NL9201244A

NL9201244A - METHOD FOR PROCESSING CONTAMINATED DREDGING FLOOD.

Info

Publication number: NL9201244A
Application number: NL9201244A
Authority: NL
Original assignee: Bos Kalis Bv
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1993-02-16
Also published as: DE4223618A1

Description

Werkwijze voor het verwerken van verontreinigde baggerspecie.Method for processing contaminated dredged material.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwerken van verontreinigde baggerspecie.The invention relates to a method for processing contaminated dredging sludge.

Enige jaren geleden is de enorme omvang gebleken van het probleem van vervuilde waterbodems. De bodems van havens, kanalen, grachten, enzovoort blijken vaak sterk verontreinigd te zijn met lood, kwik, olie, arseen, PAK’s, enzovoort. Alleen al in Nederland komt 30 miljoen kubieke meter verontreinigde waterbodem voor sanering in aanmerking wegens de hinder of het gevaar die deze waterbodems vormen. Daarbij komt nog eens zo’n 10 miljoen kubieke meter per jaar, die vrijkomt als gevolg van onderhoudsbaggerwerkzaamheden.Some years ago, the problem of polluted aquatic soils was enormous. The bottoms of harbors, canals, canals, etc. are often found to be heavily contaminated with lead, mercury, oil, arsenic, PAHs, etc. In the Netherlands alone, 30 million cubic meters of contaminated sediment is eligible for remediation because of the nuisance or danger that these sediments pose. In addition, another 10 million cubic meters per year, which is released as a result of maintenance dredging work.

Gezien deze enorme hoeveelheid is het besef doorgedrongen dat het storten in depot in afgeschermde stortplaatsen, zoals dat tot nu toe vaak gebeurt, op de lange duur geen oplossing kan zijn. Weliswaar is de berging in depot nog veelal relatief goedkoop, maar eigenlijk vormt het geen oplossing, daar aan de vervuilde grond zelf niets gedaan wordt, doch deze enkel verplaatst wordt. Veel beter is het daarom de baggerspecie zoveel mogelijk te reinigen en daaruit herbruikbare fracties, zoals zand, te winnen. De huidige capaciteit voor het aldus behandelen van verontreinigde baggerspecie is echter ruim onvoldoende. Veelbelovende technieken zijn bedacht, maar deze verkeren vaak nog in het experimentele stadium. Zoals bij alle nieuwe technieken het geval is, treden bij deze recente verwerkingstechnieken onverwachte problemen op, waarvoor naarstig gezocht wordt naar oplossingen.In view of this enormous amount, it has become clear that depositing in protected landfills, as has often been the case up to now, cannot be a long-term solution. It is true that the storage in depot is still relatively cheap, but it does not really solve the problem, since nothing is done about the polluted soil itself, but it is only moved. It is therefore much better to clean the dredged material as much as possible and to extract reusable fractions such as sand from it. However, the current capacity for treating contaminated dredged material in this way is largely insufficient. Promising techniques have been devised, but these are often still in the experimental stage. As with all new techniques, these recent processing techniques present unexpected problems, for which diligent solutions are sought.

Een van de veelbelovende verwerkingswijzen van verontreinigde baggerspecie is de fractiescheiding. De gebaggerde specie wordt daarbij door een eerste zeef geleid om het zeer grove vuil, zoals gebruiksvoorwerpen, af te scheiden. De van het zeer grove vuil ontdane specie wordt vervolgens nogmaals door een zeef gevoerd om het grove vuil (bijvoorbeeld de deeltjes die groter zijn dan 8 mm) af te scheiden. Het zo verkregen sediment, waarvan in dit geval de deeltjes kleiner zijn dan 8 mm, wordt vervolgens met water vermengd tot een slurrie met een droge stof gehalte van ongeveer 20 gew.%. Deze slurrie wordt vervolgens door hydrocylonen gevoerd, om daar gescheiden te worden in een slib-watermengsel, dat door de bovenloop af gevoerd wordt en zand (deeltjesgrootte van ongeveer 50 μπι-8 mm), dat door de onderloop van de hydrocyloon af gevoerd wordt. Dit zand is geschikt om, eventueel na ontwatering, gebruikt te worden, bijvoorbeeld als ophoog-zand of zand als toeslag voor asfaltmengsels.One of the promising methods of processing contaminated dredged material is fraction separation. The dredged spoil is passed through a first sieve to separate the very coarse dirt, such as utensils. The grout removed from the very coarse dirt is then passed through a sieve again to separate the coarse dirt (for example the particles larger than 8 mm). The sediment thus obtained, the particles of which in this case are smaller than 8 mm, is then mixed with water to form a slurry with a dry matter content of about 20% by weight. This slurry is then passed through hydrocylons, to be separated there into a sludge-water mixture, which is carried off through the headwaters and sand (particle size of about 50 µm-8 mm), which is carried off through the bottom of the hydrocylone. This sand is suitable for use, possibly after dewatering, for example as filler sand or sand as an additive for asphalt mixtures.

