Емисии на метан од пасивно дегазирани депонии и механичко-биолошко таложење
Емисии на метан од пасивно дегазирани депонии и депонирање на механички-биолошки третиран отпад - прогноза на емисии и ефективност на биолошката оксидација на метан - финален извештај Подготвено од д-р Инг. Дипл.-Геогр. Матијас Киле-Вајдемаер * Дипл.-Инг. Хајнц Богон ** * Последниот консултант со интернационалецот Роберт-Кох-Ул. 48B 30853 Langenhagen www.wasteconsult.de ** Консултантски инженер Marschstr. 24 31525 Нојштат на Рбге. www.oekobauconsult.de Во име на Федералната агенција за животна средина ФКЗ: 360 16 015 декември 2008 година
Содржина 7.1. Евалуација на литературата. од Шантон и сор. 94 8.4 Евалуација на литературата за теренски експерименти 96 8.4.1 Составување на теренски студии (Бергер, 2008) 96 8.4.2 Депонија Кухштетт 97 8.4.3 Депонија Гунслебен 98 8.4.4 Фински депонии 99 8.4.5 Австриски депонии 100 8.4.6 Депонија Факсе, Данска 102 8.5 Оптимизирана структура на покривните слоеви за оксидација на метан 104 8.6 Метан оксидација во комбинација со површинско запечатување 105 8.7 BMBF проект MiMethox 108 8.8 Составување на понатамошни резултати 117 11 Проверки за веродостојност и несигурност на методот 121 12 Резиме 124 13 Користена литература 126
2 Основи на биохемиска оксидација на метан Толеранција на висока pH вредност (> 5,5-8,5) Температурниот опсег е означен многу поинаку (делумно 20-37 C, делумно и 2%) само во тесен опсег. Истражувањата до денес покажуваат, почнувајќи од површината на почвата, по мало подрачје без концентрации на метан (со тоа и без оксидирачка активност), брз пораст на оксидирачката активност до врвна вредност, вредностите се можни константни на неколку сантиметри и потоа брз пад на активностите. Досега направените мерења покажуваат дека оваа област на оксидација има максимална дебелина од приближно 20-30 см. Информативната вредност на најмалите тестови во лабораторијата под различни гранични услови (вклучувајќи ги и собните температури) сигурно не е дадена секогаш. Бројките дадени во литературата треба секогаш да се користат со претпазливост. Од ова нема сезонски тек на стапките на оксидација, ниту долгорочна оксидација со години, па дури и FKZ 360 16 015 4
2 Основи на биохемиската оксидација на метан - сепак, кривата на температурата не може едноставно да се донесе за локалната ситуација. Сл. 2-3: Влијание на температурата врз оксидацијата на метан (Геберт, 2007) Сл. 2-4: Годишна промена на температурата во зависност од длабочината на тлото во близина на Кенигсберг (според Шмит и Лејст, цитирано во Scheffer et al, 2002) FKZ 360 16 015 6
2 Основи на биохемиска оксидација на метан 2.3 Влијание на содржината на вода во почвата врз оксидација на метан На слика 2-5 и слика 2-6, влијанието на содржината на вода во почвата врз перформансите на оксидација е прикажано како пример. Овој параметар е несомнено уште покомплексен од температурниот параметар, бидејќи влагата е неопходна за микроорганизмите, меѓу другото, силно влијае на движењето на гасот во почвата, ја одредува дифузијата на двата гасови (метан и кислород) во правец на микроорганизмите и заедно претставува важен параметар за структурата на почвата. Сл. 2-5: Влијание на содржината на вода во почвата врз стапката на оксидација на метан (Чепиел и сор., 1996) (а - горе лево); Вредности од нормализирана до релативна стапка на оксидација од 1 при оптимална содржина на вода (б горе десно); Влијание на содржината на вода во почвата врз стапката на конверзија на метан (Берјесон и сор., 1997) (в подолу) Компилација според Ehrig et al, 2000 FKZ 360 16 015 7
