DE60006696T2

DE60006696T2 - Behandlung von oxidierbarem deponiegas

Info

Publication number: DE60006696T2
Application number: DE60006696T
Authority: DE
Inventors: Matti Ettala; Petri VÄISÄNEN
Original assignee: Matti Ettala Oy
Current assignee: Preseco Oy
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: DK1216110T3; ES2211590T3; EE04359B1; FI109338B; CA2382616C; US6644890B1; ATE254515T1; FI19991877L; EP1216110B1; CA2382616A1; AU7002100A; EE200200101A; PT1216110E; DE60006696D1; PL197874B1; WO2001017701A1; PL364791A1; EP1216110A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von oxidierbarem Gas, das durch den Abfall einer zum Deponieren von Abfall genutzten Fläche entsteht, bei der die Gas erzeugende Abfallschicht mit einer das Eindringen von Wasser verhindernden Dichtungsschicht abgedeckt ist und mit mindestens einer darauf liegenden stofflichen Schicht. Ferner betrifft die Erfindung einen Aufbau einer zum Deponieren von Abfall genutzten Fläche zur Anwendung des genannten Verfahrens.
In Deponien für industrielle Abfälle und Haushaltsabfälle entsteht aus dem organischen Abfall bei sauerstofffreien Bedingungen Methan enthaltendes Gas. Ein nicht kontrollierbares Entweichen von Gas in die Umwelt verursacht Unannehmlichkeiten in Form von Gerüchen, Schwierigkeiten bei der Gestaltung der Deponiefläche und bei Ansammlung im Aufbau im schlimmsten Fall Explosions- und Feuergefahren. Aus globaler Sicht ist das Entweichen von Methan in die Atmosphäre problematisch.
Die in der Deponie erzeugte Menge von Biogas kann zur Verwendung in der Produktion von Energie oder als Treibstoff für Fahrzeuge zurück gewonnen werden. Diese Wiedergewinnung erfordert ein Saugsystem, Sammelleitungen und eine Pumpstation für Biogas. Falls das zurück gewonnene Gas nicht verwendet wird, kann es durch Abfackeln entsorgt werden. Bei kleineren Deponien, in denen das Gas ein unmittelbares Sicherheitsrisiko oder eine Gesundheitsgefährdung erzeugt und in denen die Mengen des erzeugten Gases für die ökonomisch profitable Rückgewinnung zu klein sind, werden die genannten Rückgewinnungssysteme jedoch unverhältnismäßig teuer.
Es ist bekannt, dass unter günstigen Bedingungen biologische Oxidation von Gas in der Oberflächenschicht einer Deponie infolge der Wirkung von Mikroorganismen auftritt, so dass Methan und Sauerstoff miteinander reagieren um Kohlendioxid und Wasser zu bilden; vgl. beispielsweise Kightley D: Nedwell D. „Optimising methane oxidation in landfill cover soils". The Technical Aspects of controlled Waste Management, Department of the Environment, Report No. CWM 114/94, Juli 1994, Humer M: Lechner Pater. "Grundlage der biologischen Methanoxidation". WASTE REPORTS 95, Universität für Bodenkultur, Wien and Maurice 1998, Landfill Gas Emission and Landfill Science & Technology, 1998: 01. Auf ähnliche Weise kann Gas in getrennten Biofiltern oxidiert werden. Neben Methanen können Mikroorganismen ferner übel riechende Schwefelbestandteile oxidieren.
