit een pijp 7 waardoor het water boven de bezonken slibmassa kan worden afgelaten naar omringende grachten of andere afvoersloten.

  
Voor baggerspecie wordt klassiek gekozen voor een afwateringskast. Deze is voorzien van schuifjes of plankjes die kunnen weggehaald worden tot op een zekere hoogte. Het water kan dan ook tot op de gewenste hoogte worden afgelaten. De uitvoeringsvorm van een dergelijke afwateringskast is slechts economisch en praktisch alsook milieutechnisch te bepalen.

  
Om milieutechnische redenen kan het vereist zijn een waterondoorlatende laag 8 onder de drainerende laag 3 aan te brengen. In de figuren is deze waterondoorlatende laag goed zichtbaar. In het laguneringsveld volgens de figuren 2a en 3a loopt de waterondoorlatende laag 8 onder de dijken 1 door terwijl in het laguneringsveld volgens de figuren 2b en 3b deze waterondoorlatende laag 8 tot op een zekere hoogte van de dijken 1 wordt aangelegd. De keuze tussen de twee oplossingen of varianten daarvan wordt meestal door plaatselijke maar ook door economische en/of milieutechnische omstandigheden bepaald.

  
Een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is deze waarin de waterondoorlatende laag 8 een essentieel onderdeel van de inrichting vormt.

  
Nu de essentiële elementen van de inrichting, opgebouwd om de werkwijze volgens de uitvinding in goede omstandigheden toe te passen zijn beschreven, kan de werkwijze in detail worden beschreven.

  
Het slib wordt in het laguneringsveld 1 gepompt of, indien niet verpompbaar wegens een te hoge densiteit, op een gepaste wijze in het laguneringsveld gestort. Op dat ogenblik zijn het overvloeisysteem en het drainagesysteem volledig dicht. Afhankelijk van de densiteit van het slib en de bezinkbaarheid van de slibdeeltjes zal in een periode van enkele uren tot enkele weken een bezinking plaatsvinden van de slibdeeltjes waarbij het water naar het oppervlak van de slibmassa wordt geperst, terwijl het slib naar de bodem toe bezinkt en verdicht.

  
Om de bezinkbaarheid van sommige slibsoorten te verhogen, kunnen tijdens of vóór het vullen van het laguneringsveld uitvlokmiddelen worden toegevoegd.

  
Wanneer de slibbezinking blijkt te stagneren, wordt het bovenstaande water voorzichtig afgelaten via het overvloeisysteem 7, gevormd door de pijp 7.

  
Wanneer het afgelaten water voldoende ruimte/hoogte heeft vrijgemaakt, kan een tweede of zelfs meerdere malen een nieuwe hoeveelheid slib worden ingebracht. De optimale hoogte van het slib na aflaten van het bovendrijvend water (supernatans) is volledig afhankelijk van het verdere droogproces en het type slib. Voor gebruikelijke baggerspecies bedraagt deze hoogte 0,5 tot 2 meter. Wanneer deze optimale hoogte is bereikt in het laguneringsveld en het bovenstaande water (supernatans) is afgelaten, kan de volgende droogfase van start gaan.

  
 <EMI ID=2.1> 

  
geopend zodat het consoliderende slib niet enkel naar het oppervlak maar ook naar de draineerlaag water kan uitpersen. In een alternatieve uitvoeringsvorm kan het draineersysteem 3,4 en 5 onder onderdruk (vacuüm) worden gebracht. In figuur 3b is een vacuümpomp 9 voorgesteld waarop de collectordrain 5 is aangesloten. Bij het inschakelen van een vacuümpomp wordt de waterondoorlatende laag 8 in de dijk 1 verwerkt of tegen de binnenwand hiervan aangebracht.

  
In het bovenoppervlak van de sliblaag worden met behulp van een hydraulische kraan of een dergelijk werktuig grachten getrokken die het oppervlaktewater, op natuurlijke wijze uitgeperst uit het slib en vermengd met regenwater, afvoeren in de richting van het overvloeisysteem. Op deze wijze wordt het oppervlak van het slib blootgesteld aan de drogende werking van zon, lucht en wind. Het slib gaat zich dan ook gaandeweg verder indikken. In het geval van baggerspecie kan er zich zelfs een korst vormen omdat er minder water wordt uitgeperst naar het oppervlak dan dat er verdampt of afloopt. In die korst komen regelmatig scheuren voor zodat onderliggend slib nu ook rechtstreeks in contact komt met de lucht.

