Transcript Ö - Department für Wasser-Atmosphäre

ABALLWIRTSCHAFT UND
ABFALLENTSORGUNG
Deponietechnik I
(sh.auch: Kommunale Abfallentsorgung/UTB Kap.2.5)
LVA-Nr. 813.100
Studienjahr 2011/2012
Österreich: 3-Barrierenkonzept gemäß DVO
2008 – basierend auf DeponieRL 1990
3. Barriere = Deponietechnik
1. Barriere =
innere Sicherheit
= Abfallqualität
2. Barriere = äußere Sicherheit
= Standortqualität
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
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EU Rechtsvorschriften
• EU – Deponierichtlinie (1999/31/EG)
Reduktion des organischen Anteils an deponierten
Abfällen
- bis 2006 auf 75%
- bis 2009 auf 50%
- bis 2016 auf 35 %
große Unterschiede in der nationalen Umsetzung
- Ö, DK, D, NL, Flandern haben „Ziel 2016“ bereits
erreicht
- GR und UK wollen Ziele um 4 Jahre verschieben
- IRL, SP haben noch keine Strategie vorgelegt
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LVA 813.100
3
Reaktorstrategie <=> Reststoffstrategie
Reaktionsprozesse
Finden IN der
Deponie statt
Finden VOR der
Deponierung statt
Emissionen
können zum
Teil nur schwer
gefasst werden
Emissionen
können großteils
während
Behandlung
gefaßt werden
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Deponietechnik = 3. Barriere
Erfassung und Überprüfung der von der Deponie
ausgehenden Emissionen
 Basisdichtung
 Basisentwässerung
 Sickerwasserentsorgung
 Gassammel-/-entsorgungssystem
 Oberflächenabdeckung
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Wasserhaushalt
SIWARückführung
S
SIWA
SIWA
N = Niederschlag (Wasserzugabe)
Ve = Evaporation
Vt = Transpiration
Ao = Oberflächenabfluss
S = Speicherung
R = Rückhalt
Wb = biologischer Wasserbedarf/Verbrauch Wk = Konsolidation
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SIWA-Menge

Klima
-Niederschlag




Deponieform
Deponieabdeckung
-Wasserrückhalt
Vegetation
-Transpiration
Weitere Faktoren
-Verdunstung
-Oberflächenabfluss
-Durchlässigkeit
-Interzeption
-Wassergehalt der Abfälle (Presswasser)
-Wasserneubildung durch aeroben Abbau
-Wasseraustrag über die Gasphase
-Wasserverbrauch durch anaeroben Abbau
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Aufgaben einer Oberflächenabdeckung
 Begrenzung der Infiltration des Niederschlagswassers in den
Müllkörper und damit Reduzierung der Sickerwasserneubildung
 Geeigneter Wurzelraum für Begrünung und Rekultivierung
 Minimierung von gasförmigen Emissionen (Methanemissionen)
 Wirksamkeit als Geruchsfilter
 Ästhetische Wirkung durch Eingliederung ins Landschaftsbild
 Hygienische Wirkung, vor allem durch verringerte Anziehung für
Ratten, Insekten, Vögel
 Minimierung von Erosion (Wind und Wasser) und Staubbildung
 Verhinderung von Papier- und Kunststoffverwehungen aus der
Müllablagerung
 Sicherung der Böschungsstabilität
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Deponieabschluss
Oberflächenabdeckung
Oberflächenabdichtung
ist fallweise Teil der Abdeckung
Oberflächendichtung
DepVO fordert für Deponie (außer Bodenaushubdep.) oder fertig geschütteten
Deponieabschnitt
Oberflächenentwässerung
Oberflächendichtung (auch Wasserhaushaltsschicht)
Oberflächenentwässerung
Oberflächendichtung
verringert
Sickerwasseranfall
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Auslaugprozesse
mikrobieller Abbau
Umbauprozesse
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Verlangsamt bis
unterbunden
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Oberflächenabdeckung <=> Oberflächenabdichtung
Oberflächendichtung ist kritisch:
 notwendige Auslaug-, mikrobielle Abbau- und
Umbauprozesse im Deponiekörper unterbunden bzw.
zumindest deutlich verlangsamt
 technisch kaum möglich eine Deponie großflächig und
langfristig vollkommen abzudichten, Dichtungssystem an der
Oberfläche unterliegt aufgrund alterungsbedingter
Veränderungen des Deponiekörpers Verformungen und
mechanischen Beanspruchungen, Frost, Pflanzenwurzeln,...