Gemäß einer finnischen Anordnung der Behörden, die im Wesentlichen einer EU-Richtlinie folgt, muss nach Verfüllen einer Deponie bis zum endgültigen Füllstand eine Gasabdeckschicht, eine Dichtungsschicht, eine Trocknungsschicht und eine Oberflächenschicht in der genannten Reihenfolge von unten nach oben aufgebaut werden. Zweck der Dichtungsschicht ist es, zu verhindern, dass Regenwasser im Abfall aufgenommen wird und dann unter Verschmutzung von Wassersystemen und Grundwasser weiter versickert. Die Trocknungsschicht, die Kies oder ein anderes wasserundurchlässiges grobkörniges Material enthalten kann, soll Regenwasser sammeln und von der Deponie weg leiten. Die Dichtungsschicht verhindert, dass im Abfall erzeugtes Gas gleichmäßig durch die Oberflächenschichten der Deponie aufsteigt, so dass hierdurch auch biologische Oxidation des Gases in der Oberflächenschicht verhindert ist. Falls keine Vorkehrungen für eine Gasrückhaltung getroffen sind, könnte das Gas in das Erdreich außerhalb der Deponie eindringen oder die Dichtungsschicht aufbrechen, was der Grund dafür ist, dass bei gefüllten Deponien üblicherweise eine kontrollierte Gasentladung in die Atmosphäre gefordert wird, falls das Gas nicht weiter verwertet wird oder abgefackelt wird. Da jedoch Methan ein den Treibhauseffekt stark förderndes Gas ist, ist es gefährlich, dieses in die Atmosphäre abzulassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mit der Methan oder andere in einer Deponie entstehenden Gase behandelt werden können, um diese für die Umwelt unschädlich zu machen, falls die Abfallschicht mit einer das Eindringen von Wasser verhindernden Dichtungsschicht abgedeckt ist und das Gas abgeleitet und/oder diffundiert und bei denen es nicht praktikabel ist, ein separates Gasrückgewinnungssystem für die Weiterverwendung oder die Vernichtung durch Abfacklung des Gases aufzubauen. Das erfindungsgemäße System ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gas selbsttätig durch eine in der Dichtungsschicht eingeformte Durchgangsöffnung geleitet ist und dass es in seitliche Richtung für die biologische Oxidation des Gases in eine obere stoffliche Schicht durch Verwendung eines oder mehrerer Gasflusskontrollvorrichtungen verteilt wird, die über und/oder seitlich neben der Durchdringungsöffnung angebracht sind.
In anderen Worten ist Aufgabe der Erfindung, das Gas, das Natur bedingt nach oben steigen möchte, in kontrollierter Weise durch die Dichtungsschicht zu leiten und seitlich zur Oberflächenschicht zu verteilen, in der Mikroorganismen in bekannter Weise das Gas oxidieren. Mit dieser Lösung ist es möglich, Emissionen von Treibhausgasen zu reduzieren, die entstehen, wenn das Gas in bekannter Weise über Röhren oder geeignete Strukturen unterhalb der Dichtungsschicht gesammelt wird und unmittelbar in die Atmosphäre geleitet wird.
Somit wird die Erfindung genutzt, um Treibhausgasemissionen im Vergleich zu der Alternative, Gase zu sammeln und unmittelbar in die Luft zu führen, zu beschränken; andererseits ist es möglich, eine erhebliche Kostenreduzierung im Vergleich zu dem Vorgehen, bei dem Gas unterhalb der Dichtungsschicht gesammelt und durch Abfackeln vernichtet wird, zu erreichen. Insgesamt betreffen diese Vorteile kleine Deponien oder Deponien, in denen nur eine geringe Menge von Gas entsteht, für die die Verwendung von Gas als Energierohstoff nicht profitabel ist. Die Erfindung ist ferner in den Fällen eine vorteilhafte Lösung, in denen der Methangehalt des Gases zum Abfackeln ohne zusätzlichen Brennstoff zu gering ist. Da die Erfindung auf einem selbst tätigen Transfer des Gases von dem Müll zur oxidierenden Oberflächenschicht basiert, ist ferner der Vorteil bezüglich der Investitions- und Betriebskosten im Vergleich mit einem über Pumpmittel betriebenen, konventionellen biologischen Filter beträchtlich. Schließlich kann die Erfindung die große Oxidationsfähigkeit der Oberflächenschicht der Deponien nutzen, während andererseits die Kapazität eines biologischen Filters durch seinen kleinen Reaktionskessel oder einen vergleichbaren Reaktionsraum beschränkt ist.
Wenn ein Trocknen erforderlich ist und die Oberflächenschichten oberhalb der Dichtungsschichten einer Deponie aufgebaut sind, können die Trocknungsschichten bevorzugt zur seitlichen Verteilung des Gases in die Oberflächenschicht genutzt werden, in der die Oxidation auftritt. Das Material der Trocknungsschicht, zum Beispiel Kies, kann selbst das Gas einfach weiter leiten und es ist möglich, Verteilungsleitungen in die Schicht einzubetten, um das Verbreiten des Gases zu intensivieren.
