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ABALLWIRTSCHAFT UND ABFALLENTSORGUNG

ABALLWIRTSCHAFT UND ABFALLENTSORGUNG. Deponietechnik I (sh.auch: Kommunale Abfallentsorgung/UTB Kap.2.5) L VA- Nr. 813.100 Studienjahr 2011/2012. 3. Barriere = Deponietechnik. 1. Barriere = innere Sicherheit = Abfallqualität. 2. Barriere = äußere Sicherheit = Standortqualität.

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ABALLWIRTSCHAFT UND ABFALLENTSORGUNG

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

  2. 3. Barriere = Deponietechnik 1. Barriere = innere Sicherheit = Abfallqualität 2. Barriere = äußere Sicherheit = Standortqualität Österreich: 3-Barrierenkonzept gemäß DVO 2008 – basierend auf DeponieRL 1990

  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

  4. Reaktorstrategie <=> Reststoffstrategie Reaktionsprozesse Finden IN der Deponie statt Finden VOR der Deponierung statt Emissionen können großteils während Behandlung gefaßt werden Emissionen können zum Teil nur schwer gefasst werden

  5. Deponietechnik = 3. Barriere • Erfassung und Überprüfung der von der Deponie ausgehenden Emissionen •  Basisdichtung •  Basisentwässerung •  Sickerwasserentsorgung •  Gassammel-/-entsorgungssystem  Oberflächenabdeckung

  6. SIWARückführung Wasserhaushalt S SIWA SIWA N = Niederschlag (Wasserzugabe) Ve = Evaporation Vt = Transpiration Ao = Oberflächenabfluss S = Speicherung R = Rückhalt Wb = biologischer Wasserbedarf/Verbrauch Wk = Konsolidation

  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

  8. 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

  9. 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 Auslaugprozesse mikrobieller Abbau Umbauprozesse Verlangsamt bis unterbunden verringert Sickerwasseranfall

  10. 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

  11. Alte Reaktordeponien Reststoff-/ Massenabfalldeponien Wasserzutritt notwendig Wasserzutritt weitgehend zu unterbinden Situation in Österreich „Alter Deponietyp“ Hausmülldeponie (= Reaktordeponie) in DVO alt nicht berücksichtigt => Verwaltungsschwierigkeiten und technische Fehlvorgaben!

  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

  13. Deponietypen gemäß DVO-Novelle 2008

  14. Regelaufbau Oberflächen-dichtung gemäß DVO für Reststoff- und Massenabfalldeponien Für Inertabfall- und Baurestmassendeponien: > 40 cm mineralische Dichtschicht Bewuchs m c Rekultivierungsschicht 0 5 > m c Flächenentwässerung 0 5 - 2 k 10 m/s f > Kunststoffdichtungsbahn 2,5mm m c mineralische Dichtungsschicht 60 - 9 mind. 2-lagig kf 10 m/s > m Gasdrainschicht (bei Massenabfalldeponien) c 0 3 (CaCO und MgCO < 30 %) > Alternative Dichtsysteme , v.a. in Böschungsbereichen sind zulässig => Gleichwertigkeitsnachweis 3 3 m c Ausgleichsschicht 0 5 Korn < 100 mm > Abfall

  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

  16. 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

  17. Kapillarsperre • Feinsandschicht über grobkörniger Schicht • Mindestgefälle erforderlich, • an Böschungen möglich

  18. Kapillarsperre Kapillarschicht Kohäsion > Adhäsion Kapillarblock

  19. Bentonitmatten vor und nach Wasseraufnahme

  20. Wasserhaushaltsschicht hohes Wasserspeichervermögen Gasverteilungsschicht Oberflächenabdeckung Wasserhaushaltsschicht (Evapotranspirationsschicht) Verzicht auf: Entwässerungsschicht Dichtungsschicht „offenes System“ hohe Transpirationsleistung Oberboden 0-50 cm Unterboden 50–200 cm GV 30 – 50 cm reduzierter Sickerwasseranfall mikrobielle Abbauprozesse

