Kohlenstoffsenke Deponie - Restkohlenstoffgehalt nach Aerobisierung

Transkript

1 Erwin Binner, Alexandra Pukhnyuk, Marion Huber-Humer Kohlenstoffsenke Deponie - Restkohlenstoffgehalt nach Aerobisierung Universität für Bodenkultur Wien Department für Wasser, Atmosphäre und Umwelt Institut für Abfallwirtschaft 1

2 Abschätzung über Inkubationsversuche Inkubationsversuche zur Abschätzung der Gasbildung GS 21 am ABF-BOKU wurden bisher mehr als 870 Inkubationsversuche durchgeführt Langzeitversuche des ABF-BOKU Materialien aus Altdeponien (51 Materialien, bis zu 8 Jahre Versuchsdauer) MBA-Materialien aus einem FWF-Projekt u.a. (123 Materialien mit Versuchsdauer von >100 Tage, davon 68 Proben Deponiefraktion < 20 Nl/kg TM 1) und H o < kj/kg TM) sowie weitere 20 Proben mit GS 21 bis zu 40 Nl/kg TM) 1) Nl = Liter im Normzustand 2

3 Abschätzung über Inkubationsversuche Langzeitversuche des ABF-BOKU Modellierung des Gasbildungsverlaufs damit ist die Vorhersage des Gasbildungspotentials (sehr lange Laufzeit) aus Inkubationsversuchen mit kürzerer Laufzeit möglich Abschätzung des Endzustandes von MBA-Deponiegut Kohlenstoffgehalt bei Versuchende (bzw. Beginn) Gasbildungspotential ( Kohlenstoffabbau) Langzeitverhalten bei Sauerstoffzutritt Kohlenstoffgehalt bei Ende des Anaerobversuches CO 2 -Bildung bei Belüftung ( Kohlenstoffabbau) 3

4 Langzeitinkubationsversuche MBA Gassumme [Nl/kg TM] B-0 w ks B-5 w ks B-20 w ks D-0 Wo D-3 Wo D-7 Wo D-11 Wo D-260 Wo (Deponie) F-3 Wo F-32 Wo K-3,5F K-5F K-15F L-15F O-0 Wo O-8 Wo R-14+5 Wo Versuchsdauer [Tage]

5 MBA-Output = 9,1 Nl/kg TM) Gasspendensumme Inkubationsversuchsserie 244 MBA Output - "15 Wochen" (015/K-15F) 30 Nl/kg Trockenmasse Ende der lag-phase GS21 = 9,1 Nl Gas / kg TM GS21 = 7,1 Nl Gas / kg TM GS90 = 20,2 Nl Gas / kg TM GS90 = n.b. Nl Gas / kg TM Reaktor 5ALT (LIE ) Reaktor 5 (LIE ) Versuchsdauer (Tage) 5

6 Modellentwicklung mit 10 MBA-Proben Teilung in 2 Bereiche Hauptphase Endphase Abgrenzung: wenn die tägl. Gasbildung < 1,0 % der Gesamtgasbildung dauerhaft unterschreitet Endphase kann modelliert werden: m( t; A; µ ; σ ) = A LOGNORMVERT( t; µ ; σ ) t = Ablagerungsdauer A = Gassumme während der Endphase (ab <1 %) µ und σ = Variable durch Iteration zu bestimmen 6

7 Langzeitinkubationsversuche MBA log-normalmodell 2) Gassumme (Nl / kg TM) Ende der Hauptphase = Beginn der Endphase Exponentialmodell 1) Versuchsdauer (Tage) 1) Tabasaran O. und Rettenberger G. (1987): Grundlagen zur Planung von Entgasungsanlagen (Basics for planning degasing installation). In: Hösel, Schenkel, Schnurer (eds) Müllhandbuch, vol 1/87. Erich Schmidt 2) Tintner J., Kühleitner M., Binner E., Brunner N., Smidt E. (2011): Modeling the final phase of landfill gas generation from long-term observations. Biodegradation 19 (2011), DOI /s , 7 Springer

8 Evaluierung des Modells (91 MBA-Proben) Evaluierung des Modells für 91 MBA-Proben (ohne Ausreißer) H o < kj/kg TM (Ende der Hauptphase bei 1 % der bis dahin gebildeten Gasmenge) Mittelwert Standardabw. Minimum Maximum µ für 1 % 4,7 0,7 2,7 6,0 σ für 1 % 1,9 0,4 0,6 2,4 Werte von TINTNER et al. (2011), Auswertung von 10 MBA-Proben (diese wurden in die Auswertung der 91 Proben inkludiert) µ für 1 % 4,5 0,8 3,4 5,5 σ für 1 % 1,7 0,6 0,9 2,6 8

