Erfaringer med Biocovers i Danmark Peter Kjeldsen og Charlotte Scheutz Lossepladser State of the Art Møde i ATV Jord og Grundvand, 10. september 2014
Håndtering af deponigas Deponigassens energiindhold kan udnyttes ved installation af gasekstraktion og gasmotor På mange deponier kan gassen ikke udnyttes: Gassen affakles med risiko for afgivelse af giftige stoffer til omgivelserne, Gassen emiteres direkte til atmosfæren (anlæg til afværge af gasmigration)
Imødegåelse ved mikrobiel metanoxidation Deponigas kan oxideres i afdækningslaget/biofiltre Eksperimenter har dokumenteret meget høje metan-oxidations-rater i biocovers På mindre og ældre deponier kan biocoversystemer udgøre det eneste imødegåelsestiltag resulterende i en væsentlig reduktion i metanudslip Metoden kun fuld dokumenteret i to tilfælde
Forskning over 10 år: Fra lab batch til fuld-skala biocover-system
Gas conc. (%vol.) Procesforståelse - Batch metan-oxidations-eksperimenter Methane oxidation 70 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 O2 N2 CH4 CO2 Time (hr)
Procesforståelse Kolonneforsøg
Procesforståelse Vigtige miljøfaktorer Type af materiale (jord/kompost) Temperatur Vandindhold
Typer af Biocover Systemer Type Beskrivelse Fuldt dækkende biocover (Full surface biocover) Biovinduer (Biowindow system) Biofilter passiv, åben (Biofilter passive, open bed) Biofilter passiv, lukket (Biofilter passive, closed bed) Biofilter aktiv, åben (Biofilter active, open bed) Biofilter aktiv, lukket (Biofilter active, closed bed) Biogrøft (Bioactive intercepting trench) Hele deponiets overflade er dækket med et homogent lag af gasgennemtrængeligt, bioaktivt materiale (jord, kompost, eller lignende) Imødegåelsessystem baseret på tilstedeværelse af et slutafdækningslag med meget begrænset gasgennemtrængelighed. Områder af slutafdækningslaget udskiftes med en lagfølge af gasgennemtrængeligt, bioaktivt materiale (sandet/gruset eller kompost) oven på et gasfordelingslag bestående af grus eller småsten. Gassen tilledes til biovinduerne passivt (dvs. uden brug af pumper). Et system bestående af et volumen af bioaktivt materiale, hvortil deponigassen tilledes passivt for neden via et gasfordelingslag. Systemet er åbent ud til atmosfæren så ilt kan diffundere ind til det biologisk aktive materiale fra oven. Et system bestående af et volumen af bioaktivt materiale, hvortil deponigassen tilledes passivt for neden/fra oven via et gasfordelingslag. Systemet er lukket (f.eks. i en container), så ilt skal tilføres til systemet evt. sammen med deponigassen. Et system bestående af et volumen af bioaktivt materiale, hvortil deponigassen aktivt pumpes til filtret nedefra via et gasfordelingslag. Systemet er åbent ud til atmosfæren så ilt kan diffundere ind til det biologisk aktive materiale fra oven. Et system bestående af et volumen af bioaktivt materiale, hvortil deponigassen aktivt pumpes til filtret for neden/fra oven via et gasfordelingslag. Systemet er lukket (f.eks. i en container), så ilt skal tilføres til systemet evt. sammen med deponigassen eller via en anden pumpe. Et system bestående af en dyb grøft der omkranser randen af deponiet med formålet at opsamles og oxidere metan der migrerer horisontalt ud fra deponiet. Grøften pakkes med et gasfordelingslag i bunden og et metanoxiderende lag i toppen.
Biocover system med bio-vinduer
Reduktion af metan-emissioner i bio-vinduer Typiske metan-emissions rater for gamle lossepladser: 2-20 g CH 4 m -2 d -1 Observerede metan-oxidations rater: 100-200 g CH 4 m -2 d -1 Emissioner af metan kan reduceres vha biovinduer med reduceret areal
Biogrøft (passiv afværge af gasmigration) Dever (2009)
Biofiltre, åbne eller lukkede Metan-oxidation-filtre til behandling af ekstraheret deponigas (aktivt eller passivt) Up-flow exhaust gas Down-flow LFG filter material filter material LFG exhaust gas leachate leachate
Imod fuld-skalaanlæg. Hvordan dokumenterer vi effektiviteten af et biocoversystem til imødegåelse af metanudslippet?
Protokol for etablering Indledende karakterisering af lossepladsen Baseline kortlægning af metanudslip Afprøvning af biocover materialer Etablering af fuldskala biocover system Kortlægning af biocover systemets evne til at reducere metanudslippet Analyse af de økonomiske forhold for biocover systemet
Flux-kamre og poregasprofiler God metode til at forstå hvad der sker MEN ALDRIG TIL DOKUMENTATION AF SYSTEMETS EFFEKTIVITET!
