Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø by Hans Henrik Halvbjørn

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø 12203 FAGPROJEKT – BACHELOR I MILJØTEKNOLOGI

Hans Henrik Jørgensen (s113340) Monika Margrethe Skadborg (s113321) Rune Skovsø Møller (s113323) DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET | KGS. LYNGBY | 15. JULI 2013

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Sammenfatning Formålet med dette projekt har været at bestemme oxidationseffektiviteten af biofiltret på AV Miljø. Biofilteret er et 41,8 m langt, 12 m bredt og 80-95 cm dybt lag kompost, hvor metan fra deponigas oxideres til kuldioxid. Biofiltret på AV Miljø er tilkoblet tre af AV Miljøs perkolatbrønde, hvorfra deponigas ledes ind i en fordelingsbrønd og videre i biofilteret. Deponigas dannes ved anaerob nedbrydning af organisk affald og indeholder 55-60 % metan. Deponigas giver anledning til en række miljø- og sikkerhedsmæssige risici for deponier, herunder brandog eksplosionsfare samt bidrag til klimabelastningen i form af udledning af metan og kuldioxid til atmosfæren. Normalt afværges brandog eksplosionsfare ved at udlede metan direkte til atmosfæren. På AV Miljø sker dette gennem perkolatbrønde, da deponigas lettest trænger gennem deponiet her. Dette giver dog stadig anledning til en klimabelastning, hvorfor man ønsker at installere en teknologi til håndtering af metan. Et biofilter er netop en af disse teknologier, idet det har evnen til at oxidere metan til kuldioxid, som er mindre klimabelastende. Oxidationen foretages af metanotrofe bakterier, som kræver ilt og trives bedst under visse miljømæssige forhold. Til at undersøge oxidationseffektiviteten af AV Miljøs biofilter er der anvendt screeninger og statiske fluxkammermålinger. Screeningerne har haft til formål at forhåndsundersøge fluxfordelingen over biofiltrets overflade. Dermed var det intentionen at afdække, hvor på filteret der findes hotspots, og dermed hvor der er behov for ekstra fluxkammermålinger. Screeningsudstyret har dog været ustabilt under målingerne, hvorfor der er opnået resultater, som i kun i ringe omfang har været brugbare. Derfor har resultaterne også været brugt i mindre omfang. Fluxkammermålinger har haft til formål at give et samlet estimat af den totale flux af kuldioxid og metan over biofiltret samt fordelingen af disse. Fluxkammermålingerne har vist sig stabile og har givet brugbare resultater. Resultater fra screeninger og fluxkammermålinger er behandlet i Excel, hvorefter der er fremstillet kort i Surfer og den samlede flux er estimeret i MATLAB. Ud af de fem foretagne målekampagner har oxidationseffektiviteten i et enkelt tilfælde været 85-90 % og i de resterende tilfælde været mellem 95 og 99 %. Totalt giver dette et gennemsnittelig effektivitet på 96 % svarende til 72 ton CO2-eq eller 9 personækvivalenter om året. Denne stabile, høje effektivitet er observeret trods svingende indløbsmængder, hvorfor filterets fulde potentiale måske ikke udnyttes. Svingningerne i effektiviteten kan skyldes forandringer i vejrforholdene. Der er observeret en tendens til korrelation mellem tryk og effektivitet samt temperatur og effektivitet, hvor effektiviteten har et maksimum ved en temperatur på 8 ˚C og effektiviteten stiger lineært med atmosfæretrykket. Korrelationerne er dog usikre, hvorfor yderligere studier er påkrævede for at validere dem. Som nævnt er biofiltre blot én mulig teknologi til håndtering af deponigas. En anden teknologi til samme formål er opsamlings- og afbrændingsanlæg. Det er fundet, at et sådan anlæg med samme kapacitet som biofiltret på AV Miljø ville koste 47-72 gange mere end biofiltret. Derfor er biofiltre den mest omkostningseffektive teknologi af de to. Dette betyder, at biofiltre ofte er at foretrække, hvilket også kan være tilfældet i udviklingslande. For at kvantificere teknologien yderligere foreslås det at undersøge filteret med dynamiske fluxkammermålinger, da det vil mindske de fejlkilder, der er observeret. Ligeledes foreslås det at undersøge filteret over en længere tidsperiode, hvor der er større miljømæssige variationer, hvorfor det vil være muligt at kvantificere dette yderligere.

Side I

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Abstract The purpose of this project has been to establish the oxidation efficiency of the biofilter at AV Miljø, Denmark. The biofilter is a 41.8 m long, 12 m wide and 80-95 cm deep layer of compost where methane from landfill gas can be oxidised to carbon dioxide. The biofilter is connected to three of AV Miljø’s leachate wells. The landfill gas is transported from these wells through a mixing chamber and into the biofilter. When organic waste is decomposed under anaerobic conditions, landfill gas is created. Landfill gas contains 55-60 % methane and constitute a series of safety risks and environmental risks for the landfill. This includes risks of fire, explosion and climate impact due to emission of methane and carbon dioxide to the atmosphere. The risks of fire and explosion are often avoided by letting the methane escape directly into the atmosphere. At AV Miljø, this happens through leachate wells, which is the preferred pathway for landfill gas. However, this does not avoid the climate impact, which calls for installation of technologies to tackle this issue. One of such technologies is a biofilter, which has the ability to oxidise methane to carbon dioxide leading to a smaller climate impact. The oxidation is done by methanotrophs requiring oxygen and they prefer certain environmental conditions. Surface screenings and static flux chamber measurements have been conducted to study the oxidation efficiency of the biofilter at AV Miljø further. The purpose of the screenings have been to pre-study the flux distribution across the surface of the biofilter. The intention was to predict the location of hot spots and assign extra flux chamber measuring points according to this knowledge. However, the screening equipment proved to be unstable during the measurements, leading to less usable results. This has meant that the results have not been used as much as planned. The purpose of the flux chamber measurements have been to estimate the total flux of methane and carbon dioxide and the flux distribution. The results from the screenings and flux chamber measurements have been processed in Excel, after which maps have been created in Surfer and the total flux has been estimated in MATLAB. During the five measuring campaigns the oxidation efficiency has in one case been 85-90 % and in the remaining cases between 95 and 99 %. In total, the mean efficiency is 96 %, equivalent to 72 tons of CO2-eq per year. Despite the changing inlet loads, a stable and high oxidation efficiency has been observed. This could mean that the full potential of the biofilter is not exploited. The changes of the efficiency may be due to changing weather conditions but further studies are required. However, a correlation between atmospheric pressure and efficiency has been observed where the efficiency grows linearly with the pressure. In addition, a correlation between the atmospheric temperature and the efficiency has been observed. This correlation suggests that the efficiency is highest around eight centigrade and decreasing with changing temperatures. However, the correlations are uncertain, which makes further studies necessary. As mentioned, biofilters are just one of many technologies to manage landfill gasses. Another such technology (collection and burning plants) has been found 47-72 times more expensive than a biofilter with the same capacity. This means that a biofilter is preferable compared to this technology. To quantify the technology of biofilters further it is suggested to do dynamic flux chamber measurements. This will reduce the observed sources of error. Furthermore, it is suggested to study the biofilter over a longer period of time to observe larger environmental variations and the impact of these.