Na de bovenbeschreven fractiescheiding blijft een verontreinigingen bevattend slib-watermengsel over. Gepoogd kan nog worden om het mengsel aan bijvoorbeeld een electrische behandeling te onderwerpen om de zware metalen daaruit te verwijderen. Hogelijk kunnen nog op andere wijze andere stoffen uit het slib-watermengsel gehaald worden, üiteindelijk ontkomt men er echter niet aan dat het grootste deel van het slib-watermengsel ingedikt moet worden tot een slibkoek, die verbrand moet worden of naar een depot afgevoerd zal moeten worden. Om de transportkosten zo laag mogelijk te houden, het ruimtebeslag in het depot zo gering mogelijk te laten zijn en de kosten van eventuele verbranding niet te hoog te laten zijn is het gewenst om de slibkoek zoveel mogelijk in te dikken. Hiertoe kan men, afhankelijk van het droge stof-gehalte, het slib/watermengsel in een voorindik-kingstank, over een voorontwateringstafel of door een roterende voorontwaterinsgtrommel voeren om tot een droge stof-gehalte van 15-20% te komen, om daarna deze slibfractie verder te ontwateren met behulp van bijvoorbeeld een zeef handpers tot een slibkoek met een droge stof-gehalte van 30%-35%.After the above-described fraction separation, an impurity-containing sludge-water mixture remains. Attempts can still be made to subject the mixture to, for example, an electrical treatment in order to remove the heavy metals from it. It is possible that other substances can be removed from the sludge-water mixture in other ways, but in the end it is impossible to avoid that the majority of the sludge-water mixture must be thickened into a sludge cake, which must be burnt or taken to a depot. turn into. In order to keep the transport costs as low as possible, to minimize the space requirement in the depot and not to let the costs of any incineration be too high, it is desirable to thicken the sludge cake as much as possible. To this end, depending on the dry matter content, the sludge / water mixture can be fed in a pre-thickening tank, over a pre-dewatering table or through a rotating pre-dewatering drum to obtain a dry matter content of 15-20%, after which this sludge fraction further dewatering using, for example, a sieve hand press to a sludge cake with a dry matter content of 30% -35%.

Bij het indikken van de slibfractie wordt gebruik gemaakt van vlokmiddelen en vlokhulpmiddelen. Deze middelen hebben tot doel de slibdeeltjes samen te laten klonteren tot grotere deeltjes. Vlokmiddelen worden in het algemeen gefabriceerd uit acrylaten waaraan verschillende eigenschappen kunnen worden toegekend, zoals met betrekking tot de lading en de molecuulgrootte. Voor vlokhulpmiddelen wordt doorgaans gebruik gemaakt van ijzer- en/of aluminiumzouten. Nadat men de gevormde vlokken de kans heeft gegeven om te sedimenteren, wordt het vooringedikte slib verdeeld op een voorontwateringstafel en verder ontwaterd, waarna de gevormde vlokkenbrei mechanisch ontwaterd wordt bijvoorbeeld door middel van een zeefhandpers.Flocculating agents and flocculating aids are used to thicken the sludge fraction. The purpose of these agents is to allow the sludge particles to clump together into larger particles. Flocculants are generally manufactured from acrylates to which various properties can be assigned, such as in terms of charge and molecular size. Flake aids usually use iron and / or aluminum salts. After the formed flakes have been allowed to sediment, the pre-thickened sludge is distributed on a pre-dewatering table and further dewatered, after which the flakes knitted formed are dewatered mechanically, for example by means of a sieve hand press.

