Deponiestabilisierung mittels In-situ Aerobisierung - Boku

Deponiestabilisierung mittelsIn-situ AerobisierungVergleich von Labor- und Feldbedingungenoliver.gamperling@boku.ac.atmarlies.hrad@baku.ac.atÜbersicht1. Grundlagen2. Laborversuche1. Versuchsaufbau2. Ergebnisse3. Schlussfolgerungen3. Praktische Anwendung unter Feldbedingungen1. Beschreibung der Anlage2. Ergebnisse und Erfahrungen aus 3 Jahren Betrieb3. Zusammenfassung4. SchlussfolgerungenForschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 21

Deponiestabilisierung mittelsin-situ AerobisierungVergleich von Labor- und Feldbedingungen1. GrundlagenProblemstellungVielzahl an AltablagerungenDeponiegasCO 2 , CH 4„Hausmülldeponien“ inStilllegungs- undNachsorgephaseEmissionspotential maßgeblichbeeinflusst durch organischeSubstanzSickerwasserC, N, organischeund anorganischeSchadstoffeForschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 42

Stoffumsatz in DeponienStart BelüftungGasemissionenSickerwasserC-Umsatz 90%CO 2CH 420 - 50 Jahre 100 JahreBSB kurzfristigN und CSB langfristigEnde BelüftungForschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 5Potentielle EmissionsreduktionEmissionspotentialReduktionReduktionZeitVorsicht beim Festlegen v. Reduktionszielwerten!Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 63

EmissionenEinfluss der BelüftungGas Sickerwasserc (vol.-%)c (mg/l)604020Q (m³/h)Grenze fürenergetische VerwertunganaerobCSBBSBNH 4 -NSO 4 -SNO 3 -NCH 4CO 2Zeitc (mg/l)c (vol.-%)604020BSBNH 4 -NCH 4CO 2O 2aerobBelüftungsphaseSO 4 -SCSBNO 3 -NBelüftungsphase?Zeit?… stabile Methanphase … Langzeitphase … ???ZeitQ (m³/h)ZeitForschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 7Zusammenfassung GrundlagenAerobe in-situ StabilisierungBeschleunigte undverstärkte Mineralisierungund Stabilisierung derorganischen Substanz unteraeroben BedingungenNachhaltige Verringerung desEmissionspotentials• Gasemissionen: CH 4 => CO 2• Reduktion der SW-Belastung(CSB, NH 4 )Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 84

Deponiestabilisierung mittelsin-situ AerobisierungVergleich von Labor- und Feldbedingungen2. Versuche unterLaborbedingungenVersuchsbedingungen DSR• 6x DSR (3x anaerob, 3x belüftet)• Füllmenge: 120 kg FM ≈ 85 kg TM• Beregnungsrate: 1,2 l/Wo. = 0,2 l/d• Belüftungsrate: 3 l/h = 0,04 l/kg TM*h• Gesamtlaufzeit: 107 Wochen (750d)• Belüftungsstart: Woche 11 (Tag 80)• Feststoffbeprob.: Wochen 0 / 40 / 107• laufendes Monitoring:– Emissionen Gas– Sickerwasserbeprobung– (Temperatur)Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 105

Kohlenstoffaustrag über Gasphase> 99 % CO 2DSR belüftetZielwert50 % CO 250 % CH 4DSR anaerobForschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 11VerlaufSickerwasserparameterCSB (mg O 2 /l)150012501000750500–anaerob– belüftet1501251007550BSB (mg O 2/l)Zn (mg/l)108642502520100000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Versuchszeit (Wochen)1000050 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Versuchszeit (Wochen)NO 3 -N (mg/l)8006004002000N?00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Versuchszeit (Wochen)800600400200NH 4-N (mg/l)Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 12Cu (mg/l)432100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Versuchszeit (Wochen)6

Kohlenstoffpool und C-AustragTOC-Austrag:29 % (1,8 kg)2 % SIWA98 % Gas (CO 2 )Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 13Veränderung d. ReaktivitätsparameterAtmungsaktivitätGasbildungspotentialZielwert 2,0 Nl/kg TMForschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 147

