Radioactief reinigen: Een (niet zo) onmogelijke missie

Radioactief reinigen: Een (niet zo) onmogelijke missie
Verhaal en foto's
TAB_1_MAU00192-Edit.jpg

Het water bij een Siciliaans fosforgips-depot was sterk verontreinigd, en niemand wist een manier om dit te reinigen - tot Ulrich Bäuerle zijn unieke zuiveringsinstallatie ontwierp.

Eén blik op de chemische analyse van het water bij het fosforgips-depot in Gela, Sicilië, en de meeste watertechnologen zouden met ontzetting terugdeinzen: Dit verontreinigde water vertoonde een hoog zoutgehalte gecombineerd met verhoogde concentraties van verschillende zware metalen, fosforzuur, fluorides en radioactieve elementen.

Ulrich Bäuerle deinsde niet terug. Hij zag een uitdaging en een kans. Zijn bedrijf, Clear Water Technologies (CWT) uit het Duitse Grafenrheinfeld nabij Frankfurt, is gespecialiseerd in moeilijke projecten om water te zuiveren.

“Je moet de chemie begrijpen”, aldus Ulrich Bäuerle. “De meeste mensen keken naar het water en zeiden dat het onmogelijk was om het te zuiveren, maar wij en ons partnerbedrijf Servizi Technologici per l'Ecologia Srl Uninominale (STE) gebruikten onze ervaring en probeerden het één en ander totdat het lukte."

FOTO: Carmelo Curvà loopt door de installatie in Gela, Sicilië, die zeer verontreinigd radioactief water afkomstig van de productie van fosforzuur voor kunstmest zuivert.


"De meeste mensen kijken naar het water en zeggen dat het onmogelijk is om het te zuiveren, maar wij en onze partner STE probeerden één ding en daarna nog één tot het werkte."

Ulrich Bäuerle, Clear Water Technologies

TAB_1_MAU00459-Edit.jpg

Gebruikt bij de productie van fosforzuur voor kunstmest (zie tab “Fosfaat: Nodig voor voedsel”) bevat fosfaat vaak natuurlijke radioactieve elementen, net als vele andere natuurlijke rotsgesteenten. Bij het maken van fosforzuur komt fosforgips vrij als bijproduct. De afvoer ervan op een stortplaats verontreinigt in de loop van de tijd het opgehoopte regenwater", zegt Ulrich Bäuerle.

De betreffende productiefabriek voor fosforzuur was in bedrijf tijdens de tweede helft van de twintigste eeuw, en werd gesloten in de jaren '90 om industriële en markttechnische redenen. De problemen gerelateerd aan de fosforgips-stortplaats in Sicilië bleven echter bestaan.

Dit probleem is niet uniek voor Gela. Plaatsen waar fosfaatgesteenten worden verwerkt om kunstmest te maken zijn op alle werelddelen aanwezig. Volgens een studie van Greenpeace uit 2012 wordt het probleem snel groter, omdat de toegenomen ontginning van fosfaten om tegemoet te komen aan de vraag naar kunstmest betekent dat de kwaliteit van de gesteenten achteruit gaat. Elk jaar wordt ongeveer 110 miljoen ton fosforgips geproduceerd.

FOTO: De CWT/STE installatie kan het verontreinigde water tot 99.9% zuiveren, terwijl het voorheen zware metalen en radioactieve isotopen van uranium, lood, polonium, radium en kalium bevatte, zoals vastgesteld door het Internationaal Atoomenergieagentschap.

Het basische water van het fosforgips-depot bevat zware metalen en radioactieve isotopen van uranium, lood, polonium, radium en kalium, die alfa-, bèta- en gamma-straling afgeven.

Een groeiend probleem
De verontreiniging bij Gela is een probleem dat groot genoeg is om de interesse te wekken van het Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA), die zeggen dat er 15 miljoen ton materiaal ligt in het 55 hectare grote, 20 meter diepe fosforgips-depot. Ondanks de tegenhoudende wanden die tot diep in het onderliggende klei lopen is er nog steeds een risico dat er straling in het grondwater komt; er wordt dus oppervlaktewater gepompt in twee enorme kunstmatige meren naast de locatie.

In 2010 onderzocht het IAEA hoe ze het risico konden meten dat de locatie zou vormen, en hoe ze zouden moeten omgaan met de radioactiviteit in het depot zelf. Het basische water bevat doorgaans zware metalen en radioactieve isotopen van uranium, lood, polonium, radium en kalium, die alfa-, bèta- en gamma-straling afgeven.