  21. 2001 Großtechnische Feldversuche - Wasserhaushaltsschichten 1999

  22. Gasbrunnen (vertikal) Gasdrainagen (horizontal) Kombinationen Gasfenster Gasgräben (vertikal) Abdeckschicht (horizontal) Kombinationen Energetische Verwertung Methanoxidation Abdeckschicht Biofilter Gasfenster Ableiten des Gases über Kieskörper in die Atmosphäre Gasfackel Biofilter Methanoxidation Gasentsorgung Aktiv Zwangsentgasung Passiv Konvektiv (geringster Widerstand)

  23. CO2 CH4 Diffusiver (Konzentrationsgefälle) Konvektiver (druckgetriebener) Transport 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 % 60% < 1% (geruchsintensive) Spurenstoffe

  24. Gasbrunnen >5.000 1.001 - 5.000 501 - 1.000 101 - 500 11 - 100 0,1 - 10 < 0,1 Gasbrunnen Methanemissionen bei GaserfassungFID-Kartierung ppmv CH4 FID-Vermessung (FlammenIonisationsDetektor) Qualitative Messmethode

  25. Deponiegasnutzung in Ö 150 – 200 m³ Gas/tkommunaler, 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

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

  27. CO2 Biologische Methanoxidation CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 210,8 kCal/mol + Biomasse exothermer Prozeß

  28. Temperatur Wassergehalt CO2 Gleichmäßige O2-Zufuhr CH4-Zufuhr Nährstoff-versorgung N, P, S,... Methanoxidation - Einflussfaktoren Gute Nährstoffverfügbarkeit Hohes Luftporenvolumen Hohe Wasserspeicherkapazität gute Temperaturisolierung

  29. 2 m > 1 . s s c h i c h t O x i d a t i o n G a s v e r t e i l u n g s s c h i c h t a r m G r o b s c h o t t e r , k a l k 0 . 5 m ( Z . B . Ø 1 6 / 3 2 m m ) s t e M ü l l s c h i c h t o b e r n v e r d i c h t e t u MethanoxidationsschichtenTechnischer Aufbau

  30. reifer Kompost 100 90 80 frischer Kompost 70 60 50 Methanoxidationsrate (%) 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 MethanoxidationKompost Reife Abfallkomposte mit grober Struktur sind sehr gut als Substrat zur Methanoxidation geeignet Wesentlich höhere Methanabbauleistungen als natürliche, bindige Bodensubstrate !

  31. Methanoxidationsschicht Profil einer geeigneten Abdeckschicht

  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

  33. Gasabsaugung kaum möglich, passive Entgasung und Methanoxidation Deponiegeometrie, Oberflächenabfluss fördern, Gasabsaugung kaum möglich Deponiegeometrie, Böschungsneigung, neue Einbautechniken, z.B. Dünnschichteinbau, witterungsabhängig Kein zu feuchtes Material (EinbauWG < ProctorWG) Ablagerungsverhalten von MBA-Material => neue Anforderungen an Deponietechnik Verringerte Gasproduktion (5 – 10% Restgas) Höhere Einbaudichte 1,3 - 1,6 t/m³, kf-Wert ca. 10-7 bis 10 -8 m/s Verändertes Sackungs- und Setzungsverhalten, veränderte Standsicherheit (Faserkohäsion fehlt, verringerte Zugspannung)

  34. 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

  35. Belastung Basisdichtung (mineralische Dichtschicht) • Schlackealterung (Platzbedarf!) • Angepasstes Basisdichtungssystem Deponiegeometrie Versagen der Drainageleitungen => bessere Kontroll- und Revisionsmöglichkeiten Ablagerungsverhalten von MVA-Schlacke => neue Anforderungen an Deponietechnik Hohe Temperaturentwicklung bei Ablagerung frischer Schlacke Höhere Einbaudichte ca. 1.8 – 2.0 t/m³ Salzfracht und Temperatur führen zu Ausfällungen im SIWA-System

  36. FRAGEN ?? Zeichnung: Erik Liebermann (1992)

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