Schlussfolgerungen• Deponiematerial schon am deutlich ausklingenden Astdes Emissions(reduktions)potentials• trotz (geringem) anaeroben Emissionspotential (GS21,AT4) aerober Austrag möglich/sinnvoll• geforderter C-Austrag (15 g C/kg TM) unteroptimierten Bedingungen nach ca. 2 Jahren erreicht• offensichtlich forcierter N-Austrag über Gasphase beiwechselnden Milieubedingungen im Labor möglich( => im Freiland schwer „einstellbar“)Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 15Deponiestabilisierung mittelsin-situ AerobisierungVergleich von Labor- und Feldbedingungen3. Anwendung im Feld8

StandortcharakterisierungQuelle: goolge-maps• ehemaliger Kalksteinbruch• (Leithagebirge)“unbehandelte kommunale undgewerbliche Abfälle bis Eluatklasse IIIb”• Fläche: ca. 2,6 ha• h: 3 - 18 m• TM ≈ 150.000 t© ABF-BOKU, 2007Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 17Aerobe in-situ Stabiliserung – Ziel• langfristige und nachhaltige STABILISIERUNG desAbfallmaterials, …• … bzw. eine REDUKTION der Reaktivität durchbeschleunigten aeroben Abbau der verbleibendenOrganik(unter anaeroben Bedingungen teils nicht verfügbar)• Hierbei erfolgt zugleich…– eine Verringerung der Emission treibhausrelevanter Gase(insbes. Methan), sowie– eine Veränderung der Sickerwasseremissionen(insbes. Organikgehalt und Stickstoff-Parameter;Achtung Schwermetalle – kurzfristige Mobiliserung möglich!).Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 189

Aerobe in-situ Stabiliserung – Wie ?Belüftung↑KohlenstoffAustrag↓Methan-FrachtInfiltrationGas (diffusiv)Feststoff↓TOC↓Mobil.↓ReaktivitätMineralisierungHumifizierungMobilisierungDeponiegas↓CH 4↓CH 4 / CO 2↓GasbildungSickerwasser↓Org. Belastung↓AmmoniumGasgemischAbluftreinigungAbsaugungSickerwasserreinigungSickerwasser• Lufteintrag mit geringen Drücken (0,1 – 0,3 bar) => Niederdruckbelüftung• Kontrollierte Erfassung und Behandlung der Abluft• Lange Belüftungsdauer (in Abhängigkeit der Ablagerung – mehrere Jahre)Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 19Anlagenimplementierung• Pioltversuch “INTERLAND”(05/2003–10/2005)belüftetets Vol.: ca. 20.000 m³ (VA 02)• Anlageninstallation und Probenahme:Herbst 2007, insges. 37 Gasbrunnen• max. Anlagenkapazität: 2x 900m³/h bei20 mbar• Inbetriebnahme: 01/2008Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 2010

Monitoringprogramm• Feststoffbeprobungen• Sickerwasserbeprobung (6x/Jahr)• Sondenmessungen (Tiefe bis 5m)Gaszusammsetzung, Druckverhältnisse, Temperatur (6x/Jahr)• CH 4 -Oberflächenemissionen (FID, 2x/Jahr)• Setzungen (46 Messpegel, 1x/Jahr)• Online-Messungen:– Gesamtemissionen (CH 4 ,CO 2 , O 2 )– Volumenströme• Aufteilung der Emissionen auf die 3 Teilstränge (manuell)Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 21Emissionen - GASTagesmittelwerte der Belüftungsleistung12Sum CH4 Sum CO2 Sum O2 Sum Rest1,2502008 (h =74%)MW: 550 m³/h ; 237 BT2009 (h =80%)MW: 660 m³/h ; 291 BT2010* ( h =75%)MW: 740 m³/h ; 205 BT(Mio. m³)10864(m³/h)1,0007505002250(Vol.-%)-Jan-0820151050Jan-08Apr-08Apr-08-O 2CO2CH 4• Belüftungsrate:0,004 l/kgTM*h• C-Austrag:ca. 250 t C ≈ 2,0 g/kg TM(gefordert: 15 g/kg TM)Jul-08Oct-08Jan-09Apr-09Jul-09Oct-09Jan-10Apr-10Jul-10Oct-10Jan-08Apr-08Jul-08Oct-08Jan-09Apr-09Jul-09Oct-09Jan-10Apr-10Jul-10Oct-10Jul-08Oct-08Jan-09Apr-09Jul-09Oct-09Jan-10Apr-10Jul-10Oct-10Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 2211