Side II

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Forord Denne rapport er skrevet som afrapportering for kursus 12203, Fagprojekt – Bachelor i Miljøteknologi, på Danmarks Tekniske Universitet, Institut for Vand og Miljøteknologi, DTU Miljø. Projektet er udarbejdet i 13- og 3-ugers perioderne i foråret/sommeren 2013 under vejledning af docent Peter Kjeldsen, lektor Charlotte Scheutz, cand.polyt. Filippo Cassini, Ph.d.-studerende Zishen Mou samt tekniker Bent Henning Skov (alle ved DTU Miljø, Residual Ressources Engineering). Rapporten er derudover skrevet i forbindelse med et pilotprojekt mellem DTU Miljø og AV Miljø om installation af et biofilter til at reducere metanudledningen fra AV Miljøs deponier. Rapporten er derfor skrevet til AV Miljø, forskere ved DTU Miljø samt tekniske studerende med almen interesse inden for emnet. En særlig tak rettes mod vores vejledere for fyldestgørende vejledning og praktisk hjælp. Ligeledes takkes Eva Eriksson, lektor ved DTU Miljø, Environmental Chemistry and Microbiology, for overordnet kursuskoordinering. Selve opgavens omfang er 47 normalsider eksklusive bilag, indholdsfortegnelse, etc. Alle i gruppen har bidraget ligeligt til arbejdet.

DTU Miljø, Kongens Lyngby, 15. juli 2013

Hans Henrik Jørgensen (s113340)

Monika Margrethe Skadborg (s113321)

Rune Skovsø Møller (s113323)

Side III

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Indholdsfortegnelse 1.

Formål og baggrund for projektet ....................................................................................................1 1.1.

Introduktion til problemet ...................................................................................................... 1

1.2.

Formål med pilotprojektet ...................................................................................................... 2

1.3.

Afgrænsning og problemformulering ...................................................................................... 5

1.4.

Teknisk beskrivelse af biofilteret på AV Miljø ......................................................................... 6

Teoretisk baggrund...........................................................................................................................8 2.1.

Metan og klimaændringer ....................................................................................................... 8

2.2.

Metandannelse i affald............................................................................................................ 9

2.3.

Metanoxidation i kompost .................................................................................................... 10

2.3.1. 2.4. 3.

Massebalance i biofilteret ..................................................................................................... 13

Metoder og materialer ...................................................................................................................14 3.1.

Feltundersøgelser .................................................................................................................. 15

3.1.1.

Gridinddeling ................................................................................................................. 15

3.1.2.

Bestemmelse af LFG-sammensætning ved filterets indløb........................................... 15

3.1.3.

Overfladescreening ....................................................................................................... 16

3.1.4.

Statisk fluxkammermåling ............................................................................................. 16

3.1.5.

Sikkerhed i feltarbejdet ................................................................................................. 17

3.2.

Måleudstyr ............................................................................................................................ 17

3.2.1.

Infrared Biogas Monitor 5000 (IR) ................................................................................. 17

3.2.2.

Flame Ionization Detector Thermo TVA-1000 (FID) ...................................................... 18

3.2.3.

Vaisala CARBOCAP Hand-Held Carbon Dioxide Meter (CARBOCAP)............................. 18

3.2.4.

INNOVA 1312 Photoacoustic Multi-Gas Monitor (INNOVA) ......................................... 19

3.2.5.

WS-3650 Vejrstation ..................................................................................................... 19

3.3.

Optimale betingelser og nedbrydningshastighed ......................................................... 11

Anvendt software .................................................................................................................. 20

3.3.1.

Surfer 8 .......................................................................................................................... 20

3.3.2.

MATLAB (version R2012b) ............................................................................................. 21

Databehandling ..............................................................................................................................22 4.1.

Bestemmelse af standardafvigelser ...................................................................................... 22

4.2.

Bestemmelse af indløbsmængder......................................................................................... 22

4.3.

Bestemmelse af fluxe fra målepunkter ................................................................................. 24

4.4.

Omregning af fluxe fra målepunkter ..................................................................................... 27

Side IV

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

4.5. 5.

Bestemmelse af total flux og oxidationseffektivitet ............................................................. 28

Resultater og diskussion .................................................................................................................30 5.1.

Første målekampagne (M1) .................................................................................................. 32

5.1.1. 5.2.

Fejlkilder ved M1 ........................................................................................................... 33

Anden målekampagne (M2) .................................................................................................. 34

5.2.1.

Fejlkilder ved M2 ........................................................................................................... 36

5.3.

Tredje målekampagne (M3) .................................................................................................. 36

5.4.

Fjerde målekampagne (M4) .................................................................................................. 38

5.5.

Femte målekampagne (M5) .................................................................................................. 39

5.5.1.

Fejlkilder ved M5 ........................................................................................................... 41

5.5.2.

Forsøg med inert sporgas (freon134a) .......................................................................... 42

5.6.

Fejlkilder og usikkerheder ..................................................................................................... 43

5.7.

Samlet diskussion samt vurdering af årlig miljøbesparelse .................................................. 45

5.7.1. 5.8.

Beregning af respiration ................................................................................................ 47

Vejrets betydning for effektiviteten ...................................................................................... 48

5.8.1.

Vindhastighed ................................................................................................................ 48

5.8.2.

Temperatur.................................................................................................................... 49

5.8.3.

Atmosfærisk tryk ........................................................................................................... 51

5.8.4.

Nedbør ........................................................................................................................... 52

5.9.