De kwaliteit en kwantiteit van de verontreinigingen in het slib/watermengsel is van invloed op het effect van de verwerking. In verband met de grote diversiteit in gedrag en eigenschappen van dat slib is getracht een vlokmiddel of vlokmiddelcombinatie te vinden met een groot toepassingsgebied. Hierbij is gebruik gemaakt van anion-actieve vlokmiddelen, non-ion actieve vlokmiddelen en kation-actieve vlokmiddelen, en combinaties daarvan. Daarnaast zijn vlokhulpmiddelen uitvoerig uitgetest. Er werden echter bij alle variaties wisselende successen behaald. Steeds werd op onverklaarbare wijze het proces verstoord en moesten de werkzaamheden worden onderbroken. Zo gebeurde het vaak dat het mechanisch ontwateren met behulp van de zeefbandpers enige uren op bevredigende wijze plaatsvond, maar dat opeens de vlokken aan de zijkant van de zeefbandpers uitgeperst werden. Het bleek dat, doordat er teveel water vast werd gehouden aan de vlokken en de vlokvorming en vlokstabiliteit te wensen overliet, de drukstabi-liteit van de door de zeefbandpers samengedrukte vlokkenbrei onvoldoende was.The quality and quantity of the impurities in the sludge / water mixture influences the effect of the processing. Due to the great diversity in behavior and properties of that sludge, attempts have been made to find a flocculant or flocculant combination with a wide range of applications. Use has been made here of anionic flocculants, non-ionic flocculants and cationic flocculants, and combinations thereof. In addition, flake aids have been extensively tested. However, varying successes were achieved in all variations. The process was inexplicably disrupted and work had to be interrupted. For example, it often happened that mechanical dewatering with the sieve belt press took place satisfactorily for several hours, but suddenly the flakes were squeezed out on the side of the sieve belt press. It was found that because too much water was retained on the flakes and left to be desired for flocculation and floc stability, the pressure stability of the floc knit compressed by the screen belt press was insufficient.

Veel energie werd gestoken in het achterhalen van de mogelijke oorzaak (oorzaken) van dit probleem. Hierbij werd gedacht aan variaties in het droge stof gehalte van het slib/watermengsel, variaties in de ladingeigenschappen van het slib en/of variaties in de dosering van de vlokhulpmiddelen. Veel onderzoek werd er gedaan om uit te vinden of een ingreep in de vlokmiddelen een verbetering zou kunnen geven. Een echte oplossing werd echter niet gevonden.A lot of energy was put into finding out the possible cause (s) of this problem. This included variations in the dry matter content of the sludge / water mixture, variations in the loading properties of the sludge and / or variations in the dosage of the flaking aids. A lot of research was done to find out whether an intervention in the flocculants could improve. However, no real solution was found.

Aanvraagster is op het idee gekomen om de oplossing van het voornoemde probleem in een andere hoek te zoeken, en heeft verrassenderwijs gevonden dat een voorbehandeling van het slib-watermengsel een oplossing kon bieden. Aldus is volgens de uitvinding een werkwijze verschaft voor het verwerken van een verontreinigd slib/watermengsel, waarbij aan het slib/watermengsel een vlokmiddel toegevoegd wordt om vlokvorming te bewerkstelligen, waarna de vlokkenmassa door het uitoefenen van druk daarop ontwaterd wordt, met het kenmerk, dat vooraf- gaande aan de toevoeging van het vlokmiddel de deeltjes in het wa-ter/slibmengsel aan een behandeling onderworpen worden, als gevolg waarvan 2e eenduidige ladingeigenschappen verkrijgen.The applicant has come up with the idea to look for the solution of the above-mentioned problem in a different angle, and surprisingly has found that a pretreatment of the sludge-water mixture could offer a solution. According to the invention there is thus provided a method for processing a contaminated sludge / water mixture, wherein a flocculant is added to the sludge / water mixture to effect flocculation, after which the flock mass is dewatered by applying pressure thereon, characterized in that prior to the addition of the flocculant, the particles in the water / sludge mixture are subjected to a treatment, as a result of which 2nd obtain unambiguous loading properties.