Emissionen – SICKERWASSER1500CSBBSB600.7Chrom Kupfer Zink1250500.60.5CSB [mg O 2/l]1000750500403020BSB [mg O 2 /l](mg/l)0.40.30.2250100.1NH 4-N (mg/l)70060050040030020010000Oct-07Jan-08Apr-08Jul-08Oct-08Jan-09Apr-09Jul-09Oct-09Jan-10Apr-10Jul-10Oct-10Ammonium-NNitrat-NOct-07Jan-08Apr-08Jul-08Oct-08Jan-09Apr-09Jul-09Oct-09Jan-10Apr-10Jul-10Oct-100250200150100500NO 3 -N (mg/l)Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 230.0Oct-07Jan-08Apr-08Jul-08Oct-08Jan-09Apr-09Jul-09Oct-09Jan-10Apr-10Jul-10Oct-10• längere Anlagenstillstände im SiWabemerkbar• kein vollständiger Umbau vonNH 4 -N zu NO 3 -N• leicht abbaubare org. Belastung(BSB) rasch verringert• Mobiliserung insbes. v. Zn!Ergebnisse der Festoffbeprobungengefordert10/200709/2010FeststoffEluatGesamt VA 01 VA 02 Gesamt VA 01 VA 02n Bohrl./Schürfe 37 18 19 23 12 11n Proben 42 19 23 41 22 19Glühverlust [% TM] 12.1 10.4 14.1 15.0 13.0 16.6TC [% TM] 10.2 9.6 11.0 10.9 10.1 12.5TOC [% TM] 6.4 5.6 7.4 7.3 6.3 8.3AT 4 [mg O2/g TM] 2.0 1.9 1.5 2.2 1.8 1.7 1.9GS 21 [Nl/kg TM] 2.0 0.5* 0.5 (8) 0.5 (8) 0.8* 0.7 (7) 1.9 (2)CSB [mg/kg TM] (1500) 2,200 2,040 2,910 2,350 1,655 4,130BSB 5 [mg O 2/kg TM] 300 420 325 450 550 415 710BSB/CSB [-] 0.20 0.19 0.17 0.18 0.21 0.24 0.18NH 4 -N [mg/kg TM] 400 610 480 670 500 405 590• erhöhte Werte bei Auslaugverhalten leicht abbaubarerorganischer Substanz (BSB!)• Probenahme 2012/2013 – weitere Info (Verhalten)Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 2412

Druckausbreitung im DeponiekörperTiefe [m]Abstand [m]00-11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15-2 anaerobaerob,-3Standardaerob, nurNordstrang-4-5-6-7-8-9-10Verringerung der Tiefenwirkung durch zu raschen Druckabfall imBelüftungsbrunnen? Druckausbreitungsversuche vor Anlageninstallation erforderlich! Ausführung der Belüftungsrohre!Forschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 25?Quelle: Bogolte, (TERRA)adaptiertZusammenfassung ISpezifika dieser Anlage• Geforderte biologische Stabilitätsparameter (GS 21 undAT 4 ) bereits bei Anlagenimplementierung erfüllt.• Auslaugverhalten relevant (NH 4 -N und unter aerobenBedingungen leicht verfügbare organische Substanz,BSB).• Geschlitzte Rohre (bis ca. 2m unter GOK)– begünstigen Kurzschlusswirkung mit Oberfläche und– reduzieren möglichen Einflussradius a.G. Druckverlusts auf erstenMeternForschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 2613

Zusammenfassung IIallgemein• Kein signifikanter Abbau der verbleibenden Organik unteranaeroben Bedingungen (hier GS 21 15 g/kg TM ≈ 2 g/kg TM!!! VORSICHT !!!bei “Hochrechnungen”/Extrapolationenvon Laborversuchen auf FeldbedingungenForschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 2814

Schlussfolgerungen II• Begleitende oder vorhergehendeLaborversuche geben Information über daspotentielle Reduktionsvermögen(unter idealen/standardisierten Bedingungen!)• Feldbedingungen (reale Bedingungen!)- nicht 1:1 vergleichbar mit Labor- Vielzahl an Einflussfaktoren und möglicherUnbekannterForschungsberichte zur Abfallwirtschaft 17.01.2011 2915