ABALLWIRTSCHAFT UND ABFALLENTSORGUNG Deponietechnik I (sh.auch: Kommunale Abfallentsorgung/UTB Kap.2.5) LVA-Nr. 813.100 Studienjahr 2011/2012

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


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


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


Deponietechnik = 3. Barriere

Erfassung und Überprüfung der von der Deponie ausgehenden Emissionen

Basisdichtung Basisentwässerung

Sickerwasserentsorgung Gassammel-/-entsorgungssystem

Oberflächenabdeckung


Wasserhaushalt

SIWA SIWA

S

SIWARückführung

N = Niederschlag (Wasserzugabe) Ve = Evaporation

Vt = Transpiration Ao = Oberflächenabfluss

S = Speicherung R = Rückhalt

Wb = biologischer Wasserbedarf/Verbrauch Wk = Konsolidation


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


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


Deponieabschluss

Oberflächenabdeckung Oberflächenabdichtungist fallweise Teil der Abdeckung

OberflächendichtungDepVO fordert für Deponie (außer Bodenaushubdep.) oder fertig geschütteten Deponieabschnitt Oberflächenentwässerung

Oberflächendichtung (auch Wasserhaushaltsschicht)

verringert Sickerwasseranfall

Auslaugprozessemikrobieller Abbau

Umbauprozesse

Verlangsamt bis unterbunden

Oberflächenentwässerung Oberflächendichtung


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


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


Einflüsse auf Abdichtung

UmwelteinflüsseVerformung der Deponie

- chemische Einwirkungen: Deponiegas - Frost- Durchfeuchten - Austrocknen- Erosion- Durchwurzelung- Verformung u. Setzung

Durch Kombination von Materialien (Kombi-Dichtung) sollen Schwachstellen aufgehoben werden


Deponietypen gemäß DVO-Novelle 2008EU Österreich (DVOalt) Ö – DVOneu (§4)

Deponie für Inertabfälle

Bodenaushubdeponie BodenaushubdeponieInertabfalldeponieBaurestmassen-deponie

Deponie für nicht

gefährliche Abfälle

Massenabfalldeponie Baurestmassen-deponie

ReststoffdeponieReststoffdeponie

MassenabfalldeponieDeponie für gefährliche

Abfälle

keine

Untertagedeponie


> 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 DVOfür Reststoff- und Massenabfalldeponien

Für Inertabfall- und Baurestmassendeponien:> 40 cm mineralische Dichtschicht

Alternative Dichtsysteme , v.a. in Böschungsbereichen sind zulässig => Gleichwertigkeitsnachweis


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


Kapillarsperren (Böschungsbereich, > 10°) - Feinkörnige Kapillarschicht

- Grobkörniger KapillarblockBentonitmattenAsphaltdichtungen

„Wasserhaushaltsschicht“ in entsprechender Stärke aus Material mit hoher Wasserspeicherkapazität kombiniert mit Vegetation mit hoher Transpirationsleistung wenn „Dichtwirkung“ (< 5% des JahresNS) erreicht wird

Alternative Oberflächendichtungen:


Kapillarsperre

Feinsandschicht über grobkörniger Schicht

Mindestgefälle erforderlich, an Böschungen möglich


Kapillarsperre

KapillarschichtKohäsion > Adhäsion

Kapillarblock


Bentonitmatten

und nach Wasseraufnahmevor


Oberflächenabdeckung Wasserhaushaltsschicht (Evapotranspirationsschicht)

Verzicht auf: EntwässerungsschichtDichtungsschicht

„offenes System“

Wasserhaushaltsschicht hohes

WasserspeichervermögenGasverteilungsschicht

mikrobielle Abbauprozesse

reduzierter Sickerwasseranfall

hohe Transpirations

leistung

Oberboden 0-50 cmUnterboden 50–200 cm

GV 30 – 50 cm


Großtechnische Feldversuche - Wasserhaushaltsschichten

1999 2001


Gasentsorgung

AktivZwangsentgasung

PassivKonvektiv (geringster Widerstand)

Gasbrunnen (vertikal)

Gasdrainagen (horizontal)

Kombinationen

Gasfackel

Energetische Verwertung

BiofilterMethanoxidation

GasfensterGasgräben (vertikal)

Abdeckschicht (horizontal)Kombinationen

MethanoxidationAbdeckschicht BiofilterGasfenster

Ableiten des Gases über

Kieskörper in die Atmosphäre


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


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 53 5 0 . 9 5

1 3 4

3 5 1 .0 8

1 3 33 5 1 .2 0

1 3 2

3 5 1 . 7 0

6

3 4 5 .9 3

9

3 4 6 . 7 47

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 03 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 53 5 0 . 9 5

1 3 43 5 1 . 0 8

1 3 33 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 93 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 33 5 1 . 5 9

2 1

3 5 0 . 8 9

1 8

3 5 0 .3 7

6

3 4 5 .9 3

43 4 4 . 1 1

1 43 5 0 . 9 2

1 3

3 5 0 . 9 9

1 2

3 5 1 . 0 21 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 83 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 nG 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


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 Entgasungca. 23 Deponien mit Gasnutzung

=> ca. 43,3 Mio m³ Deponiegas erfasstca. 34,5 Mio m³ Deponiegas verwertet (47,9 Mio kWh)= < 0,5 % des Gesamtgasverbrauches

= 0,05% des Bruttoenergiebedarfs


Depponiegasverwertung in Österreich 2002 -2007 (UBA/ Lampert & Schachermayer, 2008)


Biologische Methanoxidation

CO2

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 210,8 kCal/mol + Biomasse exothermer Prozeß


CO2

Methanoxidation - Einflussfaktoren

Gute NährstoffverfügbarkeitHohes LuftporenvolumenHohe Wasserspeicherkapazitätgute Temperaturisolierung

Temperatur

Wassergehalt

Gleichmäßige O2-Zufuhr CH4-Zufuhr

Nährstoff-versorgung

N, P, S,...


MethanoxidationsschichtenTechnischer Aufbau

>1.2 m

0.5 m

Oxidationsschicht

oberste Müllschichtunverdichtet

Grobschotter, kalkarm(Z.B. Ø 16 /32 mm)Gasverteilungsschicht


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

hano

xida

tions

rate

(%)

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 !


Methanoxidationsschicht

Profil einer geeigneten Abdeckschicht


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


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


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


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


FRAGEN ??

Zeichnung: Erik Liebermann (1992)

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