Mulige forbedringer af filteret .............................................................................................. 53

Økonomisk perspektiv ....................................................................................................................54

Forslag til videre arbejde ................................................................................................................56

Konklusion ......................................................................................................................................57

Symbolliste .............................................................................................................................................60 Referencer ..............................................................................................................................................61

Side V

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Figuroversigt Figur 1: Forskellige sikkerhedsmæssige og miljømæssige risici ved et affaldsdeponi. ............................2 Figur 2: Perkolatbrønd, som de ser ud på AV Miljø. Denne perkolatbrønd er ikke tilkoblet biofilteret..3 Figur 3: Metanudledning fra deponi over tid samt andel af dette der opsamles til afbrænding (HuberHumer, et al., 2008)..................................................................................................................................4 Figur 4: Kort over feltlokaliteten på AV Miljø. Det brune felt angiver biofilterets placering, de blå firkanter er perkolatbrøndene, hvor pumperne er installeret, og den grønne prik er fordelingsbrønden (Anon., 2011). Nord er op på figuren. .......................................................................6 Figur 5: Placeringen af fordelingsrørene i biofilteret på AV Miljø. ..........................................................6 Figur 6: Tværsnit af opbygningen af langsiden af biofilteret på AV Miljø. De blå cirkler i rørene angiver tværgående rør. .......................................................................................................................................7 Figur 7: De tre trin i nedbrydningen af det organiske materiale under anoxiske forhold. ......................9 Figur 8: Nedbrydningen af stivelse til monosakkaridet glukose er et eksempel på hydrolyse af komplicerede molekyler til mindre og lettere nedbrydelige molekyler (Held, 2012). ............................9 Figur 9: De forskellige trin i oxidationsprocessen ved oxidation af metan i kompost. ..........................10 Figur 10: Nedbrydningsrater for metan og kuldioxid. Iltkoncentrationen viser betingelserne for respiration (De Schoenmaeker, 2013). ..................................................................................................11 Figur 11: Massebalance for kulstof i biofilteret. Fluxe gennem siderne af filteret samt kulstoffixering i biomassen vurderes negligeabelt. Det gør respirationen derimod ikke (se afsnit 5.6). Filteret er tilnærmelsesvis en PFR. ..........................................................................................................................13 Figur 12: Fordeling af målepunkter samt ruter til statisk fluxkammermetode samt screeninger. ........15 Figur 13: Forsøgsopstillingen ved statisk fluxkammermetode...............................................................16 Figur 14: Funktionsdiagram for FID (EQUIPCO, u.d.). ............................................................................18 Figur 15: Funktionsdiagram for CARBOCAP (Vaisala, 2009)...................................................................18 Figur 16: Grid-filen, som danner grundlag for kortet over metan-flux ved M1 .....................................21 Figur 17: Graf for B-10, M1, hvor det første punkt for metan afviger signifikant, og derfor bør udelades fra databehandling..................................................................................................................24 Figur 18: Målepunktet C-6, hvor det tydeligt ses, at grafen flader ud, så fluxen ikke bliver retvisende. ..............................................................................................................................................25 Figur 19: Målepunkt C-6 ved målekampagne M5, efter udvælgelse af data. Bemærk ændringen i de lineære regressioner i forhold til Figur 18. .............................................................................................26 Figur 20: Målepunkt B-10 ved målekampagne 1, efter udvælgelse af data. Uden det "skæve" punkt passer regressionerne bedre, hvilket kan ses på R2-værdien. ...............................................................26 Figur 21: Farvekort over fluxmålinger foretaget ved første målekampagne, M1. Bemærk, at fordelingskammeret er syd for filteret (dvs. nederst på figuren). Der kunne ikke foretages screeninger ved denne målekampagne. ....................................................................................................................32 Figur 22: Farvekort over screeninger foretaget ved anden målekampagne, M2. .................................34

Side VI

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Figur 23: Farvekort over fluxmålinger foretaget ved anden målekampagne, M2. Den lilla ring på metan-kortet markerer målepunktet D,E 10, som er blevet nedsat til 10 % af sin oprindelige værdi for at modvirke overvurdering af værdien i de øvrige punkter i den videre databehandling. ....................35 Figur 24: Farvekort over screeninger foretaget ved tredje målekampagne, M3. ..................................36 Figur 25: Farvekort over fluxmålinger foretaget ved tredje målekampagne, M3. ................................37 Figur 26: Farvekort over screeninger foretaget ved fjerde målekampagne, M4. ..................................38 Figur 27: Farvekort over fluxe ved fjerde målekampagne, M4. .............................................................39 Figur 28: Farvekort over screeningen ved M5. Der kunne ved denne målekampagne kun foretages kuldioxid-screening. ...............................................................................................................................39 Figur 29: Farvekort over resultaterne fra fluxkammermålingerne ved M5. ..........................................40 Figur 31: Vejrforholdene op til M5 havde givet optimale forhold for plantevækst. Her er planterne ca. 20 cm høje. Efterfølgende er planterne vokset til ca. 150 cm. ..............................................................41 Figur 32: Målepunkt D,E-10, hvor der tidligere er observeret et hotspot (M2 og M4). Her ses ikke så kraftig plantevækst som på resten af filteret.........................................................................................41 Figur 30: Farvekort over fluxen af freon134a ved M5 (databehandling lavet af Filippo Cassini, 2013).......................................................................................................................................................42 Figur 33: Vindhastigheden og effektiviteten ved de fem målekampagner............................................49 Figur 34: Temperaturen og effektiviteten ved de fem målekampagner................................................50 Figur 35: Trykket og effektiviteten ved de fem målekampagner. Der ses en tydelig lineær sammenhæng mellem de første fire punkter, hvorefter kurven begynder at tangere mod de 100 %. 51

Side VII

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Side VIII

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

Tabeloversigt Tabel 1: Eksempler pĂĽ fermentering. .....................................................................................................10 Tabel 2: Eksempler pĂĽ metanogenese. ..................................................................................................10 Tabel 3: Nedbrydningskinetik i PFR (Nazaroff & Alvarez-Cohen, 2001). ................................................12 Tabel 4: MĂĽleintervaller og prĂŚcision af IR. Oversat fra (Cassini, 2013). ..............................................17 Tabel 5: Usikkerheder og mĂĽleintervaller for vejrstationen (La Crosse Technology, u.d.). ...................19 Tabel 6: RĂŚkkerne 1-11 af 5.021.381 rĂŚkker fra grid-filen for metan-flux ved M1. Kolonnen A angiver x-koordinaten, B angiver y-koordinaten og C angiver z-koordinaten (fluxen). Enheden af vĂŚrdierne i kolonnerne A og B er m, hvor vĂŚrdierne i kolonne C har enheden đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x2018;Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x161;2. Antallet af betydende cifre angiver ikke prĂŚcisionen, men illustrerer udelukkende, hvor mange betydende cifre programmet regner med........................................................................................................................20 Tabel 7: Gennemsnitlige determinationskoefficienter for fluxmĂĽlinger. BemĂŚrk, at nogle af standardafvigelserne giver en Ă¸vre grĂŚnse for determinationskoefficienten, der er over 1,00. Dette kan aldrig vĂŚre tilfĂŚldet, hvorimod den nedre grĂŚnse er reel. ............................................................27 Tabel 8: TĂŚnkt eksempel pĂĽ en .dat-fil, som benyttes til regneeksempel til validering af MATLABmetode. ..................................................................................................................................................28 Tabel 9: Datoerne for mĂĽlekampagnerne. Alle mĂĽlinger er foretaget i 2013. .......................................30 Tabel 10: Oversigt over kategorier, som benyttes i resultattolkningen af fluxmĂĽlingerne. ..................31 Tabel 11: Samlet oversigt over resultaterne fra emissionsmĂĽlinger. đ?&#x153;&#x201A; er oxidationseffektiviteten og đ?&#x203A;˝er den samlede reduktion i drivhusgasbelastning. đ?&#x153;&#x17D; er standardafvigelsen. ......................................45 Tabel 12: Resultater fra mĂĽlekampagne foretagen d. 25. januar 2013 (Cassini, 2013). ........................46 Tabel 13: Temperatur, respirationens rate og respiration i de forskellige lag af biofiltret ved M4. Respirationsraterne er fundet af (De Schoenmaeker, 2013). ................................................................48 Tabel 14: Temperaturer i dybden af biofilteret ved hver mĂĽlekampagne. ............................................49 Tabel 15: Omkostninger ved etablering af biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸ (Kjeldsen, 2013).................................54 Tabel 16: Omkostninger ved etablering af opsamlings- og afbrĂŚndingsanlĂŚg til samme kapacitet som biofilteret pĂĽ AV MiljĂ¸ (Willumsen, 2004)..............................................................................................55

