aballwirtschaft und abfallentsorgung
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ABALLWIRTSCHAFT UND ABFALLENTSORGUNG
Deponietechnik I(sh.auch: Kommunale Abfallentsorgung/UTB
Kap.2.5)
LVA-Nr. 813.100Studienjahr 2011/2012
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 2
2. Barriere = äußere Sicherheit = Standortqualität
3. Barriere = Deponietechnik
Österreich: 3-Barrierenkonzept gemäß DVO 2008 – basierend auf DeponieRL 1990
1. Barriere = innere Sicherheit = Abfallqualität
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 3
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
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 4
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
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 5
Deponietechnik = 3. Barriere
Erfassung und Überprüfung der von der Deponie ausgehenden Emissionen
Basisdichtung
Basisentwässerung
Sickerwasserentsorgung
Gassammel-/-entsorgungssystem
Oberflächenabdeckung
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 6
Wasserhaushalt
SIWA SIWA
S
SIWARückführung
N = Niederschlag (Wasserzugabe) Ve = Evaporation
Vt = Transpiration Ao = Oberflächenabfluss
S = Speicherung R = Rückhalt
Wb = biologischer Wasserbedarf/Verbrauch Wk = Konsolidation
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 7
SIWA-Menge
Klima-Niederschlag -Verdunstung
Deponieform -Oberflächenabfluss
Deponieabdeckung-Wasserrückhalt -Durchlässigkeit
Vegetation-Transpiration -Interzeption
Weitere Faktoren-Wassergehalt der Abfälle (Presswasser)
-Wasserneubildung durch aeroben Abbau
-Wasseraustrag über die Gasphase
-Wasserverbrauch durch anaeroben Abbau
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 8
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
Aufgaben einer Oberflächenabdeckung
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 9
Deponieabschluss
Oberflächenabdeckung Oberflächenabdichtung
ist fallweise Teil der Abdeckung
Oberflächendichtung
DepVO fordert für Deponie (außer Bodenaushubdep.) oder fertig geschütteten Deponieabschnitt Oberflächenentwässerung
Oberflächendichtung (auch Wasserhaushaltsschicht)
verringert Sickerwasseranfall
Auslaugprozessemikrobieller Abbau
Umbauprozesse
Verlangsamt bis unterbunden
Oberflächenentwässerung Oberflächendichtung
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 10
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
Oberflächenabdeckung <=> Oberflächenabdichtung
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 11
Situation in Österreich
„Alter Deponietyp“ Hausmülldeponie (= Reaktordeponie)
in DVO alt nicht berücksichtigt =>
Verwaltungsschwierigkeiten und technische Fehlvorgaben!
Alte Reaktordeponien
Wasserzutritt notwendig
Reststoff-/ Massenabfalldeponien
Wasserzutritt weitgehend zu unterbinden
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 12
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
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 13
Deponietypen gemäß DVO-Novelle 2008
EU Österreich (DVOalt) Ö – DVOneu (§4)
Deponie für Inertabfälle
Bodenaushubdeponie Bodenaushubdeponie
InertabfalldeponieBaurestmassen-deponie
Deponie für
nicht
gefährliche
Abfälle
Massenabfalldeponie Baurestmassen-deponie
ReststoffdeponieReststoffdeponie
Massenabfalldeponie
Deponie für gefährliche
Abfälle
keine
Untertagedeponie
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 14
> 50
cm
> 30
cm
> 60
cm
> 50
cm
> 50
cm
Bewuchs
Rekultivierungsschicht
Flächenentwässerungk f 10 m/s
-2
mineralische Dichtungsschichtmind. 2-lagig kf 10 m/s
-9
AusgleichsschichtKorn < 100 mm
Gasdrainschicht (bei Massenabfalldeponien)(CaCO und MgCO < 30 %)3 3
Abfall
Kunststoffdichtungsbahn 2,5mm
Regelaufbau Oberflächen-dichtung gemäß DVO
für Reststoff- und Massenabfalldeponien
Für Inertabfall- und Baurestmassendeponien:
> 40 cm mineralische Dichtschicht
Alternative Dichtsysteme , v.a. in Böschungsbereichen sind zulässig => Gleichwertigkeitsnachweis
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 15
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
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 16
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
Alternative Oberflächendichtungen:
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 17
Kapillarsperre
Feinsandschicht über grobkörniger Schicht
Mindestgefälle erforderlich, an Böschungen möglich
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 18
Kapillarsperre
Kapillarschicht
Kohäsion > Adhäsion
Kapillarblock
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 19
Bentonitmatten
und nach Wasseraufnahmevor
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 20
Oberflächenabdeckung Wasserhaushaltsschicht (Evapotranspirationsschicht)
Verzicht auf: EntwässerungsschichtDichtungsschicht
„offenes System“
Wasserhaushaltsschicht hohes
WasserspeichervermögenGasverteilungsschicht
mikrobielle Abbauprozesse
reduzierter Sickerwasseranfall
hohe Transpirations
leistung
Oberboden 0-50 cm
Unterboden 50–200 cm
GV 30 – 50 cm
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 21
Großtechnische Feldversuche - Wasserhaushaltsschichten
1999 2001
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 22
Gasentsorgung
AktivZwangsentgasung
PassivKonvektiv (geringster Widerstand)
Gasbrunnen (vertikal)
Gasdrainagen (horizontal)
Kombinationen
Gasfackel
Energetische Verwertung
BiofilterMethanoxidation
Gasfenster
Gasgräben (vertikal)
Abdeckschicht (horizontal)
Kombinationen
MethanoxidationAbdeckschicht BiofilterGasfenster
Ableiten des Gases über
Kieskörper in die Atmosphäre
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 23
Deponiegasemissionen bei Gaserfassung
< 1% (geruchsintensive) Spurenstoffe
CH4CO2
40 % 60%
Aktive Entgasung Wirkungsgrad:
35% Betriebsdeponie (ohne Abdeckung)
65% Zwischenabdeckung aus Lehm
85% Endabdeckung mineralische Dichtschicht
90% Endabdeckung Kombinationsdichtung
40 – 60% Lebenszyklus einer Deponie
Diffusiver (Konzentrationsgefälle)
Konvektiver (druckgetriebener)Transport
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 24
Methanemissionen bei GaserfassungFID-Kartierung
3 8 33 4 3 .7 0
3 8 23 4 3 .7 2
4 0 03 4 2 .2 2
4 0 63 4 2 . 3 1
4 0 73 4 2 . 5 9
4 0 13 4 2 .9 3
4 7 03 4 2 . 5 9
4 8 53 4 3 . 7 5
3 8 03 4 3 . 9 6
4 8 03 4 3 . 9 6
1 3 7
3 4 2 . 4 0
1 3 5
3 5 0 . 9 5
1 3 4
3 5 1 .0 8
1 3 3
3 5 1 .2 0
1 3 2
3 5 1 . 7 0
6
3 4 5 .9 3
9
3 4 6 . 7 4
7
3 4 6 . 8 8
5
3 4 6 . 0 9
Asph alt
G a s a n la g e n
x = 3 4 3 0 00 . 0 0 y = -25800.00
x = 3 4 3 0 50 . 0 0 y = -25800.00
x = 3 4 3 1 00 . 0 0
y = -25800.00
x = 3 4 3 1 50 . 0 0
y = -25800.00
x = 3 4 3 2 00 . 0 0 y = -25800.00
x = 3 4 3 2 50 . 0 0 y = -25800.00
x = 3 4 3 3 00 . 0 0
y = -25800.00
x = 3 4 3 3 0 0. 0 0
y = -25500.00
x = 3 4 3 2 5 0. 0 0 y = -25500.00
x = 3 4 3 2 0 0. 0 0 y = -25500.00
x = 3 4 3 1 5 0. 0 0
y = -25500.00
x = 3 4 3 1 0 0. 0 0
y = -25500.00
x = 3 4 3 0 5 0. 0 0 y = -25500.00
x = 3 4 3 0 0 0. 0 0 y = -25500.00
x = 3 4 3 00 0 . 0 0 y = -25550.00
x = 34 3 0 0 0 . 0 0 y = -25600.00
x = 3 4 3 0 0 0. 0 0 y = -25650.00
x = 3 4 30 0 0 . 0 0 y = -25700.00
x = 34 3 0 0 0 . 00 y = -25750.00
x = 34 3 3 0 0 . 00
y = -25750.00
x = 3 4 33 0 0 . 0 0
y = -25700.00
x = 3 4 3 3 0 0. 0 0
y = -25650.00
x = 34 3 3 0 0 . 0 0
y = -25600.00
x = 3 4 3 30 0 . 0 0
y = -25550.00
2 0
3 5 2 .4 2
1 9
3 5 2 . 6 7
1 8
3 5 2 . 2 6
8
3 4 6 . 8 7
1 3 6
3 5 0 . 5 7
1 3 5
3 5 0 . 9 5
1 3 43 5 1 . 0 8
1 3 3
3 5 1 .2 0
7 3
3 4 9 . 5 2
7 23 5 0 .1 0
7 13 5 0 .5 3 7 43 5 0 .5 5
7 3 3 5 0 . 5 2
7 23 5 0 . 8 0
7 13 5 1 .0 9
7 0
3 5 0 .7 9
6 9
3 5 1 . 0 5
6 8
3 5 1 . 2 4
6 7
3 5 1 . 4 9
2 7