Eine Möglichkeit zum seitlichen Verteilen des Gases besteht darin, dass ein plattenähnliches Teil in die oberen Schichten oberhalb der in die Dichtungsschicht der Deponie eingearbeiteten Durchdringungsöffnungen angeordnet wird. Eine solche Platte kann beispielsweise horizontal zwischen der Trocknungsschicht und der oxidie renden Oberflächenschicht angeordnet werden. Alternativ können auch perforierte Röhren so angeordnet werden, dass sie sich radial in verschiedene Richtungen von der Durchdringungsöffnung zum Verteilen des Gases in seitliche Richtungen erstrecken. Die Durchdringungsöffnung kann ein die Dichtungsschicht durchsetzendes hülsenartiges Teil mit einem hohlen Inneren oder mit einer Füllung aus gasdurchlässigem Material aufweisen. Eine bevorzugte Lösung verwendet einen die Dichtungsschicht in vertikaler Richtung durchsetzenden Schacht, der oben verschlossen ist und von dem sich Gas verteilende, perforierte Röhren radial in verschiedene Richtungen erstrecken. Bei diesen Strukturen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass sich der Rand des Schachtes oder der Hülse über die Dichtungsschicht erstreckt, so dass Wasser nicht in die Abfallschicht unterhalb der Dichtungsschicht einsickern kann.
Die Erfindung kann bevorzugt durch Einblasen von Luft und/oder Feuchtigkeit in die oxidierende Oberflächenschicht der Deponie angewendet werden, wodurch die bakterielle Aktivität und die Oxidation des Gases intensiviert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben, wobei
1 ein vertikaler Schnitt der oberen Schichten der Deponie ist, in der die Dichtungsschicht mit einer hülsenartigen Durchdringungsöffnung für Gas versehen ist, die zur Steuerung des Gasflusses eine oberhalb der Öffnung eingesetzte, horizontale Steuerungsplatte aufweist;
2 ist ähnlich zur 1 ein Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung der Erfindung, in der ein abgedeckter Schacht die Dichtungsschicht durchsetzt, radiale Röhren sich von diesem Schacht zur Verteilung des Gasflusses nach außen erstrecken, und bei der Luft und/oder Feuchtigkeit zusätzlich in die Oberflächenschicht der Deponie eingeleitet wird; und
3 ist eine schematische Draufsicht auf eine Deponie, die mit Schächten und Verteilungsleitungen für das Gas gemäß 2 ausgestattet ist.
In 1 ist die Oberflächenstruktur einer Deponie dargestellt, die aufgefüllt ist und nach der Füllung abgedeckt wurde, wobei der Aufbau im Wesentlichen eine wasserdurchlässige Dichtungsschicht 2, eine Wasser fördernde Trocknungsschicht 3 und eine oberhalb der Abfallschicht 1 angeordnete Oberflächenschicht 4 in dieser Reihenfolge enthält. Die Abfallschicht 1 besteht üblicherweise aus organischem industriellen Müll oder Hausmüll, wobei die Dicke der Schicht ein Vielfaches von zehn Metern betragen kann. Der Zweck der Dichtungsschicht 2 besteht darin, das Eindringen von Regenwasser in die Abfallschicht 1 zu verhindern und es so möglich zu machen, die Feuchtigkeit in der Abfallschicht, beispielsweise mit Hilfe einer separaten, kontrollierten Durchnässung zu steuern. Das Material der Dichtungsschicht 2 kann unterschiedlich sein; die Schicht kann zum Beispiel von einer Kunststofffolie oder einer komprimierten Isolation gebildet sein, die aus einigem Abfallmaterial besteht. Verwendbare Materialien sind zum Beispiel Asche, Lehm, Mineralien, Bentonit, Grünlaugenablagerungen oder Kombinationen hiervon. Die Dichtungsschicht verhindert neben Wasser auch den Durchtritt von Gas durch die Schicht. Die Materialien der Trocknungsschicht 3, deren Zweck es ist, Regenwasser, das in die Oberflächenschicht 4 eingesickert ist, zu sammeln und an die Seiten der Deponie zu führen, kann grobkörnige, leicht wasserdurchlässige Materialien, wie zum Beispiel Kies, Gummigranulate oder gemahlener Bauschutt oder Teppiche oder andere textilen Materialien enthalten. Die an oberster Stelle angeordnete Oberflächenschicht 4 umfasst üblicherweise Erde oder organisches Material in Form von Partikeln, zum Beispiel Rindenmulch, Holzspäne, faserige Abfälle aus der Forstwirtschaft, Kompost oder einige andere pflanzliche Substanzen. Die Dicke der Trocknungs- und der Oberflächenschicht 3, 4 kann üblicherweise zwischen 0,5 m bis zu einigen Metern liegen.
