NL9500479A - Werkwijze voor de behandeling van verbrandingsresiduen. - Google Patents

Description

Werkwijze voor de behandeling van verbrandingsresiduen

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de behandeling van verbrandingsresiduen, in het bijzonder van residuen van afvalverbrandingsinstallaties (AVI) en van verbrandingsresiduen van chemisch afval, al dan niet in combinatie met andere thermische reststoffen.

De problematiek van verwerking en opwerking van AVI-residuen staat momenteel sterk in de belangstelling. Onder AVI-residuen wordt hier in het bijzonder verstaan AVI-bodemas en AVI-vliegas. Deze residuen bevatten ten opzichte van het onverbrande afval verhoogde concentraties aan potentieel schadelijke metalen, zoals koper, lood, cadmium en molybdeen. De chemische vorm waarin deze metalen in het onverbrande afval voorkomen wijkt af van die in AVI-residuen. Bovendien kunnen deze residuen ook organische verontreinigingen bevatten, zoals dioxinen. De bodemas en de vliegas hebben gemeen dat het merendeel van de matrix uit een glas bestaat, waaruit de metalen kunnen worden uitgeloogd. Als gevolg van de aanscherping van milieueisen, die zowel het storten als de nuttige toepassing van de verbrandingsresiduen bemoeilijken dreigt de afvalverbranding als methode voor het verwerken van afval bij het uitblijven van verbeterde verwerkingstechnieken te worden bemoeilijkt.

De geproduceerde AVI-bodemas wordt vrijwel geheel toegepast in de grond-, weg- en water-bouw. Nu de kwaliteitseisen voor bouwmaterialen worden verscherpt, bijvoorbeeld in Nederland door het Bouwstoffenbesluit, zal een groot deel van de geproduceerde AVI-bodemas niet meer voldoen aan de eisen. Voor deze categorie is toepassing gewoonlijk alleen toegestaan, indien extra isolerende voorzieningen worden getroffen, hetgeen extra kosten met zich meebrengt.

AVI-vliegas wordt voor een klein deel toegepast als vulstof in asfalt. Ook voor deze reststof geldt dat door verscherpte regelgeving de af zet van de huidige kwaliteit in gevaar komt. Ook het storten van AVI-vliegas zal worden bemoeilijkt. Omdat in Nederland in het Bouwstoffenbesluit eisen aan de samenstelling zijn komen te vervallen en alleen eisen worden gesteld aan de uitloging van schadelijke stoffen, is de weg vrij voor technieken die weliswaar de samenstelling niet beïnvloeden, maar wel een verlaging van de uitloging bewerkstelligen.

Een werkwijze voor de behandeling van verbrandingsresiduen, zoals AVI-slakken, is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 9202033· Volgens die werkwijze worden de residuen behandeld met lucht die verrijkt is aan C02 (0,1-100 vol.J», In het bijzonder ongeveer 8%). De behandeling vindt plaats door overleiden van de lucht, en de lucht kan tevens waterdamp bevatten. De toegepaste temperatuur en druk zijn in het algemeen die van de omgeving, maar een verhoogde temperatuur tot 100*C en een overdruk tot 1 atmosfeer worden ook tot de mogelijkheden gerekend.

Nadeel van deze bekende werkwijze is dat het uitlooggedrag van de meeste metalen uit het behandelde residu weliswaar is verbeterd, maar wat betreft een aantal metalen, zoals molybdeen en cadmium, nog onbevredigend is. Wanneer de druk en de temperatuur worden verhoogd (respectievelijk 3,5 bar en 150*0) en de behandelingsduur' wordt verkort tot 1 uur neemt de uitloging van de belangrijke component molybdeen zelfs toe. Een ander nadeel van deze bekende werkwijze is dat voor een redelijk resultaat lange behandelingsduren nodig zijn (2 tot 10 weken).

Er is derhalve behoefte aan een werkwijze voor de behandeling van verbrandingsresiduen waarmee in een betrekkelijk korte tijd een beter resultaat wat betreft de uitloging van zware metalen, zoals koper, lood, molybdeen, cadmium en kwik, wordt bereikt.

Gevonden is dat in deze behoefte kan worden voorzien door middel van een werkwijze waarbij verbrandingsresiduen in een autoclaaf worden behandeld met een gas dat ten minste waterdamp bevat. Deze behandeling wordt gedurende ten minste 1 uur tot ten hoogste enkele dagen, in het bijzonder van 2 tot 24 uur, meer in het bijzonder van 6 tot 18 uur uitgevoerd.

Bij de behandeling worden een verhoogde druk en een verhoogde temperatuur toegepast. De toegepaste druk bedraagt bij voorkeur 5 tot 20 bar, in het bijzonder 10 tot 16 bar. Bij voorkeur wordt een temperatuur boven 100*C, en in het bijzonder van 120-250*0, toegepast. Uit praktische overwegingen kan de toegepaste temperatuur de evenwichtstemperatuur van waterdamp bij de toegepaste druk zijn. De hierboven bedoelde behandeling betreft de totale duur van de nuttige verblijftijd in de autoclaaf, d.w.z. inclusief de tijd die nodig is om de temperatuur en druk op te bouwen resp. af te laten.