  
De zopas geschetste toestand wordt duidelijk gemaakt door figuren 10 en 11. Het voorafgaandelijk proces wordt door de opeenvolging van figuren 4 tot 9 verduidelijkt. Hierin werd het bezonken slib telkens met de letter S en het bovendrijvend water
(supernatans) met de verwijzing W duidelijk gemaakt. In de figuur 4 is het laguneringsveld gevuld met slib terwijl de figuur 5 betrekking heeft op een volgende fase waarin het bezonken slib onderaan en het bovenstaand water (supernatans) met de verwijzing W is duidelijk gemaakt. In figuur 6 is het water afgelaten terwijl figuur 7 betrekking heeft op een volgende fase waarin baggerspecie in het laguneringsveld is gespoten of gestort zodat men zich moet verwachten aan een nieuwe fase waarin de pas gestorte of gespoten baggerspecie is bezonken terwijl het bovenstaand water bovenaan zichtbaar is. Deze fase toont figuur 8.

   De laatste fase (figuur 9), vertoont schematisch de ideale toestand waarin het laguneringsveld uitsluitend slib en slechts zeer weinig water bevat.

  
Nadat de stand is bereikt die is afgebeeld door figuur 9, wordt het draineersysteem in werking gesteld en kan men in de oppervlakte van het slib S een willekeurig aantal sloten 10 trekken die een verdere afwatering bevorderen. Deze verdere afwatering bevordert de korstvorming die in figuur 11 merkbaar is. Het droogproces kan nog worden versneld door het slib in slibruggen 11 op te zetten (figuren 12 en 13). Het thans steeds beter verwerkbaar slib-materiaal kan men meerdere malen mechanisch opzetten, wat het verder droogproces van de slibmassa bevordert.

  
Figuur 14 heeft dan betrekking op de eindfase nadat het gedroogde slib is afgevoerd, terwijl de figuren 15, 16 en 17 het maken van oppervlakkige sloten bij middel van een hydraulische kraan of alternatief toestel 12 verduidelijken.

  
Het opzetten en omwerken van de slibruggen wordt in de figuren 18 tot 20 verduidelijkt.

  
Het is duidelijk dat door het opzetten van de luchtige slibruggen het contactoppervlak met de lucht van de slibmassa het droogproces versnelt. Hoewel dit niet tot het wezen van de uitvinding behoort, moet toch onderlijnd worden dat het thans snel verlopend droogproces nog kan verhoogd worden door het inzaaien van het sliboppervlak met diep wortelende planten of het stimuleren van natuurlijke plantengroei . De planten nemen via hun wortels water uit het slib en ontwateren op deze wijze de slibmassa. De plantensoorten die hiervoor in aanmerking komen, worden geselecteerd op hun groei- en bewortelingsvermogen op het slib dat moet behandeld worden. Het drogen van slib met plantengroei duurt langer dan het mechanisch opzetten van slibruggen maar deze bijkomende behandeling optimaliseert de werkwijze volgens de uitvinding.

  
Een versnelde droogwerkwijze bestaat er natuurlijk in een vacuüm te creëren in het draineersysteem 3,4,5. De waterondoorlatende laag 8 moet in dit geval niet enkel de bodem dichten maar tevens de dijken waterondoorlatend maken. Het ganse laguneringsveld wordt dan een waterondoorlatende kuip. Verschillende uitvoeringswijzen zijn hierbij denkbaar. Als alternatief kunnen de dijken waterondoorlaatbaar worden gemaakt. In dat geval volstaat het de bodemlaag hermetisch te laten aansluiten op de dijken. Om de bezinkbaarheid van sommige slibsoorten te verhogen en om de drainage door vacuümmaling te versnellen, kunnen tijdens of vóór het vullen van het laguneringsveld uitvlokmiddelen worden toegevoegd.

  
Bij het toepassen van vacuümdrainage zal het natte slibpakket de drainerende laag die onderaan en opzij reeds is afgedicht in de ondoorlaatbare kuip, die het laguneringsveld vormt, ook boven afdichten. Door de drainerende laag vacuüm te trekken, ontstaat een onderdruk in de drainerende laag. Hierdoor ontstaan verhoogde korrelspanningen in de bovenstaande sliblaag. Het water wordt uit het slibwatermengsel uitgeperst en weggezogen via de draineerlaag.

  
Als eindresultaat zal de sliblaag onderaan droger zijn dan bovenaan omwille van de hogere korrelspanningen onderaan dan bovenaan. Wanneer het gewenste gemiddelde droge stofgehalte is bekomen of wanneer de efficiëntie van het droogproces niet langer economisch rendabel is, wordt de droging gestopt. Teneinde de bovenste sliblaag niet te laten barsten door uitdroging, wat onmiddellijk het effect van de vacuümdrainage zou teniet doen, kan overwogen worden het sliboppervlak nat te houden door water aan te brengen op de sliblaag. Dit water kan nadien worden afgelaten.