In sauerstofffreier Umgebung entstehen in der Abfallschicht 1 methan- und möglicherweise auch schwefelhaltige oxidierbare Gase und diese werden nach der Erfindung zur Oberflächenschicht 4 geleitet, in der sie in Folge der Einwirkung der Mikroorganismen oxidiert werden. In 1 bezieht sich das Bezugszeichen 5 auf das schematisch gezeichnete Gasführungssystem, das sich in die unteren Bereiche der Abfallschicht in vertikaler Richtung erstreckende Röhren und Abzweigungen umfasst, die in seitlicher Richtung mit diesen Röhren verbunden sind. Diese Systeme sind den Fachleuten bekannt. Eine geeignete Ringhülse 6, zum Beispiel aus Kunststoff, Beton oder Stahl gefertigt und die Dichtungsschicht 2 durchdringend, wurde als Verlängerung des oberen Endes der Gassammelröhren 5 vorgesehen. Das obe re Ende 7 der Hülse erstreckt sich etwas über die Dichtungsschicht 2, wodurch bezweckt ist, dass Regenwasser nicht in die Hülse 6 einfließen kann. Die Hülse 6, deren in 1 dargestelltes Inneres 8 hohl ist und die mit einer Lattung abgedeckt ist, ermöglicht es dem gesammelten Gas aus der Abfallsschicht durch sie hindurch in die Trocknungsschicht 3 zu strömen. Oberhalb der Hülse 6 am Übergang zwischen der Trocknungsschicht 3 und der Oberflächenschicht 4 ist eine horizontale Steuerungsplatte 9 vorgesehen, deren Zweck es ist, deren durch die Hülse 6 hindurch tretenden Gasfluss in seitliche Richtung derart umzulenken, dass der Fluss sich auf die Gas leicht durchlässige Trocknungsschicht 3 und von da aus weiter auf die kompaktere Oberflächenschicht 4 aufteilt, die als Kulturmedium für die das Gas oxidierenden Bakterien dient. Die Kontrollplatte 9 ist am besten aus Kunststoff gefertigt und weist eine runde oder rechteckige Form auf, wobei ihr Durchmesser größer als der Durchmesser der Hülse 6 ist. Der Durchmesser kann bis hin zu einem großen Durchmesser unterschiedlich sein, im größten Fall bis zum 20 m. Auch eine Kunststofffolie kann eingesetzt werden, die kleine, die Gasverteilung regelmäßiger machende Öffnungen enthalten kann.
Die Ausgestaltung gemäß 2 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten dadurch, dass die Durchdringungsöffnung für das aus der Abfallschicht 1 abgeleiteten Gas einen zylindrischen Schacht 10 umfasst, der mit einem fest sitzenden Deckel 11 und radial durchlässigen Röhren 12 versehen ist, die sich von der Seite erstrecken und den Gasfluss in die Trocknungsschicht 3 verteilen. Von der Trocknungsschicht 3 wird das Gas weiter in die oxidierende Oberflächenschicht 4 geleitet. Der Schacht 10 und die Röhren 12 können zum Beispiel aus Kunststoff, Beton oder Stahl gefertigt sein.
Gemäß 2 ist der Schacht 10 mit einer Druckanzeige 13 und die Röhren 12 mit Ventilen 14 versehen, die es möglich machen, den Gasfluss in den verschiedenen Röhren zu verfolgen und zu kontrollieren. Als zum Beispiel herausgefunden wurde, dass ein unverhältnismäßig großer Anteil des Gasflusses in eine bestimmte Röhre gerichtet ist, also die gleichmäßige Aufteilung des Gases gestört ist, kann die betroffene Röhre über ein Ventil gedrosselt oder, falls erforderlich, vollständig geschlossen werden.
Der Schacht 10 und die sich radial von ihm erstreckenden Röhren 12 können in geeigneten Abständen zum Beispiel gemäß 3 in einer Deponie angeordnet wer den. Wenn die Länge jeder Röhre 12 etwa 5 m beträgt und der Abstand zwischen den Schächten jeweils etwa 10 m beträgt, ist es möglich, die Oberflächenschicht 4 der Deponie in effizienter Weise für die Oxidation des Gases zu nutzen. Abhängig von den Umständen können die Schächte 10 auch in größeren Abständen angeordnet werden, so dass die Röhren 12 möglicherweise länger, verästelt oder auch zur Intensivierung der Gasverteilung jeweils gekrümmt sein können.