 DVO-neu: temporäre Abdeckung (max. 20 Jahre) für
Siedlungsabfälle mit hohem biologisch abbaubaren Anteil zur
Steuerung des Wasserhaushaltes und Steigerung der
Deponiegaserfassung
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Situation in Österreich
„Alter Deponietyp“ Hausmülldeponie (= Reaktordeponie)
in DVO alt nicht berücksichtigt =>
Verwaltungsschwierigkeiten und technische
Fehlvorgaben!
Alte
Reaktordeponien
Reststoff-/
Massenabfalldeponien
Wasserzutritt
notwendig
Wasserzutritt weitgehend
zu unterbinden
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Einflüsse auf Abdichtung
Umwelteinflüsse
Verformung der Deponie
-
chemische Einwirkungen: Deponiegas
Frost
Durchfeuchten - Austrocknen
Erosion
Durchwurzelung
Verformung u. Setzung
Durch Kombination von Materialien (Kombi-Dichtung)
sollen Schwachstellen aufgehoben werden
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Deponietypen gemäß DVO-Novelle 2008
EU
Österreich (DVOalt)
Ö – DVOneu (§4)
Deponie für
Inertabfälle
Bodenaushubdeponie
Bodenaushubdeponie
Baurestmassen-deponie
Inertabfalldeponie
Massenabfalldeponie
Baurestmassen-deponie
Deponie für
nicht gefährliche
Abfälle
Reststoffdeponie
Reststoffdeponie
Massenabfalldeponie
Deponie für
gefährliche Abfälle
Studienjahr 2011/12
keine
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Untertagedeponie
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Regelaufbau
Oberflächendichtung gemäß DVO
> 50 cm
Rekultivierungsschicht
> 50 cm
Flächenentwässerung
-2
k f 10 m/s
>60 cm
Kunststoffdichtungsbahn
2,5mm
mineralische Dichtungsschicht
-9
mind. 2-lagig kf10 m/s
> 30 cm
Gasdrainschicht
(bei Massenabfalldeponien)
(CaCO3und MgCO3 < 30 %)
> 50 cm
Bewuchs
Ausgleichsschicht
Korn < 100 mm
Abfall
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für Reststoff- und
Massenabfalldeponien
Für Inertabfall- und
Baurestmassendeponien:
> 40 cm mineralische
Dichtschicht
Alternative Dichtsysteme , v.a.
in Böschungsbereichen sind
zulässig =>
Gleichwertigkeitsnachweis
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Durchlässigkeitsbeiwert (kf-Wert oder
Hydraulische Leitfähigkeit)
Durchlässigkeitsbeiwert für mineralische Dichtschichten auf Deponien
 10-9 m/s
(Materialien mit einem kf-Wert < 10−9 m/s sind nahezu wasserundurchlässig)
Der Durchlässigkeitsbeiwert Kf beschreibt die Wasserdurchlässigkeit
von Materialien und Substraten.
Er hängt von der Korngröße, der Kornzusammensetzung und dem
Porenvolumen des Materials ab und besitzt die Einheit Meter pro
Sekunde.