Door de werkwijze volgens de uitvinding worden de hydrolyse en hydratatie van de verbrandingsresiduen versneld, waardoor reactieve glazen worden omgezet in kleien en kleiprecursors. Ook kunnen de oxidatie-en carbonatatie-reacties aanzienlijk worden versneld. In de bij de auto-claveringsbehandeling gevormde fasen is een breed spectrum aan zware metalen vastgelegd, waaronder lood, zink, koper, cadmium en kwik, maar ook oxyanionen zoals molybdeen, antimoon en seleen. Tevens worden bij de behandeling organische verontreinigingen zoals dioxinen ontleed in minder schadelijke stoffen.

Als verbrandingsresiduen kunnen residuen van verbrandingsinstallaties voor huishoudelijk en/of industrieel afval worden verwerkt. Ook verbrandingsresiduen van chemisch afval kunnen worden verwerkt. Daarbij kan het soms van voordeel zijn deze te combineren met andere thermische reststoffen zoals vliegas, die glasachtige materialen bevatten, teneinde de verkleiing in het eindprodukt, en daarmee de opsluiting van zware metalen, te bevorderen.

De werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd in een verhardingsketel, waarin het verbrandingsresidu batchgewijs dan wel semi-continu wordt blootgesteld aan een stoom-bevattend gas. Het gehalte aan waterdamp in het behandelingsgas bedraagt bij voorkeur ten minste 20%, met meer voorkeur ten minste 50%. In het bijzonder kan men het autoclave-ren uitvoeren met uitsluitend stoom. Het behandelingsgas kan echter ook andere componenten, zoals zuurstof, stikstof en/of kooldioxide bevatten. De stoom kan worden opgewekt in een afzonderlijke ketel.

Nadat de behandeling is beëindigd, wordt het materiaal desgewenst gebroken en eventueel verder bewerkt zodat het geschikt is bijvoorbeeld voor toepassing in de grond-, water- en wegen-bouw.

Voorbeeld I

Een hoeveelheid AVI-bodemas van 5 kg werd in een autoclaaf behandeld met stoom gedurende in totaal 16 uur. Daarbij werd gedurende ongeveer k uur een druk van meer dan 14 bar en gedurende in totaal ongeveer 6 uur een druk van meer dan 12 bar toegepast. De temperatuur was de even-wichtstemperatuur, d.w.z. in de orde van 170*C. De autoclaveergegevens zijn weergegeven in figuur 1 (curve 1).

Na de autoclaveringsbehandeling werd het materiaal uit de autoclaaf genomen en verkleind. Vervolgens werd een uitloogproef uitgevoerd door behandeling met synthetisch regenwater met een pH van 4 (kolomproef o-NEN 73*13)· De verhouding tussen percolatievloeistof en vaste stof in de kolom (L/S) was 0,1, 0,5 resp. 1,0. De uitgeloogde hoeveelheid molybdeen resp. lood werd in de percolaten behorende bij deze L/S-waarden gemeten. De waarden, uitgedrukt in pg/kg, zijn voor molybdeen weergegeven in figuur 2 en voor lood in figuur 3 (onderste kromme). Ter vergelijking werd het uitlooggedrag van verse, d.w.z. niet volgens de uitvinding behandelde, AVI-bodemas in dezelfde test in duplo bepaald; de resultaten hiervan zijn eveneens weergegeven in figuren 2 en 3 (bovenste twee krommen). Het blijkt dat door de behandeling volgens de uitvinding de uitloging van molybdeen uit AVI-bodemas met een factor 3*4 wordt verlaagd en die van lood met een factor van 100-300 wordt verlaagd.

Voorbeeld II

De werkwijze volgens voorbeeld I werd herhaald, waarbij echter de totale behandelingsduur in de autoclaaf 9 uur bedroeg. Gedurende ongeveer 2 uur werd een druk van 16 bar gehandhaafd en gedurende ongeveer 5 uur een druk van meer dan 13 bar. De autoclaveergegevens zijn weergegeven in figuur 1 (curve 2). Het uitlooggedrag van molybdeen en lood is weergegeven in respectievelijk figuur 2 en figuur 3· waarbij de resultaten samenvielen met die van voorbeeld I (onderste krommen).

Voorbeeld III

Op dezelfde wijze als vermeld in voorbeeld 1 werd AVl-vliegas behandeld (totale behandelingsduur 8 uur, maximale druk 16 bar). Het uitlooggedrag van koper, lood, molybdeen, cadmium en sulfaat in synthetisch regenwater (pH is 4) bij een verhouding vloeistof/vaste stof L/S) van 1 werd bepaald. De resultaten zijn als relatieve uitloging ten opzichte van een standaardwaarde (UI) weergegeven in figuur 4 (linker balken). Ter vergelijking zijn de uitloogwaarden van niet volgens de uitvinding behandelde AVI-vliegas (gemiddelde kwaliteit) bepaald en eveneens weergegeven in figuur 4 (rechter balken). Uit de figuur blijkt dat de werkwijze volgens de uitvinding tot een verbetering met een factor van ongeveer 50 voor molybdeen, een factor van ongeveer 200 voor cadmium en een factor van ongeveer 5000 voor lood leidt.

Claims (5)

1. Werkwijze voor de behandeling van verbrandingeresiduen, net het kenmerk, dat men de verbrandingeresiduen in een autoclaaf behandelt net een gas dat waterdamp bevat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het gas ten minste 20%, bij voorkeur ten minste 50% waterdamp bevat.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij men een druk van 5 tot 20 bar, bij voorkeur van 10 tot 16 bar toepast.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3· waarbij men een temperatuur van 120-250*C toepast.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, waarbij men de behandeling 1 tot 24 uur voortzet.