Bij voorkeur omvat die behandeling de stap van het voorafgaande aan het toevoegen van het vlokmiddel toevoegen van een oxyda-tiemiddel aan het water/slibmengsel.Preferably, that treatment comprises the step of adding an oxidizing agent to the water / sludge mixture prior to adding the flocculant.

Bij voorkeur wordt waterstofperoxyde of ozon gebruikt als oxydatiemiddel. Het gebruik van dergelijke middelen heeft als resultaat dat de oxydatiebehandeling van het slib/watermengsel zeer snel kan plaatsvinden, hetgeen voordelig is met betrekking tot de capaciteit van de betreffende slibverwerkingsinstallatie.Preferably hydrogen peroxide or ozone is used as the oxidizing agent. The use of such agents has the result that the oxidation treatment of the sludge / water mixture can take place very quickly, which is advantageous with regard to the capacity of the sludge processing installation concerned.

Natuurlijk kunnen ook andere oxydatiemiddelen gebruikt worden, zoals chloorbleekloog, kaliumpermanganaat en kaliumdichromaat. Er dienen bij dit proces echter bij voorkeur geen extra milieubezwa-rende stoffen te worden toegevoegd, zodat de toepassing van kaliumdichromaat niet zo gunstig lijkt. Daarenboven reageren kaliumdichromaat en kaliumpermanganaat enkel in een zeer sterk zuur-milieu. Tenslotte heeft chloorbleekloog het nadeel, dat eerder het in het slib aanwezige ammonium geoxydeerd wordt dan de anorganische metalen en de organische stoffen, zodat de effectiviteit van dit middel te wensen overlaat. Gebleken is dat ozon en waterstofperoxyde wel eerst oxydatieve reacties aangaan met de in het slib aanwezige anorganische metalen en organische stoffen.Of course, other oxidizing agents can also be used, such as chlorine bleach, potassium permanganate and potassium dichromate. Preferably, however, no additional environmental pollutants should be added in this process, so that the use of potassium dichromate does not seem so beneficial. In addition, potassium dichromate and potassium permanganate only react in a very strong acid environment. Finally, chlorine bleach lye has the drawback that the ammonium present in the sludge is oxidized rather than the inorganic metals and the organic substances, so that the effectiveness of this agent leaves something to be desired. It has been found that ozone and hydrogen peroxide do first oxidize with the inorganic metals and organic substances present in the sludge.

Hoewel aanvraagsters zich aan geen enkele theorie wensen te binden, is het succes van de werkwijze volgens de uitvinding mogelijk als volgt te verklaren.Although applicants do not wish to commit to any theory, the success of the method according to the invention may be explained as follows.

Baggerslib bevindt zich in het algemeen in een anaërobe toestand. De daarin aanwezige materialen komen voor in gereduceerde toestand. Door de toevoeging van een oxydatiemiddel worden de metalen en de organische bestanddelen geoxydeerd. Hierdoor verdwijnen variaties in lading van de deeltjes of, anders gezegd, worden de ladingeigenschappen van de deeltjes vrijwel eenduidig. Vrijblijvend wordt aangenomen dat in dit geval, als gevolg van het oxydatiemiddel, de ladingen van de deeltjes positief worden, waardoor in het bijzonder een zogenaamd kation-actief vlokmiddel, dat is een vlokmiddel dat een interactie geeft met kationen, op zeer effectieve en efficiënte wijze werkzaam kan zijn.Dredging sludge is generally in an anaerobic state. The materials contained therein occur in a reduced state. The addition of an oxidizing agent oxidises the metals and the organic components. As a result, variations in the charge of the particles disappear or, in other words, the charge properties of the particles become almost unambiguous. It is freely assumed that in this case, due to the oxidizing agent, the charges of the particles become positive, making in particular a so-called cationic flocculant, which is a flocculant interacting with cations, in a very effective and efficient manner. can be effective.