Side IX

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Formål og baggrund for projektet

Dette projekt omhandler metanudledninger fra et affaldsdeponi og hvordan disse kan mindskes ved hjælp af et biofilter bestående af kompost. I afsnit 1 beskrives de problemer, der knytter sig til dannelsen af metan i affaldsdeponier, samt formålet med at undersøge biofilter-teknologien som en mulig løsning på disse problemer. Derudover beskrives det konkrete biofilter, der danner grundlag for feltundersøgelserne i dette projekt. I afsnit 2 beskrives det teoretiske grundlag for projektet, herunder grunden til, at det er ønskeligt at oxidere metan til kuldioxid samt kulstof-massebalancen, der danner grundlag for beregningerne under databehandling. Desuden beskrives overordnet de biologiske mekanismer bag dannelse og nedbrydning af metan. I afsnit 3 beskrives metoderne i feltarbejdet samt måleudstyret og den anvendte software. Derudover beskrives sikkerhedshensyn i arbejdet, metoder i kildeanvendelse samt de usikkerheder, der er forbundet med måleresultaterne. I afsnit 4 beskrives beregningsmetoderne i databehandlingen. Herunder beskrives kriterierne for udvælgelse af de datapunkter, som giver det bedste estimat af udledningerne i hvert målepunkt. I afsnit 5 diskuteres resultaterne fra de enkelte målekampagner set i forhold til hinanden samt vejrforholdene. På baggrund af dette gives et estimat af den samlede årlige miljøbesparelse, som filteret giver AV Miljø, samt en række forslag til fremtidige forbedringer af teknologien. I afsnit 6 perspektiveres der til en anden teknologi til håndtering af deponigas, afbrænding, med sammenligning af de økonomiske omkostninger ved de to teknologier. Sluttelig gives i afsnit 7 en række forslag til videre undersøgelser.

1.1.

Introduktion til problemet

I forbindelse med nedbrydningsprocessen af affaldet på deponier, som vil blive beskrevet i afsnit 2.2, dannes deponigas (af hensyn til international nomenklatur forkortet LFG), som normalt indeholder 5560 % metan (Scheutz, et al., 2009). Der er flere problematikker forbundet med dannelsen af metan. På Figur 1 illustreres de forskellige sikkerhedsmæssige og miljømæssige risici, der er forbundet med affaldsdeponier. Dette projekt fokuserer på løsningen af de problemer, der er markeret med orange. Figuren er fremstillet med udgangspunkt i oplysninger fra tidligere studier (Cassini, 2013). Dels er der en fare for selvantændelse, og dels er der klimabelastning forbundet med udledningen af LFG. Faren for selvantændelse opstår, idet oxidation af metan er en exoterm proces, hvilket kan resultere i så høje temperaturer, at affaldet selvantændes (Lund, 2008). Dette giver dels sikkerhedsmæssige problemer i form af f.eks. giftig røg og en risiko for, at metanophobninger i affaldet eksploderer. Dette er et problem, når metanen forbliver i deponiet. Trænger det derimod op gennem affaldet og udledes til atmosfæren giver det et problem ift. klimabelastningen (se afsnit 2.1). På verdensplan er det estimeret, at der hvert år udledes mellem 35 og 69 mio. ton metan fra affaldsdeponier ud af en total udledning på 600 mio. ton (Scheutz, et al., 2009).

Side 1 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Figur 1: Forskellige sikkerhedsmæssige og miljømæssige risici ved et affaldsdeponi.

Problemet med mulig selvantændelse kan løses ved den relativt simple teknologi at lave åbninger, hvor metanen kan sive ud - f.eks. ved at installere vertikale rør, der er åbne mod atmosfæren. Dette løser dog ikke problemet med klimabelastningen, hvorfor yderligere teknologier må installeres. Enten kan metanen afbrændes direkte på lokaliteten enten med eller uden udnyttelse af varmen, eller metanen kan opsamles til senere afbrænding. Er dette ikke rentabelt, kan et biofilter installeres til at sikre kontrolleret oxidation af metanen til kuldioxid i stedet. Det sidste er netop tilfældet på deponiet AV Miljø, hvor dette projekt har sit udgangspunkt.

1.2.

Formål med pilotprojektet

Affaldsdeponiet på AV Miljø er anlagt i 1992 og modtager blandet affald med lavt organisk indhold (Cassini, 2013). Biofilteret på AV Miljø er et pilotprojekt, der har til formål at være ”laboratorium” for forskning inden for biofilter-teknologien. Filteret er anlagt i 2012 i et samarbejde mellem Danmarks Tekniske Universitet og AV Miljø og er blevet brugt i en række projekter ved DTU Miljø. Det primære formål med filteret er forskning, og miljøgevinsten, som AV Miljø opnår ved installationen, er sekundær. I det følgende redegøres for, hvorfor man finder det relevant at foretage forskning i biofilter-teknologien. Der er flere gode grunde til, at man finder det nødvendigt at forske i biofiltetre for at optimere teknologien. Disse er både økonomiske og samfundsmæssige grunde samt naturligvis miljøhensyn. Før pilotprojektet havde AV Miljø ikke nogen teknologi til at behandle LFG. Gassen blev lukket ukontrolleret ud i atmosfæren gennem perkolatbrønde, som vist på Figur 2. Perkolatbrøndene var oprindelig tænkt udelukkende som en måde at håndtere perkolatet i affaldet på, men viste sig at være en vej, hvor det var let for metan at løbe igennem, hvorfor de var kilde til emissioner. Tre af disse brønde er blevet tilkoblet et biofilter, hvorved projektet kan give en miljøgevinst på AV Miljø, foruden at det kan bidrage med viden til at optimere processerne andre steder.

Side 2 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Figur 2: Perkolatbrønd, som de ser ud på AV Miljø. Denne perkolatbrønd er ikke tilkoblet biofilteret.