9 Abschätzung über Inkubationsversuche Langzeitversuche des ABF-BOKU Modellierung des Gasbildungsverlaufs damit ist die Vorhersage des Gasbildungspotentials (lange Laufzeit) aus Inkubationsversuchen mit kürzerer Laufzeit möglich Abschätzung des Endzustandes von MBA-Deponiegut Kohlenstoffgehalt bei Versuchende (bzw. Beginn) Gasbildungspotential ( Kohlenstoffabbau) Langzeitverhalten bei Sauerstoffzutritt Kohlenstoffgehalt bei Ende des Anaerobversuches CO 2 -Bildung bei Belüftung ( Kohlenstoffabbau) 9

10 Abschätzung des Endzustandes Abschätzung des Endkohlenstoffgehaltes 1 % 1 g Kohlenstoff bildet 1,868 l Gas Kohlenstoffgehalt zu Versuchsbeginn minus abgebauter Kohlenstoff (Gas) ergibt Endkohlenstoffgehalt in der Deponie eine erste Abschätzung des Endzustandes von MBA-Deponiegut erfolgte mit finanzieller Unterstützung des IV-MBA zunächst für 43 MBA-Proben und 12 Altdeponieproben derzeit ausgewertete Proben 123 MBA-Proben und 51 Altdeponieproben 10

11 Kohlenstoffsenke Deponie (123 MBA-Proben) Abschätzung des End-TOC 123 MBA-Proben Mittelwert Probenanzahl Standardabweich. Minimum Maximum End-TOC Klasse 1 (sehr hohe Stabilität) < 7 Nl/kg TM) 33 14,3 3,4 7,2 21,7 End-TOC Klasse 2 (hohe Stabilität) 7-20 Nl/kg TM) 56 14,7 3,0 5,9 23,2 End-TOC Klasse 3 (mittlere Stabilität) Nl/kg TM) 27 13,7 3,3 6,7 21,6 End-TOC Klasse 4 (geringe Stabilität) Nl/kg TM) 6 14,5 2,7 9,8 17,5 End-TOC Klasse 5 (sehr geringe Stabilität) > 60 Nl/kg TM) 1 18,4-18,4 18,4 11

12 (88 MBA-Proben) Abschätzung des End-TOC (bei Ho < kj/kg TM) 88 MBA-Proben (Ho und GS 21 < 40 Nl/kg TM) Mittelwert Probenanzahl Standardabweich. Minimum Maximum End-TOC Klasse 1 (sehr hohe Stabilität) < 7 Nl/kg TM) 26 13,1 2,5 7,2 16,5 End-TOC Klasse 2 (hohe Stabilität) 7-20 Nl/kg TM) 42 13,7 2,4 5,9 17,0 End-TOC Klasse 3 (mittlere Stabilität) Nl/kg TM) 20 12,1 2,1 6,7 15,0 End-TOC Klasse 4 (geringe Stabilität) Nl/kg TM) End-TOC Klasse 5 (sehr geringe Stabilität) > 60 Nl/kg TM) - - < 8 3 Proben 8 bis Proben 9 bis 10 2 Proben

13 Kohlenstoffsenke Deponie (51 Deponie-Proben) Abschätzung des End-TOC 51 Altdeponie-Proben Mittelwert Probenanzahl Standardabweich. Minimum Maximum End-TOC Klasse 1 (sehr hohe Stabilität) < 7 Nl/kg TM) 33 9,4 4,2 4,0 22,0 End-TOC Klasse 2 (hohe Stabilität) 7-20 Nl/kg TM) 9 10,8 4,7 2,6 19,6 End-TOC Klasse 3 (mittlere Stabilität) Nl/kg TM) 3 8,5 3,0 5,3 11,2 End-TOC Klasse 4 (geringe Stabilität) Nl/kg TM) 5 28,1 19,4 7,3 45,9 End-TOC Klasse 5 (sehr geringe Stabilität) > 60 Nl/kg TM) 1 10,6 < 8 19 Proben 8 bis 9 1 Probe 10,6 10,6 13

14 Abschätzung über Inkubationsversuche Langzeitversuche des ABF-BOKU Modellierung des Gasbildungsverlaufs damit ist die Vorhersage des Gasbildungspotentials (lange Laufzeit) aus Inkubationsversuchen mit kürzerer Laufzeit möglich Abschätzung des Endzustandes von MBA-Deponiegut Kohlenstoffgehalt bei Versuchende (bzw. Beginn) Gasbildungspotential ( Kohlenstoffabbau) Langzeitverhalten bei Sauerstoffzutritt Kohlenstoffgehalt bei Ende des Anaerobversuches CO 2 -Bildung bei Belüftung ( Kohlenstoffabbau) 14

15 Aerobisierung Inkubationsversuch MBA Nml/kg Trockenmasse und Stunde die Belüftungsraten wurden derart eingestellt, dass die CO 2 -Konzentrationen in der Abluft zwischen 0,5 bis 2,5 Vol% lagen Versuchsdauer (Tage) 15