2 Основи на биохемиска оксидација на метан Сл. 2-6: Влијание на содржината на вода во почвата врз оксидација на метан (Gebert, 2007) Во обемната програма за мерење, беа извршени и мерења на диференцијалниот притисок (притисок на воздухот, притисок на депонискиот гас во суровата гасна линија). Утврдени се многу големи влијанија на промените во воздушниот притисок врз волуменот на емитираниот гас. Графичка споредба на притисокот на воздухот, диференцијалниот притисок, протокот на волумен и составот на гасот во суровата гасна линија до биофилтерот е прикажана подолу. FKZ 360 16 015 8
2 Основи на биохемиска оксидација на метан 3.0x10-6 75% Проктор 1,25 g/cm 3 D eff (m 2/s) 2,5x10-6 2,0x10-6 1,5x10-6 1,0x10-6 5,0x10- 7 85% Проктор 1,42 g/cm 3 95% Проктор 1,59 g/cm 3 0,0 15 20 25 30 35 Капацитет на воздух (волумен%) Волумен на пори исполнет со воздух (волумен%) Слика 2-9 Однос помеѓу степенот на набивање, волуменот на порите исполнет со воздух и Дифузија. 2.5.4 Влијание на протокот на конвективен депониски гас врз дифузијата на кислород во слоевите на покривката со депонијата Врската помеѓу волуменот на порите исполнет со воздухот и коефициентот на дифузија што произлегува од Слика 2-8 беше искористена од Геберт, Гренграфф (2008) како основа за симулација на профили на концентрација на кислород во измислена Покривен слој на депонија што се користи за различни сценарија на проток на гас од конвективна депонија (Слика 2-10). FKZ 360 16 015 12
2 Основи на биохемиска оксидација на метан 0 20 D s = -8 2 eff = 8 * 10-8 m/s 2/s PV исполнет со воздух исполнет со воздух PV = PV 11.03 = 11 вол. %% A Длабочина на длабочина (см) 40 60 80 100 0,83 lm -2 h -1 2 4 6 Конвективен проток 8 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 O 2 концентрација - концентрација (%) (волумен%) 0 20 D s -7 2 eff = 5,7 * 10-7 m 2/s PV исполнет со воздух исполнет со PV = PV 16 = Vol.% 16% B Длабочина на длабочина (cm) (cm) 40 60 80 100 0,83 lm -2 h -1 2 4 Конвективен 6 проток 8 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 O 2 концентрација на O 2 концентрација (волумен%) (%) 0 20 D s -6 2 eff = 1,06 * 10-6 m 2/s/s Воздух исполнет со воздух - исполнет PV = PV 21 = Vol.% 21% C Длабочина на длабочина (cm) 40 60 80 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 OO 2 -концентрација (%) 2 -концентрација (вол.%) Сл. 2 -10 Симулација на профили на концентрација на O 2 за сценарија на ниска (A), средна (B) и висока (C) дифузија и разни протоци на гас на депонија (Gebert and Gröngröft, 2008) FKZ 360 16 015 13
2 Основи на биохемиска оксидација на метан Материјал може да се оцени како соодветен доколку стапките на деградација на метанот утврдени во идеални лабораториски услови се што е можно попрецизни на 100% по фазата на адаптација од околу една до две недели (т.е. целиот испорачан метан треба да се деградира според очекуваната состојба на емисија на наоѓалиштето ) Ако снабдувањето со метан се зголеми на двојно повеќе од количината на гас што се очекува на лице место, стапките на деградација не треба да паѓаат под 70-80%. Табела 2-1 Истражувани компаративни материјали за капацитет на оксидација на метан со некои релевантни параметри за карактеризација (Хубер-Хумер и сор., 2008) m = средна вредност (средна вредност), мин. Макс = опсег на вредност од најмалата до најголемата измерена вредност; LPV = груб/среден волумен исполнет со воздух определен со методот на задржување на водата во тест колоните FKZ 360 16 015 15