Total emissionsmåling Sporstofmetoden Mobile FTIR equipment Tracer release
Protokol for etablering Indledende karakterisering af lossepladsen Baseline kortlægning af metanudslip Afprøvning af biocover materialer Etablering af fuldskala biocover system Kortlægning af biocover systemets evne til at reducere metanudslippet Analyse af de økonomiske forhold for biocover systemet
Afprøvning af biocovermaterialer
Protokol for etablering Indledende karakterisering af lossepladsen Baseline kortlægning af metanudslip Afprøvning af biocover materialer Etablering af fuldskala biocover system Kortlægning af biocover systemets evne til at reducere metanudslippet Analyse af de økonomiske forhold for biocover systemet
DTU Fuld-skala erfaringer Fakse Deponi (2006-2008) Klintholm Deponi (2008-2011) AV Miljø Deponi pilot-skala (2011- AV Miljø Klintholm
1. Fakse Deponi Sektion I (1981-1997): 600.000 tons blandet affald (inkl. 25 % husholdningsaffald og 12 % slam) Perkolatopsamlingssystem ingen gasopsamling Delvis afdækket med relativt tykt lag af lerjord New section (II) Old section (I)
Lay-out Biovinduer
Erkendelser Fakse deponi Systemets effektivitet blev målt til ca 30% Det var svært at undgå udslip fra perkotsystemet Gasfordelingslaget var utilstrækkelig pga lille tykkelse Svært at opnå jævn gasfordeling til biovindue (bl.a på grund af gennemgående gruslag og deponering af store mængder lerjord)
2. Klintholm Deponi Cell 0 (1980-1996): 485.000 m 3 blandet affald (inkl. 40-60 % brændbart affald og 5-15% slam) Ingen membran, ingen perkolatopsamling, ingen gasopsamling Dækket med 3-4 meter lerjord (undtagen på skrænterne) Baseline studiet viste at emissionen skete fra skrænterne Cell 0
Lige efter færdiggørelse October 2009
Erkendelser Klintholm deponi Større fokus på gasopsamling og fordeling ift Fakse Systemets effektivitet blev målt til 80-85% Også effektiv under 10 grader frost høje temperaturer målt i kompostlaget Totalmålingsmetode hel central (totale biofilter-areal var 4800 m 2 ) som basis for effektivitetsvurdering Imødegåelsespris blev udregnet til ca 100 DKK/tons CO 2 -eq. Prisen er konkurrencedygtig med andre af samfundets mulige måder at reducere belastning af atmisfæren med drivhusgasser
3. AV Miljø AV-Miljø er et moderne deponi i Avedøre Holme, etableret i 1989 og har en samlet deponeringskapacitet på 2 mill. m 3 AV-Miljø modtager mest ikkebrændbart affald Deponiet emitterer trods affaldstypen metan især fra perkolatsystemet Der er etableret et 500 m 2 stort pilotskala biocoversystem forsynet med deponigas fra tre nærliggende perkolatbrønde ( 25 kg CH 4 /døgn)
Gasfordelingssystem - plantegning
Snittegning gennem biocoversystem: A-A Skillelaget mellem kompost og gasfordelingslaget (ærtesten) zig-zag-formet for at undgå et gennemgående lag af vand som kan opstå pga kapillareffekter
Biocoversystemet fjerner metanemissionen... Date Inlet load Surface emission CH 4 oxidation rate CH 4 oxidation efficiency g C-CH 4 d -1 g C-CO 2 d -1 g C-CH 4 d -1 g C-CO 2 d -1 g C-CH 4 d -1 g CH 4 m- 2 d -1 % 25.01.13 M0 6930 6121 19 25007 6911 13.7 99.7 08.03.13 M1 7705 6082 356 90130 7349 14.6 95.4 11.04.13 M2 8066 4537 620 90821 7446 14.8 92.3 21.04.13 M3 7020 6265 39 36277 6982 13.9 99.4 02.05.13 M4 6011 6824 30 40887 5981 11.9 99.5 24.05.13 M5 6386 7044 313 33963 6073 12.0 95.1
Erkendelser AV Miljø deponi Systemet fjernes >95% af metanen - men er også lavt belastet Der er opnået en jævn fordeling af gas erkendt fra et sporstofforsøg og ved kortlægning af overfladefluxen Der er ikke observeret problemer med blokering af gastransport pga vandophobning
Udfordringer ved biocoversystemer Hvor lang tid virker systemet? (kompost er et levende materiale) Opnåelse af jævn gasfordeling til oxidationslaget Håndtering af infiltrerende vand (åbne systemer) Modeludvikling som sammenkobler fysiske, kemiske og mikrobielle processer for bedre dimensioning og forudsigelse af systemfunktion
Konklusioner Vi arbejder mod bedre og mere effektive biocoversystemer Vigtige erkendelser opnås kun ved arbejde i fuld-skala (evt. pilot-skala) Der er stadig forhold hvor der er brug for yderligere erkendelser (gasfordeling, sæsoneffekter, langtidsholdbarhed) For mindre og ældre deponier/deponietaper kan biocoversystemer udgøre en kost-effektivt løsning for imødegåelse af metanudslip
Fremtiden for biocover i Danmark Regeringen er ved at opstarte biocoverinitiativ Formål: at reducere metanudslip fra nedlukkede deponier Omfang: Der stiles mod etablering af 100 biocoverløsninger Ramme: 185 mill. DKK over 4 år til fuld statsstøtte til anlæg Miljøstyrelsen skal styre initiativet
Tak for opmærksomheden! Peter Kjeldsen pekj@env.dtu.dk DTU Miljø