De uitvinding zal nu nader beschreven worden aan de hand van een bespreking van een praktijkproef met sterk verontreinigd slib (Nederlandse klasse 4), dat een PAK-gehalte en een oliegehalte, resp. ongeveer 0,1-1 g/kg en 10-20 g/kg droge stof bezat en vetten bevatte.The invention will now be described in more detail with reference to a discussion of a practical test with highly contaminated sludge (Dutch class 4), which has a PAH content and an oil content, respectively. had about 0.1-1 g / kg and 10-20 g / kg of dry matter and contained fats.

De verontreinigde waterbodem werd ontgraven door middel van een hydraulische kraan, die voorzien was van een graafbak, en overgeslagen in beunbakjes, die vervolgens werden afgevoerd naar een verwerkingsinstallatie. Aldaar werd de specie met een hydraulische kraan uit de beunbakjes gehaald en op een statisch zeefdek gelost, waar het zeer grove vuil tegengehouden werd. De resterende grof uitgezeefde specie werd nogmaals uitgezeefd in een roterende was/zeef-trommel om het grove vuil af te scheiden. Dit grove vuil werd schoongespoeld en gescheiden in twee fracties, te weten een fractie van 8 mm tot 50 mm en een fractie van groter dan 50 mm. De van deze grofvuil en middelvuil gescheiden specierest (waarvan de deeltjes allen kleiner waren dan 8 mm), werd met water in slurrievorm gebracht met een droge stofgehalte van ongeveer 15-20 gew.%.The contaminated sediment was excavated by means of a hydraulic crane, which was provided with a bucket, and transferred into wells, which were then transported to a processing installation. There, the mortar was removed from the hopper with a hydraulic crane and unloaded on a static screen deck, where the very coarse dirt was retained. The remaining coarse sieved grout was sieved again in a rotating washing / sieving drum to separate the coarse dirt. This coarse dirt was rinsed clean and separated into two fractions, namely a fraction from 8 mm to 50 mm and a fraction larger than 50 mm. The spoil residue separated from this coarse and medium soils (the particles of which were all smaller than 8 mm) was slurried with water with a dry matter content of about 15-20% by weight.

Deze slurrie werd vervolgens door een hydrocycloon gevoerd alwaar hij gescheiden werd in een slib/watermengsel en een zandfractie met korrelgrootte tussen 50 μπι en 8 mm.This slurry was then passed through a hydrocyclone where it was separated into a sludge / water mixture and a sand fraction with a grain size between 50 µm and 8 mm.

Aan het slib/watermengsel werd een oxydatiemiddel, waterstof peroxyde met een concentratie van 40 gew.%, toegevoegd in hoeveelheden van 5-25 g/kg droge stof, afhankelijk van de samenstelling en de concentratie van de organische verontreinigingen. Het aldus verkregen mengsel werd intensief geroerd en daarna in een conditioneringstank gepompt. In deze tank werd het mengsel eveneens intensief geroerd en zonodig belucht. De conditioneringstijd was afhankelijk van de samenstelling en de concentratie aan organische verontreinigingen (olie, PAK’s) en varieerde tussen de 15 en 45 minuten.An oxidizing agent, hydrogen peroxide at a concentration of 40% by weight, was added to the sludge / water mixture in amounts of 5-25 g / kg of dry matter, depending on the composition and the concentration of the organic impurities. The mixture thus obtained was stirred intensively and then pumped into a conditioning tank. The mixture was also stirred intensively in this tank and, if necessary, aerated. The conditioning time depended on the composition and the concentration of organic contaminants (oil, PAHs) and varied between 15 and 45 minutes.