Opsamling og afbrænding af LFG er ikke en 100 % effektiv teknologi, hvilket fremgår af Figur 3. Den største metanudledning fra et deponi sker umiddelbart efter at affaldet er deponeret, hvorefter udledningerne mindskes over tid. Idet det tager tid at implementere et anlæg til at opsamle og afbrænde gassen, udledes der således en betragtelig andel af metanen direkte til atmosfæren i opstartsfasen. I den efterfølgende tid ligger effektiviteten af opsamling og afbrænding på mellem 3590 %, hvor de 90 % dog først opnås i den sene fase, hvor den samlede gasudledning er lav (Cassini, 2013). Resten af den udledte metan siver op igennem eksempelvis sprækker og perkolatsystemet ved såkaldt diffus udledning. Biofiltre har den fordel at kunne implementeres relativt hurtigt og at kunne behandle udledningerne fra perkolatbrønde (som er tilfældet ved pilotprojektet fra AV Miljø), hvorved der oxideres metan, der ellers ville være blevet udledt direkte til atmosfæren. Anvendes biofiltre som supplement til de eksisterende teknologier, vil man dermed kunne minimere det samlede udslip.

Side 3 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Figur 3: Metanudledning fra deponi over tid samt andel af dette der opsamles til afbrænding (Huber-Humer, et al., 2008).

På gamle deponier, hvor udledningen har nået et lavt niveau, er det ikke økonomisk rentabelt at opsamle gassen. Dog kan dette lave niveau af LFG udslip opretholdes så længe, at det samlet set er en betydelig udledning. Derfor er der et potentiale for miljøbesparelser ved at installere biofiltre på sådanne deponier. På baggrund af et EU-direktiv er mængden af deponeret bionedbrydeligt husholdningsaffald i Europa i 2013 faldet til 35 % af 1995-niveau (Europarådet, 1999). Derfor vil det i fremtiden muligvis ikke længere være rentabelt at opsamle og afbrænde biogas fra affaldsdeponier grundet den markant mindre mængde gas. Derfor er det nødvendigt at finde alternativer til, hvordan gassen kan behandles, således at de i afsnit 1.1 omtalte sikkerhedsmæssige og miljømæssige problemer fortsat kan imødegås. I udviklingslande vil det ofte ikke være økonomisk eller praktisk muligt at indsamle og udnytte biogassen fra de deponier, der ellers er meget udbredte (genbrug, sortering og afbrænding er endnu ikke løsninger, der har vundet stor udbredelse). Derfor bliver man nødt til at udvikle en teknologi, der er så billig og effektiv, at den kan implementeres selv på steder, hvor man af socioøkonomiske eller kulturelle årsager ikke er villig til at betale meget for miljøhensyn, men dog er villig til at tage et sikkerhedshensyn. Man vil i udviklingslande næppe være tilbøjelig til betale meget ekstra for en miljøvenlig løsning, men man vil i stedet blot at installere rør, der udleder metanen direkte, således at eksplosionsfare og lignende problemer undgås, om end dette ikke løser problemet med miljøbelastning. Udvikling af effektive og ikke mindst omkostningseffektive løsninger er her essentielt for, om teknologien vil blive implementeret. Her har biofiltre den fordel, at de er væsentligt billigere end opsamling med efterfølgende afbrænding (se afsnit 6).

Side 4 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

For at kunne arbejde mod den ovenfor nævnte optimering af en teknologi, som der efter al sandsynlighed vil være et stort potentiale i fremtiden, er det nødvendigt med gode og pålidelige metoder til monitorering af systemerne. Derfor har en del af formålet med pilotprojektet på AV Miljø også været at afprøve forskellige målemetoders anvendelighed i forhold til at bestemme biofilterets oxidationseffektivitet (Cassini, 2013). Herunder har der været et fokus på at undersøge, hvordan eksterne påvirkninger såsom vejrforhold har betydning for biofilteret og for de målinger, man kan udføre på det.

1.3.

Afgrænsning og problemformulering

Da dette projekt omhandler pilotprojektet med installation af et biofilter på AV Miljø, er undersøgelserne og afrapportering afgrænset til netop dette biofilter. Derudover bliver primært biofilterets effektivitet til at oxidere metan til kuldioxid undersøgt. Hverken de økonomiske eller samfundsmæssige aspekter er hovedfokus, dog laves en økonomisk perspektivering. Grundet den begrænsede tidsramme foretages der kun målinger på indløb, screeninger og fluxmålinger af biofilteret over 5 målekampagner (M1-5). Disse målinger danner baggrund for hele projektet. Der laves ikke særlige målinger, som kan kvantificere miljømæssige faktorers påvirkning af biofilterets effektivitet, men det forsøges alligevel undersøgt ved de planlagte målekampagner gennem opsamling af støttedata. Ligeledes måles der primært i overfladen af filteret, da målinger i dybden ville kræve en videre tidsramme. For information om målinger af gassammensætningen vertikalt i filteret henvises til tidligere studier (Cassini, 2013). Til screeninger og fluxmålinger er der anvendt FID, CARBOCAP og INNOVA (se afsnit 3.2), da tidligere studier har vist, at dette har været mest hensigtsmæssigt blandt de tilgængelige målemetoder (Jørgensen, et al., 2012). Støttedata (temperatur, tryk, vindhastighed og nedbør) medtages i tolkning af data. At målingerne ikke foretages over et helt år giver en begrænsning for vurderingen af biofilterets effektivitet på årsbasis. Data indhentet gennem vejrstationen bidrager dog til at give en indikation af, hvilken betydning vejret kan have for filterets effektivitet (se afsnit 5.8), hvilket der dog ikke kan tages hensyn til i overslaget over den årlige miljøbesparelse, som filteret bidrager med. Overvejelserne om vejrets betydning er kun kvalitative, idet der er taget for få målinger til at kunne give en retvisende vurdering (se afsnit 5.8). Grundet kursets begrænsede tidsramme har det ikke været muligt at foretage målekampagner over tilstrækkeligt lang tid til at gøre dette estimat pålideligt. Hovedformålet med projektet er at undersøge, hvor effektivt AV Miljøs biofilter er til at oxidere metan til kuldioxid. Denne reduktion i metanudledning estimeres på baggrund af emissionsmålinger på feltlokaliteten. Der gøres brug af programmerne Surfer, MATLAB og Excel til at lave kvalitative og kvantitative vurderinger af fordelingen af emissioner fra filterets overflade samt til beregning af samlede reduktioner i metan-fluxe. I forbindelse med dette anskues betydningen af forskellige vejrmæssige faktorer for oxidationseffektiviteten kvalitativt. Slutteligt vurderes, på baggrund af førnævnte, mulighederne for at forbedre teknologien fremover.

Side 5 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

1.4.