Wenn notwendig kann die in der Oberflächenschicht 4 auftretende Gasoxidation durch Einleiten von Luft oder Feuchtigkeit in die Schicht intensiviert werden. In 2 ist eine separate perforierte Zuführleitung 15 dargestellt, die in die Trocknungsschicht 3 unterhalb der Oberflächenschicht eingebettet ist, in der der Zufuhrstrom in selbst betätigter Weise Unterstützung von Pumpen oder einem Gebläse 16 auftreten kann. Alternativ kann ein in der Deponie bestehendes Verteilungsröhrensystem genutzt werden, um Luft oder Feuchtigkeit einzuleiten.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele eingeschränkt sind, sondern dass sie innerhalb des Bereiches der beigefügten Patentansprüche variieren können. Zum Beispiel kann die Dichtungsschicht 2 von der Öffnung rund um die Durchtrittsöffnung oder dem Schacht 10 abfallend ausgebildet sein, um sicherzustellen, dass Wasser nicht in die Abfallschicht 1 durch die Öffnung oder ihre äußeren Oberflächen fließen kann. Weiterhin kann die die Durchtrittsöffnung gemäß 1 bildende Hülse 6 ohne die abdeckende Lattung ausgebildet sein, so dass sie mit dem Material der Trocknungsschicht 3 gefüllt ist, zum Beispiel mit Kies. Das grobkörnige Material der Trocknungsschicht bildet kein Hindernis für den Zuwachs der Strömung.

Claims

Verfahren zur Behandlung von oxidierbaren Gas, das durch den Abfall auf einer zum Deponieren von Abfall genutzten Fläche entsteht, bei der die Gas erzeugende Abfallschicht mit einer das Eindringen von Wasser verhindernden Dichtungsschicht abgedeckt ist und mit mindestens einer darauf liegenden stofflichen Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in einer selbsttätigen Weise durch eine in die Dichtungsschicht eingebrachte Durchdringungsöffnung geleitet wird, und dass es unter Verwendung einer über und/oder seitlich neben der Durchdringungsöffnung angebrachten Gasflusskontrollvorrichtung gezwungen wird, sich in seitlicher Richtung zur oberen stofflichen Schicht auszubreiten, in der die biologische Oxidation von Gas stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasfluss mit Hilfe eines plattenähnlichen, Gas undurchlässigen Umlenkungsmittels, welches in der Schicht über der Dichtungsschicht oberhalb der Durchdringungsöffnung eingebettet ist, umgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas von der Durchdringungsöffnung zu einem oder mehreren perforierten Rohren geleitet wird, die das Gas zu der Schicht über der Dichtungsschicht ausbreiten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über der Dichtungsschicht befindlichen Schichten die Trocknungsschicht und die darüber angeordnete Oberflächenschicht, in der das Gas biologisch oxidiert wird, aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Luft und/oder Feuchtigkeit zur Intensivierung der Oxidation des Gases zur Oberflächenschicht geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfall industrieller oder städtischer Herkunft ist, und das Gas, welches durch diesen entsteht, Methan enthält.
Ein Aufbau der zum Deponieren von Abfall genutzten Fläche, auf die das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche anwendbar ist, und welches eine Gas erzeugende Abfallschicht, eine diese Schicht bedeckende die Aufnahme von Wasser verhindernde Dichtungsschicht und mindestens eine weitere überlagernde stoffliche Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsschicht mit mindestens einer Öffnung ausgestattet ist, durch die das Gas hindurch dringt; und dass eine oder mehrere Gasflusskontrolleinrichtungen über und/oder seitlich neben der Öffnung angeordnet sind, die zur Verbreitung des Gases in seitliche Richtung zur oberen stofflichen Schicht, in der die biologische Oxidation stattfindet, dient.
Aufbau nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die über der Dichtungsschicht befindlichen Schichten die Trocknungsschicht und die überlagernde Oberflächenschicht, in der das Gas biologisch oxidiert wird, aufweisen.
Aufbau nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein plattenähnliches, Gas undurchlässiges Umlenkungsmittel über der Durchdringungsöffnung in die Schicht über der Dichtungsschicht eingebettet ist, um den Gasfluss umzulenken.
Aufbau nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er ein oder mehrere perforierte Rohre aufweist, die das von der Durchdringungsöffnung kommende Gas zu der Schicht oberhalb der Dichtungsschicht ausbreiten.
Aufbau nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau der Durchdringung einen Schacht aufweist, dessen Rand so über die Dichtungsschicht hinausragt, dass Wasser daran gehindert wird, durch den Schacht in die untere Abfallschicht zu fließen.
Aufbau nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schacht abgedeckt ist und die das Gas ausbreitenden perforierten Rohre sich seitlich des Schachts erstrecken.
Aufbau nach den Ansprüchen 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr ein Ventil zur Kontrolle des Gasflusses aufweist.
Aufbau nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er eine gesonderte Verrohrung aufweist, um Luft und/oder Feuchtigkeit zur Oberflächenschicht bei der zum Deponieren von Abfall genutzten Fläche zu leiten.