6 Изведување на предложени вредности за константа на реакција Табела 6-3 Несигурни опсези на константа на реакција k или полуживот T 1/2 во зависност од типот на депонија (заоблени вредности) Категорија на отпад брзо разградлива средно тешко разградлива полека разградлива депонија тип k [1/a] T 1/2 [a ] k [1/a] T 1/2 [a] k [1/a] T 1/2 [a] 1 стари депонии или стари делови за депонии (стари сојузни држави) пред воведувањето на во голема мера сеопфатна колекција на биоотпад, градинарски отпад и други материјали што може да се рециклираат, често мешани со значителни количини градежни урнатини и почва, до околу 1995 година 0,46 0,20 1,5 3,5 0,17 0,12 4,1 5,8 0,045 0,035 15,4 19,8 2 стари депонии (нови сојузни држави) со релативно мала органска, но голема содржина на пепел, до околу 1990 година 0,35-0,17 2,0 4,0 0,13 0,10 5,3 6,3 0,04-0,03 17-23 3 понови Делови за депонии или депонии за мешан комунален отпад по воведувањето на собирање материјали за рециклирање низ таблата, од околу 1995 година 0,28 0,15 2,5 4,5 0,12-0,085 5,8 8,2 0,035-0,028 19,8 24,8 4 депонии или делови за депонии за отпад од механичко-биолошки предтретман на отпад (депонии МБТ), од околу 2005 година 0,23 0,14 3,0,0,0,0,0,0,0,06 6,9 11,5 0,035 -0.028 19,8 24,8 FKZ 360 16 015 81
8 Ефективност на биолошката оксидација на метан во депониите со низок развој на преостанат гас Табела 8-3: Споредба на резултатите од деградација на метан од различни автори (тестови на колони, компилација според Фелске, 2003 година) Овие експериментални разлики не дозволуваат попрецизна споредба на резултатите. Како и да е, според Фелске, 2003 година, следните главни тврдења можат да се изведат од презентираните резултати: Подлоги со поголема органска содржина, особено зрел компост, покажуваат многу високи стапки на деградација на метан. Подлогите прилагодени на метан обезбедуваат повисоки стапки на почетна деградација Стапката на деградација на метанот се зголемува со намалувањето на вчитувањето на површината Времето на контакт на метанот со метанотрофните бактерии во подлогата игра клучна улога во перформансите на деградацијата. Метанот може да се апсорбира од микроорганизмите само во растворена форма. Бидејќи растворливоста на метан во течниот биофилм е релативно мала, му треба одредено време на контакт за да се претвори во форма достапна за микроорганизмите. FKZ 360 16 015 91
8 Ефективност на биолошка оксидација на метан во депонии со низок развој на преостанат гас Емисиите на метан во депонијата беа под силно влијание на флуктуациите на притисокот на воздухот (Слика 8-2). Слика 8-2 Емисии на метан од депонијата Аикала како функција на промените во притисокот на воздухот. а) 25 јануари, 15 февруари 2008 година, б) од 22 мај до 19 јуни 2008 година Во зима, оксидацијата на метан под стабилни услови на атмосферски притисок беше помеѓу 0,5 и 3,0 m³ на час 1 час (слика 8-3), Ова резултираше со стапка на оксидација од 33% и покрај температурата на земјата на снежната покривка од само 0,5 С. Стапка на оксидација од 38% беше постигната на депонијата Пикијарви во зима. Во лето, стапката на оксидација приближно двојно се зголеми. FKZ 360 16 015 93
8 Ефективност на биолошка оксидација на метан во депонии со низок развој на резидуален гас 8.4 Евалуација на литературата на теренски експерименти 8.4.1 Составување на теренски студии (Бергер, 2008) Табела 8-5: Оксидација на метан во почви на депонија од теренски студии (компилација според Бергер, 2008) 1 Просечни вредности, освен ако не се дадени опсези. Определено со различни методи на мерење: статичко и динамично мерење на аспираторот, рамнотежа на масата 2 Претворено од оригиналните вредности под претпоставка: Стапка на деградација = стапка на емисија/(1 ефикасност) 3 Негативни вредности произлегуваат од навлегувањето на атмосферскиот метан во подот на депонијата FKZ 360 16 015 96