Teknisk beskrivelse af biofilteret på AV Miljø

Hovedtrækkende i følgende afsnit er baseret på (Anon., 2011). Når en affaldscelle er fyldt på AV Miljø, bliver den tildækket med et lag jord/ler, der fungerer som en membran, som mindsker nedsivningen af regnvand og dermed dannelsen af perkolat. Desuden forhindrer det LFG i at sive ukontrolleret ud. Derefter tilkobles perkolatbrønde. Her samler sig perkolatet fra deponiet, og det har vist sig at være her, LFG har lettest ved at trænge igennem. Herved undgås de i afsnit 1.1 beskrevne risici for selvantænding eller eksplosioner, men der er stadig et problem med drivhusgasbelastningen af den udledte metan. På AV Miljø har man tilknyttet tre af perkolatbrøndene til et biofilter. Henover disse tre perkolatbrønde er der installeret træskure, hvorved gassen kan opsamles. På skurene er der monteret pumper, som fører LFG fra perkolatbrøndene videre til en fordelingsbrønd, hvor gassen fra de tre brønde blandes og ledes ind i biofilteret. Samtidig sørger disse pumper for et jævnt flow af LFG ind til biofilteret. På Figur 4 ses en oversigt over biofilteret (brunt), de tre perkolatbrønde (blå) og fordelingsbrønden (grøn).

Figur 4: Kort over feltlokaliteten på AV Miljø. Det brune felt angiver biofilterets placering, de blå firkanter er perkolatbrøndene, hvor pumperne er installeret, og den grønne prik er fordelingsbrønden (Anon., 2011). Nord er op på figuren.

Ved fordelingsbrønden bliver LFG fra de tre tilkoblede perkolatbrønde blandet til en homogen gas. Ved fordelingsbrønden er der tilkoblet slanger og måleudstyr således, at det er muligt at måle koncentrationen af de forskellige gasser inden de ledes ind i biofilteret. Fra fordelingsbrønden føres gassen videre ind i biofilteret via to fordelingsrør. De to rørsystemer fordeler sig forskelligt i biofilteret for at optimere fordelingen af gas. På Figur 5 ses, hvordan de to rørsystemer fordeles i filteret, hvor de grønne og mørkeblå rør er gasfordelingsrørene.

Figur 5: Placeringen af fordelingsrørene i biofilteret på AV Miljø.

Side 6 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

På Figur 6 ses et tværsnit at biofilteret. Det nederste lag af biofilteret er gasfordelingslaget, som består af sten og det øverste lag er kompost. I gasfordelingslaget er gasfordelingsrørene (de grønne), som indfører gassen i biofilteret placeres. Formålet med fordelingslaget er at fordele gassen jævnt under hele filteret, inden den siver op i komposten. Fordelingslaget er zigzag formet for at undgå, at regnvand lægger sig oven på gasfordelingslaget. Nederst i fordelingslaget er der installeret et drænrør (de lyseblå) for at afhjælpe, at regn ophobes i filteret. Oven på fordelingslaget er der lagt et 0,8-0,95 meter tykt lag kompost.

Figur 6: Tværsnit af opbygningen af langsiden af biofilteret på AV Miljø. De blå cirkler i rørene angiver tværgående rør.

Det tog 2 måneder at bygge filteret, hvilket er hurtigt i sammenligning med implementering af andre teknologier. Pilotprojektet er startet i år 2012 og har primært forskningsmæssigt sigte. Man vurderer, at såfremt forskningsudstyret ikke skulle installeres, havde byggeperioden været en måned kortere.

Side 7 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

Teoretisk baggrund

I det fĂ¸lgende gennemgĂĽs den teoretiske viden, der danner grundlag for projektet. Det beskrives, hvorfor det er Ă¸nskeligt at oxidere metan til kuldioxid samt hvilke biologiske processer, der overordnet foregĂĽr i henholdsvis affaldet og komposten. Desuden beskrives den model af systemet, der bruges i massebalancen, der danner grundlag for databehandlingen. Matematisk teori, som benyttes i databehandlingen, prĂŚsenteres i afsnit 4.

2.1.

Metan og klimaĂŚndringer

Det er alment kendt, at en stigning i koncentrationen af drivhusgasser vil fĂ¸re til ĂŚndrede klimaforhold i fremtiden. En drivhusgas er karakteriseret ved, at den kan tilbageholde den infrarĂ¸de varmestrĂĽling, som Jorden reflekterer. Dog har forskellige drivhusgasser forskellig evne til at tilbageholde strĂĽlingen, og denne evne mĂĽles i det sĂĽkaldte drivhusgaspotentiale (af hensyn til international nomenklatur GWP). Drivhusgaspotentialet mĂĽles i enheden CO2- ĂŚkvivalenter over en periode pĂĽ 100 ĂĽr, hvor 1 kg CO2-ĂŚkvivalenter svarer til klimabelastningen ved udledning af 1 kg kuldioxid. Metan har et drivhusgaspotentiale pĂĽ 25 CO2-ĂŚkvivalenter, hvorfor metan er 25 gange sĂĽ klimabelastende som kuldioxid. Dette skyldes ikke en kemisk egenskab ved metan, men at metan findes i en lav koncentration i atmosfĂŚren i forhold til kuldioxid, og at pĂĽvirkningen af klimaet afhĂŚnger logaritmisk af koncentrationen, sĂĽledes at forskellen ved udledning af en bestemt mĂŚngde af gassen er stĂ¸rst, hvis koncentrationen i forvejen er lav (Colose, 2008). I nedenstĂĽende udregninger ses klimabesparelsen over en 100-ĂĽrig periode ved at udlede kulstof som kuldioxid fremfor metan. 1 kg CO2-C har en klimabelastning pĂĽ: đ??şđ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x192; =

đ?&#x2018;&#x161;đ??ś Âˇ đ?&#x2018;&#x20AC;đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âˇ đ??şđ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x192;đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 đ?&#x2018;&#x20AC;đ??ś

Ved at dele massen af kulstof med molarmassen af kulstof opnĂĽs den samlede stofmĂŚngde. Dette multipliceres med molarmassen af kuldioxid for at fĂĽ den samlede masse, som derefter multipliceres med kuldioxids drivhusgaspotentiale. 1 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;

đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E; = 3,66 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E; đ?&#x2018;&#x201D; Âˇ 44,0095 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; Âˇ 1 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; 12,0107 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; Tilsvarende har 1 kg CH4-C en klimabelastning pĂĽ: đ??şđ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x192; =

đ?&#x2018;&#x161;đ??ś Âˇ đ?&#x2018;&#x20AC;đ??śđ??ť4 Âˇ đ??şđ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x192;đ??śđ??ť4 đ?&#x2018;&#x20AC;đ??ś

1 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??ś

đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E; = 33,39 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E; đ?&#x2018;&#x201D; Âˇ 16,04246 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; Âˇ 25 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; 12,0107 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;

Side 8 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

Det ses, at der spares CO2-ĂŚkvivalenter ved at udlede gassen som kuldioxid fremfor metan. Denne besparelse findes ved: đ?&#x203A;˝ = 33,39 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E; â&#x2C6;&#x2019; 3,66 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E; = 29,7 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E; Det ses heraf, at man ved at udlede 1 kg CO2-C fremfor CH4-C kan spare 29,7 kg CO2-ĂŚkvivalenter. Besparelsen svarer til 89 % af klimabelastningen ved udledning af 1 kg CH4-C, hvorfor det er en stor fordel at fĂĽ metan oxideret til kuldioxid.