Daar gaven de meeste wateringenieurs het op - maar niet Ulrich Bäuerle. Hij moest een proefinstallatie bouwen en demonstreerde zijn waterzuiveringsoplossing aan een commissie van experts, waarbij elke stap van het proces werd beoordeeld door twee onafhankelijke laboratoria.

Van de installatie die werd bedreven door CWT’s Italiaanse partner STE is de eerste stap – ontworpen door Ulrich Bäuerle en gebouwd door STE – chemische voorbehandeling. De tweede stap, gebouwd door CWT voor STE, zuivert het overgebleven water fysisch.

"De voorbehandeling verwijdert het grootste deel van de zouten, zware metalen, fosfor en fluoride", legt Ulrich Bäuerle uit, "terwijl de tweede stap de rest van de opgeloste zouten en andere oplosbare stoffen verwijdert."

TAB_1_MAU00101-Edit.jpg
TAB_1_MAU00112-Edit.jpg

Explosieve groei van algen
Bij de voorbehandeling zijn chemische processen betrokken om opgeloste verontreinigingen om te zetten in vaste deeltjes. Deze kunnen van het water worden afgescheiden met filterdoeken in een grote filterpers. Aangezien biologische verontreiniging problemen kan veroorzaken in de daaropvolgende processtappen moet de chemische zuivering worden aangepast in overeenstemming met de hoeveelheid algen en bacteriën in de bezinkvijvers.

"Wat overblijft uit de voorbehandeling is witte slib in vaste platen die een beetje groen kunnen uitslaan als er veel algen zijn", zegt Ulrich Bäuerle. "De voorbehandeling verwijdert de meeste problematische bestanddelen die een goede werking van de membraanzuivering in de tweede stap zouden belemmeren. Wat overblijft is helder water, maar met alle oplosbare en een deel van de radioactieve zouten er nog steeds in."

De vaste slib wordt teruggevoerd naar het depot.

TAB_1_CWT process_v2.jpg

Hoe het werkt
Ondertussen gaat het water door naar de zuiveringsinstallatie die zich binnen in een paar zeecontainers bevindt. Dat is een specialiteit van CWT: de installaties worden gemonteerd in Grafenrheinfeld in standaard (zee)containers, en kunnen worden getransporteerd en snel worden geïnstalleerd op de plek waar ze nodig zijn. In het geval van Gela nam de installatie van de geïsoleerde en met airco uitgeruste containers slechts zes weken in beslag.

Hoewel veel van wat er in de zuiveringsinstallatie gebeurt geheim is, legt Ulrich Bäuerle het stroomschema uit (zie afbeelding).

Het eerste filter in de container is een poreus membraan - een fysisch filter dat zo fijn is, dat zwevende deeltjes, bacteriën en virussen ermee verwijderd worden. Het water wordt dan onderworpen aan omgekeerde osmose (RO) waarbij het door drie membraantrappen wordt gedwongen. Bij elke trap wordt het concentraat met verontreinigingen en chemicaliën teruggevoerd naar een eerdere trap zodat het opnieuw gezuiverd kan worden. Ulrich Bäuerle bewaakt de werking van de installatie vanuit zijn kantoor in Duitsland met een web-based besturingsinterface. Hij kan zo aanpassingen adviseren aan de ingenieur die ter plekke is.

FOTO: Radioactief water in – schoon water uit. Het CWT waterzuiveringsysteem wordt hier weergegeven.

99.9 procent verwijderd
Aan het einde van het proces zijn alle zwevende deeltjes en 99.9 procent van de zouten verwijderd. De 13,000 kilogram/uur oppervlaktewater is omgezet in 10,000 kilogram/uur zuiver water, 2,500 kilogram/uur RO-concentraat en ongeveer 710 kilogram/uur slib in de filterpers. Het concentraat gaat terug naar het depot, met nieuwe en gepatenteerde herinfiltratietechnologie geleverd door het Duitse bedrijf IEG Technologie GmbH waarmee kortsluiting van het water wordt vermeden, met een gelijkmatige verdeling van het concentraat ten opzichte van het gipsvolume tot gevolg.

Het water is nu schoon genoeg om te voldoen aan de lozingseisen die gesteld worden door de milieu-instanties, en wordt toegevoerd aan een nabij gelegen beekje.

Eén zuiveringsinstallatie bleek echter niet voldoende te zijn. Nu werken er twee identieke installaties 24 uur per dag, zeven dagen per week, met een totale capaciteit van 600 kubieke meter water per dag.