16 Aerobisierung Inkubationsversuch MBA 1 % TOC von Input TOC MBA-Material nach 15 Wochen Behandlungsdauer GS 21 = 3,0 Nl Gas / kg TM TOC Input = 12,9 Inkubationsversuchsdauer: 3,6 Jahre Belüftungsdauer: 3,0 years Belüftungsraten: 25 bis 280 ml/kg TM.h TOC aktuell = ca. 10,3 Start Belüftung 5 0 End-TOC nach Modell (anaerob): 12,0 TOC aktuell (anaerob+aerob): ca. 10, Versuchsdauer (Tage) 16

17 Kohlenstoffsenke Deponie Aerobisierung Inkubationsversuch Deponie 1 40 % TOC von Input TOC Deponiegut nach 20 Jahren Ablagerungsdauer GS 21 = 3,7 Nl Gas / kg TM TOC Input = 6,3 Inkubationsversuchsdauer: 6,2 Jahre Belüftungsdauer: 2,7 Jahre Belüftungsraten: 30 bis 160 ml Luft/kg TM.h TOC aktuell = ca. 4,4 Start Belüftung End-TOC nach Modell (anaerob): 5,7 TOC aktuell (anaerob+aerob): ca. 4, Versuchsdauer (Tage) 17

18 Belüftungsversuche (9 Proben) Deponie / Altlast Inkubationsversuchsdauer (Jahre) End-TOC-Mod. (anaerob) () Belüftungsdauer (Jahre) TOC aktuell anaerob+aerob () Hausmüll (20 Jahre) 6,2 5,7 2,7 4,4 Hausmüll (Ukraine, 5 Jahre) 1,0 9,1 3,2 7,3 Hausmüll (Perm 2 Jahre) 1,4 34,0 0,2 30,8 Restmüll (6 Jahre) 4,0 9,4 3,1 8,4 MBA-Deponie (5 Jahre) 4,8 11,4 2,4 10,6 MBA-Deponie (1,5 Jahre) 2,1 9,0 0,8 7,9 MBA Österreich / Italien MBA 1 (15 Wochen Rotte) 3,6 12,0 3,0 10,3 MBA 2 (15 Wochen Rotte) 4,3 15,0 2,4 13,3 MBA 3 (9 Wochen Rotte) 2,4 11,8 0,8 13,7 18

19 Kohlenstoffsenke Deponie Aerobisierung Inkubationsversuch Deponie 3 20 End-TOC nach Modell (anaerob): 34,0 TOC aktuell (anaerob+aerob): ca. 30,8 Start Belüftung 15 % TOC von Input TOC 10 5 Deponiegut nach 2 Jahren Ablagerungsdauer GS 21 = 50,9 Nl Gas / kg TM TOC Input = 35,7 Inkubationsversuchsdauer: 17 Monate Belüftungsdauer: 2,4 Monate Belüftungsraten: 350 bis 700 ml/kg TM.h TOC aktuell = ca. 30, Versuchsdauer (Tage) 19

20 Zusammenfassung die Gasbildung im Inkubationsversuch kann mittels Lognormalfunktion modelliert werden aus Ausgangs-TOC und Gasbildungspotential kann der End-TOC der Deponie abgeschätzt werden für MBA-Material kann mit einem End-TOC-Wert von mindestens 10 gerechnet werden (8 von 88 Proben < 10 ) (der Mittelwert von 88 Proben liegt bei 13,2 ) für Altlastenmaterial kann mit einem End-TOC-Wert von etwa 9 gerechnet werden (20 von 51 Proben < 9 ) (der Mittelwert von 51 Proben liegt bei 11,4 ) 20

21 Zusammenfassung Zeithorizont anaerob: (27) 55 bis > Jahre bei Sauerstoffzutritt (nach Abklingen der Gasbildung) kommt es zu weiterem Kohlenstoffabbau ein End-TOC-Wert kann derzeit (2,4-38 Monate Belüftungsdauer) noch nicht abgeschätzt werden. Er ist aber geringer als der für strikt anaerobe Verhältnisse prognostizierte Wert! Zeithorizont bis TOC = 0 (bei gleichbleibenden Abbauraten unter Zwangsbelüftung!!): (6) bis 65 Jahre 21

22 Ausblick Die Nachsorgefreie Deponie Rekultivierungsschicht mit Methanoxidationsvermögen Danke für Miscantus 1-2 m Reifkompost 0,5 m Kiesdrainage (kalkfrei) Ihre mechanisch-biologisch behandelte Abfälle Aufmerksamkeit Deponiekörper Dichte >1,3 t/m 3 Sammelsystem Oberflächenwasser freie Sickerwasservorflut Basisabdichtungssystem (laut DVO) 22