2.2.

Metandannelse i affald

I det deponerede affald findes organiske forbindelser, som mikroorganismer er i stand til at nedbryde gennem en rĂŚkke trin. Hvis forholdene er anoxiske, kan resultatet blive metandannelse. Der er ofte anoxiske forhold i affaldsdeponier, da mikroorganismerne opbruger ilt ved respiration. Desuden er laget af affald sĂĽ dybt, at der ikke diffunderer ilt til de nedre lag, og det kan ydermere vĂŚre forseglet fra atmosfĂŚren. Trinnene i nedbrydningen af det organiske materiale vises i simplificeret form pĂĽ Figur 7 (VestforbrĂŚnding, 2013):

Hydrolyse

Fermentering

Metanogenese

Figur 7: De tre trin i nedbrydningen af det organiske materiale under anoxiske forhold.

I hydrolysefasen nedbrydes polymere (proteiner, kulhydrater og fedtstoffer) til lavmolekylĂŚre stoffer ved hydrolyse. Hydrolyse defineres som spaltning af et organisk molekyle med udskillelse af et andet mindre molekyle, ofte vand. En rĂŚkke bakterier, som er til stede i affaldet, udskiller enzymer, der katalyserer nedbrydningen. Et eksempel pĂĽ hydrolyse af komplicerede molekyler til mindre og lettere nedbrydelige, er nedbrydningen af stivelse til monosakkaridet glukose, som er illustreret pĂĽ Figur 8. Reaktionen kan ske med hjĂŚlp fra enzymet amylase.

Figur 8: Nedbrydningen af stivelse til monosakkaridet glukose er et eksempel pĂĽ hydrolyse af komplicerede molekyler til mindre og lettere nedbrydelige molekyler (Held, 2012).

Side 9 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

I fermenteringsfasen (syredannelsesfasen) nedbrydes ca. halvdelen af monomererne, der netop er blevet dannet ved hydrolyse af polymere. I denne proces dannes der blandt andet fri brint, H2. Langkædede fedtsyrer omdannes desuden til eddikesyre, CH3COOH. I Tabel 1 ses eksempler på fermentering. Tabel 1: Eksempler på fermentering.

Oxidativ fermentering Anaerobisk fermentering Fermentering med brintdannelse

C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O C6H12O6 → 3 CH3COOH C6H12O6+2H2O → 2CH3COOH +2CO2+4H2

I metandannelsesfasen (metanogenese) arbejder flere typer anaerobe bakterier på henholdsvis at omdanne eddikesyren til metan og at danne metan ud fra fri brint og kuldioxid. Eksempler på metanogenese findes i Tabel 2. Tabel 2: Eksempler på metanogenese.

Metanogenese fra eddikesyre Metanogenese fra brint

2.3.

CH3COOH → CH4 + CO2 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O

Metanoxidation i kompost

Hovedtrækkene i dette afsnit er baseret på (Scheutz, et al., 2009). Kompost indeholder bakterier, som lever af metan (såkaldte metanotrofe/metanofile bakterier), der omdannes til kuldioxid eller inkorporeres i organiske komponenter. Dette gør bakterierne ved hjælp af forskellige enzymer. Første trin i omdannelsen af metan til kuldioxid sker ved hjælp af enzymet metan-monooxygenase (MMO). MMO findes i en opløselig form (sMMO) eller i en partikulær form (pMMO). I denne proces tilføjes oxygen til metan og metanol dannes. Herefter dannes formaldehyd ved hjælp af metanoldehydrogenase (MDH). Herfra kan der ske tre processer, hvoraf den ene er særligt interessant for dette projekt. De to andre processer (serine pathway og RuMP pathway) assimilerer kulstof i organiske forbindelser, der benyttes i bakteriernes vækstprocesser. Dem kan der dog ses bort fra i denne sammenhæng. Den mest interessante proces for dette projekt leder til dannelsen af kuldioxid. Første trin i denne proces er formaldehyd-dehydrogenase (FaDH), hvor formaldehyd og vand omdannes til myresyre. Gennem acetat-dehydrogenase omdannes myresyren til kuldioxid, hvormed metanoxidationen er afsluttet.

CH4

s/pMMO

CH3OH

MDH

CHOH

FaDH

CHOOH

FDH

CO2

Figur 9: De forskellige trin i oxidationsprocessen ved oxidation af metan i kompost.

Side 10 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Kemisk set er de trin, der må ske i de forskellige trin af oxidationen (simplificeret): 2 CH4 + O2 → 2 CH3OH 2 CH3OH + O2 → 2 CHOH + 2 H2O 2 CHOH + O2 → 2 CHOOH 2 CHOOH + O2 → 2 CO2 + 2 H2O Det ses af ovenstående, at tilstedeværelsen af ilt i omgivelserne er essentielt for metanoxidationen.

2.3.1.

Optimale betingelser og nedbrydningshastighed

Samlet giver reaktionerne i afsnit 2.3 reaktionsligningen: CH4 + 2O2 → CO2 + 2 H2O + varme Varmedannelsen skyldes, at reaktionen er exoterm. Dermed bliver komposten varmere af, at reaktionen sker. De bakterier, der skaber oxidationen, er som oftest mesofile (Scheutz, et al., 2009), så det er en fordel for effektiviteten af omdannelsen, at komposten bliver varmere, indtil den optimale temperatur for bakterierne nås. Den optimale temperatur kan afhænge af bakterietyperne. I biofilteret på AV Miljø er sammenhængen mellem temperatur og nedbrydningshastighed blevet undersøgt af (De Schoenmaeker, 2013). Resultatet af dette ses på Figur 10, hvor det ses, at optimaltemperaturen for metanoxidation er 25-40 ˚C.

Figur 10: Nedbrydningsrater for metan og kuldioxid. Iltkoncentrationen viser betingelserne for respiration (De Schoenmaeker, 2013).

De forskellige bakterietyper kan desuden have forskellige optimale pH-betingelser og forskellige behov for fugt. Den optimale grad af fugtighed er fundet til mellem 10 og 35 % i forskellige studier, afhængigt af materialet (Scheutz, et al., 2009). Det har dog ikke været muligt at finde kilder på, hvor de optimale pH-intervaller i komposten ligger. Som tidligere nævnt er iltrige omgivelser desuden nødvendige, når metan skal oxideres. Derfor er det en fordel, at der er ilt i gassen i indløbet.