Dit was een uitdaging voor CWT. Hoewel het bedrijf altijd te maken heeft met 'moeilijk' water was dit een stap verder dan iemand ooit gezet had.

"Er zijn ongeveer 20 andere locaties op de wereld die met dezelfde problemen te maken hebben", zegt Ulrich Bäuerle, "en tot op heden wist niemand hier raad mee. We willen [onze oplossing] nu ook elders gebruiken, en we kunnen deze ervaring aanpassen aan andere probleemplekken die net zo moeilijk zullen zijn."

MAU00136-Edit.jpg

Er zijn ongeveer 20 andere locaties op de wereld die met dezelfde problemen te maken hebben. Tot nu toe was er niemand die wist hoe hier mee om te gaan.

Ulrich Bäuerle, Clear Water Technologies

FOTO: Ultra-filtratie-units binnenin de container bij de zuiveringsinstallatie van CWT/STE in Gela, Sicilië.

Verhaal door Michael Lawton
Foto's door Maurizio Camagna
Afbeelding door Valja Infodesign

Fosfaat: Nodig om te voeden
TAB_2_MAU00086-Edit.jpg

FOTO: Het fosforgips-depot op Sicilië is bedekt met een meerlaags ondoordringbaar pak om de inhoud in z'n geheel van de omgeving af te schermen.

 

We hebben fosfaat nodig om de groeiende wereldbevolking te voeden. "Je moet het ontginnen - dat is de enige manier om er aan te komen", zegt Brian Birky, interim Executive Director van het Florida Industrial and Phosphate Research Institute. Het instituut is één van 's werelds topcentra voor fosfaat-expertise.

“We hebben fosfaat nodig om onze groeiende wereldbevolking te voeden. Ontginnen is de enige manier om het te krijgen.”

Brian Birky, Florida Industrial and Phosphate Research Institute.

Er was een periode dat Florida een kwart van alle fosfaat-kunstmest op de wereld produceerde. Het ontginnen begon daar ongeveer een eeuw geleden. “Ze hadden alleen maar pikhouwelen en muilezels”, zegt Brian Birky, “en ze konden dus alleen maar bij de eenvoudige afzettingen van hoge kwaliteit.” Het erts dat is overgebleven is nu van slechtere kwaliteit, en Florida is verder achter opgelopen bij andere ontginningsgebieden zoals Marokko.

“Er is veel onderzoek gedaan om uit te vinden wat veilige gehaltes zijn in termen van milieubelasting en volksgezondheid”, zegt hij. Verontreinigingsniveaus variëren sterk van locatie tot locatie wereldwijd.

“Hier in Florida”, zegt Brian Birky, “zitten we in het hoogste kwartiel als het gaat om uranium, maar het laagste kwartiel voor cadmium." Fosfaat wordt nu ontgonnen en verwerkt met een beter besef van het risico op verontreiniging. Brian Birky geeft toe dat er geen manier is om vervuiling te vermijden. "Je moet de algemeen geaccepteerde werkwijze nog verder verfijnen om de gehaltes te krijgen die zo laag zijn als praktisch mogelijk is, en met de gehaltes die wij hebben kunnen we goed leven", zegt hij.

Grundfos totaalleveranties

Voor het zuiveringsproces van Clear Water Technologies (CWT) zijn 26 verschillende RVS meertraps en normblokpompen nodig, alsmede 10 digitale doseerpompen voor de 10 injectiepunten voor chemicaliën. Directeur Ulrich Bäuerle van CWT zegt dat hij voor Grundfos koos als totaalleverancier omdat hij wist dat de pompen tijdens continu bedrijf betrouwbaar zouden werken. Hij was ook tevreden met de service.

TAB_3_MAU00249-Edit.jpg

"Voor de tweede installatie was de levertijd verkort van 16 naar 12 weken", zegt hij. "Zestien weken was al kort, maar Grundfos was in staat om in 12 weken te leveren. De laatste pomp werd ter plekke geleverd waar deze direct werd ingebouwd in de container."

Grundfos pomptypes die werden geleverd aan CWT:
CRNE 32-2
CRNE 15-14
CRNE 15-03
CRN 45-1-1
CRN 15-02
DDI 60-10 AR
DDI 20-3 AR
DDI 0.4-10 AR
NBE 80-200/196
NBE 80-160/161
NB 40-250/260





    Facebook Twitter LinkedIn Technorati