3 5 3 . 5 4
2 5
3 5 2 . 8 6
2 3
3 5 1 . 5 9
2 1
3 5 0 . 8 9
1 8
3 5 0 .3 7
6
3 4 5 .9 3
4
3 4 4 . 1 1
1 43 5 0 . 9 2
1 3
3 5 0 . 9 9
1 2
3 5 1 . 0 2
1 1
3 5 0 . 8 1
1 0
3 5 0 .1 7
5
3 4 6 . 0 9
3
3 4 3 . 9 8
9 03 5 2 . 0 6
8 8
3 5 2 . 5 68 73 5 2 . 6 8
8 53 5 2 . 6 2
8 4
3 5 2 .6 2
8 13 5 2 .6 3
8 0
3 5 2 .7 3
7 7
3 5 2 . 5 7
7 6
3 5 2 .2 6
6 93 5 5 .1 1
6 8
3 5 5 . 4 9
6 73 5 4 . 9 8
1 03 5 3 . 6 4
100 0023 5 9 .3 6
O K - H a h n
O K - H a h n
O K -H a h n
O K - H a h n
O K - H a h n
O K - H a h n
O K - H a h n
O K - H a h n
G a s b r u n n e n
B r u n n e n
G a s b r u n n e n
G a s b r u n n e n
G a s b ru n n e n
G a s b r u n n e n
G a s b r u n n e n
G a s b r u n n e n
>5.000
1.001 - 5.000
501 - 1.000
101 - 500
11 - 100
0,1 - 10
< 0,1
0
1
2
3
4
5
6
7
Gasbrunnen
ppmv CH4
FID-Vermessung
(FlammenIonisationsDetektor)
Qualitative Messmethode
Gasbrunnen
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 25
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 26
Depponiegasverwertung in Österreich 2002 -2007 (UBA/ Lampert & Schachermayer, 2008)
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 27
Biologische Methanoxidation
CO2CO2
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 210,8 kCal/mol + Biomasse
exothermer Prozeß
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 28
CO2CO2
Methanoxidation - Einflussfaktoren
Gute Nährstoffverfügbarkeit
Hohes Luftporenvolumen
Hohe Wasserspeicherkapazität
gute Temperaturisolierung
Temperatur
Wassergehalt
Gleichmäßige O2-Zufuhr CH4-Zufuhr
Nährstoff-versorgung
N, P, S,...
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 29
MethanoxidationsschichtenTechnischer Aufbau
>1.2 m
0.5 m
Oxidationsschicht
oberste Müllschichtunverdichtet
Grobschotter, kalkarm(Z.B. Ø 16 /32 mm)
Gasverteilungsschicht
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 30
MethanoxidationKompost
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58
Versuchstage
Met
han
oxi
dat
ion
srat
e (%
)
reifer Kompost
frischer Kompost
Mutterboden
Reife Abfallkomposte mit grober Struktur sind sehr gut als Substrat zur Methanoxidation geeignet
Wesentlich höhere Methanabbauleistungen als natürliche, bindige Bodensubstrate !
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 31
Methanoxidationsschicht
Profil einer geeigneten Abdeckschicht
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 32
MethanoxidationsschichtenAnwendungsbereiche
- Altablagerungen (auch in Kombination mit in-situ 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 33
Ablagerungsverhalten von MBA-Material => neue Anforderungen an Deponietechnik
Höhere Einbaudichte 1,3 - 1,6 t/m³, kf-Wert 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, witterungsabhängigKein zu feuchtes Material (EinbauWG < ProctorWG)
Verringerte Gasproduktion (5 – 10% Restgas)
Gasabsaugung kaum möglich, passive Entgasung und Methanoxidation
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 34
GasemissionenGasproduktion 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)
Sickerwassergeringe Sickerwassermenge aufgrund der Dichte des
Abfallkörpers (geringer Kf-Wert!)
höherer Oberflächenabfluss (Deponieform)
Belastung des Sickerwassers an Stickstoff und CSB um 80% reduziert
Ablagerungsverhalten von MBA-Material
Geotechnisches Deponieverhalten
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 35
Ablagerungsverhalten von MVA-Schlacke => neue Anforderungen an Deponietechnik
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
Hohe Temperaturentwicklung bei Ablagerung frischer Schlacke
Belastung Basisdichtung (mineralische Dichtschicht)
Schlackealterung (Platzbedarf!)
Angepasstes Basisdichtungssystem
Studienjahr 2011/12 LVA 813.100 36
FRAGEN ??
Zeichnung: Erik Liebermann (1992)
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