Durchlässigkeitsbeiwerte für Lockergesteine (Wasser):
reiner Kies: 10−1 bis 10−2 m/s
grobkörniger Sand: um 10−3 m/s
mittelkörniger Sand: 10−3 bis 10−4 m/s
feinkörniger Sand: 10−4 bis 10−5 m/s
schluffiger Sand: 10−5 bis 10−7 m/s
toniger Schluff: 10−6 bis 10−9 m/s
Ton: < 10−9 m/s
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Alternative Oberflächendichtungen:
Kapillarsperren (Böschungsbereich, > 10°)
- Feinkörnige Kapillarschicht
- Grobkörniger Kapillarblock
Bentonitmatten
Asphaltdichtungen
„Wasserhaushaltsschicht“ in entsprechender Stärke aus
Material mit hoher Wasserspeicherkapazität kombiniert mit
Vegetation mit hoher Transpirationsleistung wenn
„Dichtwirkung“ (< 5% des JahresNS) erreicht wird
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Kapillarsperre
Feinsandschicht über
grobkörniger Schicht
Mindestgefälle erforderlich,
an Böschungen möglich
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Kapillarsperre
Kapillarschicht
Kohäsion >
Adhäsion
Kapillarblock
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Bentonitmatten
vor
Studienjahr 2011/12
und nach Wasseraufnahme
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Oberflächenabdeckung Wasserhaushaltsschicht
(Evapotranspirationsschicht)
Verzicht auf: Entwässerungsschicht
Dichtungsschicht
„offenes System“
hohe
Transpirations
leistung
Oberboden 0-50 cm
Wasserhaushaltsschicht
Unterboden 50–200 cm hohes Wasserspeichervermögen
GV 30 – 50 cm
Gasverteilungsschicht
mikrobielle
Abbauprozesse
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reduzierter
Sickerwasseranfall
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Großtechnische Feldversuche Wasserhaushaltsschichten
1999
Studienjahr 2011/12
2001
LVA 813.100
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Gasentsorgung
Aktiv
Passiv
Zwangsentgasung
Konvektiv (geringster Widerstand)
Gasbrunnen (vertikal)
Gasfenster
Gasgräben (vertikal)
Abdeckschicht (horizontal)
Kombinationen
Gasdrainagen (horizontal)
Kombinationen
Energetische
Verwertung
Methanoxidation
Abdeckschicht
Biofilter
Gasfenster
Gasfackel
Ableiten des
Gases über
Kieskörper in die
Atmosphäre
Biofilter
Methanoxidation
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Deponiegasemissionen bei Gaserfassung
Aktive Entgasung Wirkungsgrad:
35% Betriebsdeponie (ohne Abdeckung)
65% Zwischenabdeckung aus Lehm
85% Endabdeckung mineralische Dichtschicht
90% Endabdeckung Kombinationsdichtung
40 – 60% Lebenszyklus einer Deponie
40 %
CO2
60%
CH4
< 1% (geruchsintensive)
Spurenstoffe
Diffusiver (Konzentrationsgefälle)
Studienjahr 2011/12
Konvektiver (druckgetriebener)
LVA 813.100
Transport
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Methanemissionen bei Gaserfassung
FID-Kartierung
x = 3 4 3 3 00 . 0 0
x = 34 3 3 0 0 . 00
x = 3 4 33 0 0 . 0 0
x = 3 4 3 3 0 0. 0 0
x = 3 4 3 30 0 . 0 0
x = 3 4 3 3 0 0. 0 0
y = -2 5 5 0 0 .0 0
y = -2 5 5 5 0 .0 0
y = -2 5 6 0 0 .0 0
y = -2 5 6 5 0 .0 0
y = -2 5 7 0 0 .0 0
y = -2 5 7 5 0 .0 0
y = -2 5 8 0 0 .0 0
Gasbrunnen
x = 34 3 3 0 0 . 0 0
137
34 2.40
ppmv CH4
7
3 74
50 .5 5
3 50 .5
713