Aan het geconditioneerde slib/watermengsel, waarvan het gehalte droge stof varieerde van 8-15 gew.%, werd een kation-actief vlokmiddel, BASF Sedipur® CF803, verkrijgbaar bij BASF, Ludwigshafen, B.R.D., toegevoegd in een hoeveelheid van ongeveer 0,75 gram per kilogram droge stof. Na menging en een korte reactietijd waarin de vlokken gevormd werden werden de vlokken voorontwaterd in een roterende trommel. Het aldus vooringedikte slib werd verdeeld op een vooront-wateringstafel en verder ontwaterd. Met een percentage van ongeveer 20 gew.% droge stof werd de aldus verkregen vlokkenbrei daarna op mechanische wijze ontwaterd in een zeefhandpers. De druk, die daarbij uitgeoefend werd, werd opgevoerd tot ongeveer 3 bar. Het aldaar afgescheiden filtraatwater werd weggevoerd naar een na-indikker, waarvan het bezinksel weer teruggevoerd werd in het proces in het stadium voorafgaande aan de toevoeging van het cation-actieve vlokmiddel. Het afgescheiden water van de na-indikker werd samengevoegd met het afgescheiden water in de voorontwatering en naar een waterzuiveringsinstallatie gevoerd om daarna naar de roterende was/zeeftrommel voor de grof uitgezeefde specie te worden geleid.To the conditioned sludge / water mixture, the dry matter content of which ranged from 8-15% by weight, a cationic flocculant, BASF Sedipur® CF803, available from BASF, Ludwigshafen, BRD, was added in an amount of about 0.75. grams per kilogram of dry matter. After mixing and a short reaction time in which the flakes were formed, the flakes were dewatered in a rotating drum. The thus pre-thickened sludge was distributed on a pre-dewatering table and further dewatered. With a percentage of about 20% by weight of dry matter, the flake knit thus obtained was then mechanically dewatered in a screen hand press. The pressure exerted thereby was increased to about 3 bar. The filtrate water separated there was removed to a post-thickener, the sediment of which was recycled back into the process at the stage prior to the addition of the cationic flocculant. The separated water from the post-thickener was combined with the separated water in the pre-dewatering and fed to a water purification plant and then sent to the rotary washing / sieving drum for the coarse sieved grout.

De uit de zeefbandpers tevoorschijnkomende slibkoek had een droge stofgehalte van 40 gew.% of meer. Deze slibkoek werd gewogen met behulp van een bandweger en naar een depot af gevoerd.The sludge cake emerging from the screen belt press had a dry matter content of 40% by weight or more. This sludge cake was weighed with the aid of a belt scale and taken to a depot.

De volgende voordelen bleken: - de vlokmiddelen bleken meer uniform te werken; - de dosering van de vlokmiddelen bleek minder kritisch te zijn, - de benodigde hoeveelheid toe te voegen vlokmiddelen bleek te kunnen worden verlaagd met een factor 3, - de vlokstabiliteit en de persbestendigheid van de vlokken bleek sterk verhoogd te zijn; - het percentage droge stof in de slibkoek bleek verhoogd te kunnen worden van 30-35 gew.% tot 40-45 gew.% of meer, - de prestatie van de mechanische ontwatering bleek verhoogd te kunnen worden tot het vier/vijfvoudige, - het gehalte aan vrije olie bleek met een factor 3-5 verlaagd te kunnen worden, - minder toezicht was nodig, - de stankoverlast was sterk gereduceerd.The following advantages were found: - the flocculants appeared to work more uniformly; - the dosage of the flocculants was found to be less critical, - the amount of flocculants to be added could be reduced by a factor of 3, - the floc stability and the press resistance of the flocs were greatly increased; - it turned out that the percentage of dry matter in the sludge cake could be increased from 30-35 wt.% to 40-45 wt.% or more, - the performance of the mechanical dewatering could be increased to four / five times, - it free oil content was found to be reduced by a factor of 3-5, - less supervision was required, - odor nuisance was greatly reduced.

Claims

Method for processing a contaminated sludge / water mixture, in particular contaminated with organic contaminants and / or heavy metals, in which a flocculant is added to the sludge / water mixture to effect flocculation, after which the floc mass is dewatered by applying pressure thereon characterized in that prior to the addition of the flocculant, the particles in the water / sludge mixture are subjected to a treatment, whereby they obtain unambiguous charge properties.

The method of claim 1, wherein the treatment of the particles comprises adding an oxidizing agent to the water / sludge mixture.

The method of claim 2, wherein hydrogen peroxide or ozone is used as the oxidizing agent.

The method of claim 1, 2 or 3, wherein a flocculant that interacts with cations is used.