21. Verbrandingsassen en ketelaanslag

E. Verbrandingsresten: assen, ketelafzettingen, crematie

Het onderzoeksgebied omvat uitdrukkelijk de op het rooster achterblijvende asresten, bodemas, resten uit de vuurhaard en afzettingen op chroomgelegeerde hete onderdelen, naast vlieg-, filter- en ketelassen. Deze fracties zijn verschillende monstermatrices. Chroom kan afkomstig zijn uit het verbrandingsmateriaal; bij contact met chroomgelegeerde onderdelen moet bovendien hun oppervlakte-/corrosiechemie worden meegenomen. Reactiebeschikbaar calcium en alkalicomponenten kunnen uit de resten zelf afkomstig zijn. Isolatie als calciumbron is hiervoor geen voorwaarde. [11, 26, 31-34]

Paoletti 2002: calciumchromaat bij afvalverbranding

Al in 2002 onderzocht Paoletti bij het Duitse onderzoekscentrum Forschungszentrum Karlsruhe het gedrag van oxyanionvormende zware metalen bij de verbranding van huishoudelijk afval (proefschrift Universität Stuttgart, FZKA 6755). Thermogravimetrische proeven met Cr₂O₃ en CaO in synthetische lucht toonden een snelle massatoename tussen 500 en 850 °C. Na een uur bij 850 °C toonde röntgendiffractie zeswaardig CaCrO₄ aan. In een inerte atmosfeer ontstond daarentegen alleen driewaardig Ca(CrO₂)₂. [50]

Paoletti concludeert dat zeswaardige chromaten alleen kunnen worden gevormd „wanneer de zuurstofpartiaaldruk in de brandkamer voldoende is”. Vergelijkbare reacties verwacht zij ook met natrium, kalium, magnesium, strontium en barium. In de proefinstallatie TAMARA lag het in het DEV-S4-eluaat van de roosterassen opgeloste chroom bij luchtgetallen van 0,7 tot 1,5 voor 85 tot 100 % als Cr(VI) voor; bij een luchtgetal van 0,6 daalde de vrijzetting met bijna twee orden van grootte. [50]

Vehlow, Paoletti, Seifert en Sirini presenteerden de resultaten in 2004 op het WTERT Fall Meeting aan de Columbia University in New York, inclusief de thermogravimetrie van Cr₂O₃ en CaO met het product CaCrO₄. Daarmee was de vormingsroute sinds 2004 ook op internationaal vakniveau gepresenteerd. [51]

Thermische nabehandeling van vliegassen

Hu et al. beschrijven in 2015 de oxidatie van chroom bij afvalverbranding door alkali- en aardalkalimetalen. Het geanalyseerde abstract van de uitgever benadrukt de beschikbaarheid van vrij CaO; alkalicomponenten bevorderen de oxidatie bij lagere temperaturen in samenhang met de afkoeling van de rookgassen. In sulfaten of aluminosilicaten gebonden calcium moet wat betreft de reactiebeschikbaarheid afzonderlijk worden beschouwd. Totaal calcium respectievelijk een als CaO opgegeven oxidegehalte beschrijft op zichzelf daarom nog niet de omzetting tot calciumchromaat. [31]

Al Hu et al. (2013) onderzoeken vliegassen uit vijf Chinese afvalverbrandingsinstallaties en de thermische nabehandeling ervan bij 1.023-1.323 K, overeenkomend met ongeveer 750-1.050 °C, in lucht of stikstof. Het abstract van de uitgever beschrijft de vorming van CaCrO₄ uit Cr₂O₃ en CaO bij de thermische behandeling. De aanvankelijk onderzochte assen vertonen daarentegen slechts kleine Cr(VI)-aandelen en geringe uitloging. Het resultaat betreft de verandering door nabehandeling; het is geen algemene uitspraak over alle ruwe assen. [32]

Gong et al. (2017) vullen dit aspect aan voor een Chinese vliegas uit de rookgasreiniging: na thermische behandeling neemt de uitloging van chroom toe, terwijl de uitloging van verscheidene andere metalen afneemt. De auteurs schrijven de verandering toe aan Cr(VI)-verbindingen zoals CaCrO₄. In het eluaat werd totaal chroom gemeten; de calciumchromaatroute is de mechanistische verklaring van de auteurs, geen zelfstandig Cr(VI)-speciatiebewijs van deze meetreeks. Een verbeterde immobilisatie van afzonderlijke metalen rechtvaardigt dus geen algemene ontlasting wat chroom betreft. [33]

Roosterassen bij het uit bedrijf nemen: temperatuurverloop en zuurstoftoetreding

Bij het uit bedrijf nemen voor onderhoud blijven asresten achter op een chroomhoudend rooster respectievelijk op chroomgelegeerde oppervlakken van hete onderdelen, terwijl temperatuur en atmosfeer veranderen. Dit proces moet worden onderscheiden van het transport van vliegstof tijdens bedrijf.

Paoletti levert de bouwstenen voor dit proces: calciumoxide is in huishoudelijk afval aanwezig met circa 3 %; calciumchromaat vormt zich tussen 500 en 850 °C en wordt boven 850 °C weer gereduceerd tot driewaardig chromaat; zuurstof is een dwingende voorwaarde. Bij het uit bedrijf nemen doorlopen rooster en asresten precies dit temperatuurvenster, terwijl door uitbranden en openen extra zuurstof toetreedt. Een aanvullende chromaatvorming respectievelijk verrijking in de achterblijvende resten is daarmee chemisch te verwachten. [50]

Het belang van de atmosfeer bevestigt ook Leaching behavior of heat-treated waste ash (2006): de auteurs onderzoeken bodemassen uit twee Japanse gemeentelijke installaties met roosterverbranding en variëren temperatuur, zuurstofconcentratie en behandelingsduur. Een zuurstofarmere thermische behandeling vermindert het uitloogbare Cr(VI). [43]

Dat dit effect bekend is, toont een houtasprocedé dat zuurstofcontact pas onder 200 °C gericht toelaat om de vorming van Cr(VI) te voorkomen (Brill 2002, geciteerd in het rapport van het Duitse Umweltbundesamt 2019, p. 72). Het rapport overweegt bovendien een inerte nabehandeling van crematieas. [44]

Directe vergelijkende metingen bij afvalverbrandingsinstallaties vóór en na het uit bedrijf nemen zijn tot nu toe niet beschikbaar; zij zouden de orde van grootte bepalen, niet het mechanisme.

Voor een concreet as- of afzettingsprobleem moeten fractie, installatie, bedrijfstoestand, monsterneming, Cr(VI)-analyse en werkzaamheid worden toegewezen.

Meting van totaal chroom, uitloogtest en persoonsgebonden stofmeting beantwoorden elk verschillende vragen.