3 50 .1 011
12
7 2
35 0.81
35 1.02
>5.000
7335 0.52
13
3 50 .99
10
6
3 50 .1 7
73
3 50 .92
34 9.52
14
72
3 50.8 0
18
x = 3 4 3 2 50 . 0 0
x = 3 4 3 2 5 0. 0 0
3 50 .3 7
y = -2 5 5 0 0 . 0 0
y = -2 5 8 0 0 . 0 0
136
35 0.57
34 2.31
4 06
2 1
Gas brun ne n
O K-Ha hn
3 50 .89
34 6.74
23
7
1.001 - 5.000
5
9
3 42.5 9
40 7
35 1.59
3 46.8 8
135
35 0.95
8
34 6.87
5
501 - 1.000
34 6.09
6
3 45 .9 3
36
574.98
48 0
3 43.9 6
2 5
3 51.0 134
8
3 52 .86
3 51 .0 8
343 .96 38 0
4
35
71
1 .0 9
3
343 .98
3 83
3 43 .7 0
4
68
344 .11
4843
5 .75
3
3 42 .9 3 40 1
27
38 2
3 55 .49
35 3.54
3 43 .7 2
10
35 3.6 4
x = 3 4 3 2 00 . 0 0
y = -2 5 5 0 0 .0 0
y = -2 5 8 0 0 .0 0
34 2.59
3 51 .2 0
4 70
Gasb run ne n
OK-Ha hn
Ga sb run ne n
OK-Hah n
OK-Ha hn
Ga sb ru nn en
60
351 .70 35 2.09
101 - 500
x = 3 4 3 2 0 0. 0 0
133
A sph alt
3
70
69
3 55 .1 1
3 50 .7 9
11 - 100
132
3 42 .2 2 4 00
2
3 59 .3 6
100
002
3 52
8 .6
78
352 .56
88
3 51 .05
69
0,1 - 10
Ga sb run ne n
OK-Ha hn
Ga sbru nn en
x = 3 4 3 1 50 . 0 0
x = 3 4 3 1 5 0. 0 0
O K-Ha hn
y = - 2 5 5 0 0. 00
y = - 2 5 8 0 0. 00
35 2.62 8 5
1
84
3 52 .6 2
68
0
3 51.2 4
< 0,1
81
3 52 .6 3
G asb run ne n
OK-Hah n
67
35 1.4 9
G a s a n la g e n
x = 3 4 3 1 00 . 0 0
x = 3 4 3 1 0 0. 0 0
y = -2 5 5 0 0 . 0 0
y = -2 5 8 0 0 . 0 0
80
3 52 .7 3
Gasbrunnen
2 0
Brun ne n
OK-Ha hn
3 52 .4 2
77
FID-Vermessung
35 2.57
19
35 2.67
3 52 .2 6
18
352 .26
76
x = 3 4 3 0 50 . 0 0
x = 3 4 3 0 5 0. 0 0
y = -2 5 5 0 0 . 0 0
y = -2 5 8 0 0 . 0 0
(FlammenIonisationsDetektor)
Qualitative Messmethode
x = 3 4 3 0 00 . 0 0
x = 34 3 0 0 0 . 00
x = 3 4 30 0 0 . 0 0
x = 3 4 3 0 0 0. 0 0
x = 34 3 0 0 0 . 0 0
x = 3 4 3 00 0 . 0 0
x = 3 4 3 0 0 0. 0 0
y = -2 5 5 0 0 . 0 0
LVA 813.100
y = -2 5 5 5 0 . 0 0
y = -2 5 6 0 0 . 0 0
y = -2 5 6 5 0 . 0 0
y = -2 5 7 0 0 . 0 0
y = -2 5 7 5 0 . 0 0
y = -2 5 8 0 0 . 0 0
Studienjahr 2011/12
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Deponiegasnutzung in Ö
150 – 200 m³ Gas/t kommunaler, unvorbehandelter Müll (Zeitspanne
20 - 50 Jahre)
Methangehalt ca. 60 %, Heizwert = ca. 20 - 22 MJ/m³
1,5 – 2,0 Nm³ Deponiegas = ca. ein Liter Heizöl EL
UBA, 2008 :
40 Deponien mit aktiver Entgasung
ca. 23 Deponien mit Gasnutzung
=>
ca. 43,3 Mio m³ Deponiegas erfasst
ca. 34,5 Mio m³ Deponiegas verwertet (47,9 Mio kWh)
= < 0,5 % des Gesamtgasverbrauches
= 0,05% des Bruttoenergiebedarfs
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
25
Depponiegasverwertung in Österreich 2002 -2007
(UBA/ Lampert & Schachermayer, 2008)
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
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Biologische Methanoxidation
CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O + 210,8 kCal/mol + Biomasse
exothermer Prozeß
CO
2
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
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Methanoxidation - Einflussfaktoren
Temperatur
Wassergehalt
Gute Nährstoffverfügbarkeit
Gleichmäßige
O2-Zufuhr
CH4-Zufuhr
Hohes Luftporenvolumen
CO2
Hohe Wasserspeicherkapazität
gute Temperaturisolierung
Nährstoffversorgung
N, P, S,...