  
Zonodig, en voor zover een verdere droging is gewenst, kan een tweede fase van droging zoals in de gewone laguneringsvelden worden toegepast. Hiermede wordt bedoeld dat de werkwij ze wordt doorgezet door het oppervlakkig drogen en mechanisch opzetten van slibruggen.

  
In de eindfase staat men voor een produkt dat oorspronkelijk uit nat slib was samengesteld en dat nu een voldoende laag watergehalte vertoont om verwerkbaar te zijn. Hiermede wordt bedoeld dat het produkt kan worden vervoerd, gestapeld en dat hiermede grondwerken kunnen worden uitgevoerd, zoals ondermeer het aanleggen van dijken.

  
De werkwijze volgens de uitvinding en van de hierbij ontwikkelde en gebruikte inrichting laat dus toe de factoren volume te verwerken slib/oppervlakte van de laguneringsvelden/verwerkingstijd, in de meest voordelige vorm te optimaliseren.

  
De uitvinding is niet noodzakelijk beperkt tot de hierboven bij wijze van voorbeeld beschreven uitvoeringsvorm en wijzigingen zouden hieraan kunnen worden aangebracht voor zover deze in het raam vallen van de hieraan toegevoegde conclusies.

Claims (1)

1. CONCLUSIES

   1. Werkwijze voor het versneld ontwateren van slib in z.g. laguneringsvelden, met het kenmerk dat men als volgt te werk gaat:

   a) men legt een laguneringsveld aan dat is afgezet met de nodige waterdichte dijken waaruit men het af te vloeien water gravitair zal laten afvloeien; b) men voorziet het laguneringsveld van draineermiddelen alsook van overvloeimiddelen voor het gravitair buiten het laguneringsveld verwijderen van de waterfractie van het slib; c) men brengt in het laguneringsveld slib aan; d) men laat het in het laguneringsveld gestort slib bezinken; e) men laat de waterfractie boven het bezonken slib afvoeren; f) men herhaalt desgevallend de onder c tot e genoemde stappen tot een technisch verantwoorde hoogte van het slib in het laguneringsveld is bekomen;

   g) men maakt oppervlakkige sloten in de slibmassa teneinde het water uitgeperst uit de slibmassa en regenwater af te voeren via de overvloeimiddelen;

   h) men stelt het draineermiddel in werking ten einde het slib via de bodem van het laguneringsveld te ontwateren;

   i) men werkt nu de slibmassa volgens een bepaald patroon open tot, door de mechanische bewerkingen en de beluchting, de slibmassa voldoende is ontwaterd.

   2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat men het laguneringsveld over zijn uitgestrektheid voorziet van een waterondoorlatende laag.

   3 . Werkwijze volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk dat men hogerbedoelde dijken eveneens voorziet van een waterondoorlatende laag. 4. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 - 3, met het kenmerk dat men hogerbedoelde draineermiddelen aanlegt onder de vorm van draineerbuizen.

   5. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 - 4, met het kenmerk dat men hogerbedoelde overvloeimiddelen aanlegt onder de vorm van verticale kokers met instelbaar overvloeiniveau.

   6. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 - 5, met het kenmerk dat men hogerbedoelde slibmassa openwerkt door een aantal kanalen in deze massa te graven.

   8. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat men het in hogerbedoelde kanalen opgevangen water uit de slibmassa laat afvloeien.

   9. Werkwijze volgens één van de conclusies 6 en 8, met het kenmerk dat men de slibmassa machinaal openwerkt en minstens éénmaal, doch bij voorkeur meerdere malen, op hopen stapelt.

   10. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 - 9, met het kenmerk dat men een onderdruk in hogerbedoelde draineermiddelen onderhoudt.

   11. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één of meer van de conclusies 1 - 10, waarbij men te werk gaat zoals uiteengezet in conclusie 1 onder de punten a tot h, met het kenmerk <EMI ID=3.1>

   laguneringsveld, op de bodem van hetwelk draineermiddelen zijn aangebracht, welk laguneringsveld eveneens met overvloeimiddelen onder de vorm van verticale kokers, met een zijdelingse afvoerbuis door hogerbedoelde dijken is uitgerust.

   12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk dat hogerbedoelde waterondoorlatende laag zich eveneens in hogerbedoelde dijken uitstrekt. 13. Inrichting volgens één van de conclusies 11 en 12, met het kenmerk dat hogerbedoelde draineermiddelen uit draineerbuizen bestaan die aangesloten zijn op een collecter draineerpijp die buiten hogerbedoelde dijken naar een collecterpot leiden.

   14. Inrichting volgens één van de conclusies 11 - 13, met het kenmerk dat hogerbedoelde uit draineerbuizen bestaande draineermiddelen aangesloten zijn op een pomp voor het in bedoelde draineerbuizen onderhouden van een onderdruk.