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
28
Methanoxidationsschichten
Technischer Aufbau
Oxidationsschicht
Gasverteilungsschicht
>1.2 m
Grobschotter, kalkarm
0.5 m (Z.B. Ø 16 /32 mm)
oberste Müllschicht
unverdichtet
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
29
Methanoxidation
Kompost
reifer Kompost
100
Methanoxidationsrate (%)
Reife
Abfallkomposte mit grober Struktur sind sehr
90
gut 80
als Substrat zur Methanoxidation geeignet
frischer Kompost
70
60
Wesentlich
höhere Methanabbauleistungen als
50
natürliche,
bindige Bodensubstrate !
40
30
Mutterboden
20
10
0
1
4
7
10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
43
46
49
52
55
58
Versuchstage
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
30
Methanoxidationsschicht
Profil einer geeigneten Abdeckschicht
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
31
Methanoxidationsschichten
Anwendungsbereiche
- Altablagerungen (auch in Kombination mit insitu Sanierungs- oder Sicherungsverfahren)
- kleine Deponien mit geringer Gasproduktion
- Deponien in der Nachsorgephase
- Ablagerungen von MBA Material mit deutlich
verringertem Emissionspotential
- temporäre und Endabdeckung von
Reaktordeponien (zusätzliche Sicherheit zur
Zwangsentgasung)
- Entwicklungsländer
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
32
Ablagerungsverhalten von MBA-Material =>
neue Anforderungen an Deponietechnik
Verringerte Gasproduktion (5 – 10% Restgas)
Gasabsaugung kaum möglich, passive
Entgasung und Methanoxidation
Höhere Einbaudichte 1,3 - 1,6 t/m³, kfWert ca. 10-7 bis 10 -8 m/s
Deponiegeometrie,
Oberflächenabfluss fördern,
Gasabsaugung kaum möglich
Verändertes Sackungs- und Setzungsverhalten,
veränderte Standsicherheit (Faserkohäsion fehlt,
verringerte Zugspannung)
Deponiegeometrie, Böschungsneigung, neue
Einbautechniken, z.B. Dünnschichteinbau,
witterungsabhängig
Kein zu feuchtes Material (EinbauWG < ProctorWG)
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
33
Ablagerungsverhalten von MBA-Material
Gasemissionen
Gasproduktion um > 90% verringert (< 20 l Gas/kg TS)
hohe Einbaudichte => aktive Entgasung meist nicht
funktionstüchtig
=> Alternativen z.B. passive Entgasung mittels
Methanoxidationsschichten als Oberflächenabdeckung
(mikrobieller Abbau von Methan)
Sickerwasser
geringe Sickerwassermenge aufgrund der Dichte des
Abfallkörpers (geringer Kf-Wert!)
höherer Oberflächenabfluss (Deponieform)
Belastung des Sickerwassers an Stickstoff und CSB um 80%
reduziert
Geotechnisches Deponieverhalten
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
34
Ablagerungsverhalten von MVA-Schlacke =>
neue Anforderungen an Deponietechnik
Hohe Temperaturentwicklung bei Ablagerung
frischer Schlacke
Belastung Basisdichtung (mineralische
Dichtschicht)
 Schlackealterung (Platzbedarf!)
 Angepasstes Basisdichtungssystem
Höhere Einbaudichte ca. 1.8 – 2.0 t/m³
Deponiegeometrie
Salzfracht und Temperatur führen zu
Ausfällungen im SIWA-System
Versagen der Drainageleitungen =>
bessere Kontroll- und
Revisionsmöglichkeiten
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
35
FRAGEN ??
Zeichnung: Erik Liebermann (1992)
Studienjahr 2011/12
LVA 813.100
36