Side 11 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

Som det ses af Tabel 3, kan biologisk nedbrydning ske efter forskellige ordener i forskellige hastigheder afhĂŚngigt af hastighedskonstanten đ?&#x2018;&#x2DC;. FĂŚlles for de forskellige ligninger er dog, at udlĂ¸bskoncentrationen af metan afhĂŚnger af gennemlĂ¸bstiden Ó¨. Jo hĂ¸jere gennemlĂ¸bstid, des lavere udlĂ¸bskoncentration. Heraf ses, at en hĂ¸j gennemlĂ¸bstid i biofilteret er at foretrĂŚkke. Tabel 3: Nedbrydningskinetik i PFR (Nazaroff & Alvarez-Cohen, 2001).

NEDBRYDNINGSKINETIK I PLUG FLOW REACTOR NULTEORDEN

đ??śđ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2018; = đ??śđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; â&#x20AC;&#x201C; đ?&#x2018;&#x2DC; Âˇ Ó¨

FĂ&#x2DC;RSTEORDEN

đ??śđ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2018; = đ??śđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; Âˇ đ?&#x2018;&#x2019; â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2DC;ÂˇÓ¨

ANDENORDEN

đ??śđ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2018; =

đ??śđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; 1 + 2 Âˇ đ?&#x2018;&#x2DC; Âˇ Ó¨ Âˇ đ??śđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018;

Side 12 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

2.4.

Massebalance i biofilteret

Biofilteret betragtes simplificeret set som en Plug Flow Reactor, som illustreret pĂĽ Figur 11, hvor flowet af kulstof ind i kontrolvolumenet udelukkende bestĂĽr af det indlĂ¸b af LFG, der kommer fra fordelingsbrĂ¸nden, og flowet ud udelukkende sker gennem overfladen af filteret. Der ses dermed bort fra flow gennem siderne af filteret, da det vurderes negligeabelt. Dette er i et tidligere studie blevet bekrĂŚftet af mĂĽlinger foretaget med tilfĂ¸jelse af sporgas til indlĂ¸bet, hvor flowet af sporgas ud af filterets overfade var tilnĂŚrmelsesvis det samme som flowet ind (Cassini, 2013). Flowet af gas gennem filteret drives dels af advektion vha. den trykforskel, som pumperne skaber, og dels af diffusion, som skyldes koncentrationsgradienten gennem filteret. Advektionen udgĂ¸r stĂ¸rstedelen af flowet (Nazaroff & Alvarez-Cohen, 2001).

Figur 11: Massebalance for kulstof i biofilteret. Fluxe gennem siderne af filteret samt kulstoffixering i biomassen vurderes negligeabelt. Det gĂ¸r respirationen derimod ikke (se afsnit 0). Filteret er tilnĂŚrmelsesvis en PFR.

Generelt gĂŚlder ifĂ¸lge loven om massebalance: đ??źđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; + đ??ˇđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2018; + đ??´đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ą Idet filteret har vĂŚret installeret siden 2012 er det rimeligt at antage, at filteret er mĂŚttet med gas, hvorfor der er opnĂĽet en ligevĂŚgtstilstand (steady state), og akkumulationen er lig nul. Heraf ses: đ??ˇđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; đ??źđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; I dette tilfĂŚlde forventes den dannede mĂŚngde af metan at vĂŚre negativ, da det nedbrydes af mikroorganismerne, sĂĽledes: đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ą = â&#x2C6;&#x2019;đ??ˇđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ą = đ??źđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2018; Kuldioxid derimod forventes at dannes, dels grundet nedbrydningen af metan og dels grundet respiration af det organiske materiale i komposten (se afsnit 0). Desuden bindes der noget kulstof i biomassen, men dette vurderes at vĂŚre negligeabelt grundet ligevĂŚgtstilstanden.

Side 13 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Metoder og materialer

Der er anvendt forskellige metoder til projektet, både feltarbejde for at indsamle data og litteraturstudie for at undersøge den teoretiske baggrund. Der er udført fem målekampagner, for at få størst muligt datagrundlag for konklusionerne. I de følgende afsnit beskrives de forskellige metoder i feltarbejdet, det anvendte udstyr og de usikkerheder, der er forbundet hermed. Desuden beskrives den anvendte software samt overvejelser om sikkerhed i feltarbejdet. Der er som primære kilder i anvendt rapporter fra tidligere studier på samme eller lignende biofiltre. Ligeledes har deres referencer været en kilde til teori og baggrundsinformation. Derudover er der draget nytte af personlig kommunikation med Peter Kjeldsen, Charlotte Scheutz, Filippo Cassini, Zishen Mou og Hans Christian Willumsen, der har været behjælpelige med informationer om det konkrete pilotforsøg samt henvisninger til andre relevante informationer. Der er gennemført litteratursøgninger, så bredt og dækkende som muligt, med henblik på at finde dybere teoretisk viden om forskellige emner, som rapporten berør. I forbindelse med dette har det været nødvendigt at bruge kildekritik, hvor det tilstræbes udelukkende at bruge neutrale og videnskabeligt lødige kilder. Om emnet klimaændringer er der en vis risiko for, at kilder er politisk farvede, da emnet har været stærkt kontroversielt i samfundsdebatten. Kilder, hvor det er vurderet, at de muligvis er politisk farvede, er derfor frasorteret. Ligeledes har aktualitet været et kriterium for udvælgelse af kilder, idet rapporten berør emner, der er under hastig udvikling.

Side 14 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

3.1.

Feltundersøgelser

I de følgende afsnit beskrives metoderne i feltarbejdet. Desuden redegøres der for sikkerhedsmæssige hensyn. Ved al færdsel oven på filteret er der båret snesko for at mindske fodaftrykkene i komposten for ikke at påvirke måleresultaterne unødigt.

3.1.1.

Gridinddeling

Det var ønsket at inddele biofilteret i 50 målepunkter til fluxkammermålinger jævnt fordelt over filteret. Derfor blev langsiderne inddelt i elleve lige store felter, hvilket gav afstanden 3,8 m mellem målepunkterne på denne led. Ligeledes blev de korte sider inddelt i seks lige store felter, hvilket gav afstanden 2 m mellem målepunkterne på denne led. Målepunkterne blev markeret med jernspyd, som vist med grønt på Figur 12.

Figur 12: Fordeling af målepunkter samt ruter til statisk fluxkammermetode samt screeninger.

Screeninger blev udført både på grønne målepunkter og på blå målepunkter (se Figur 12). Grønne pile angiver ruten for fluxkammermålinger og blå pile angiver ruten for screeninger.

3.1.2.

Bestemmelse af LFG-sammensætning ved filterets indløb

Benyttet udstyr: IR (se afsnit 3.2.1) Ved ankomst til feltlokaliteten om morgenen og før afgang om eftermiddagen blev det akkumulerede flow gennem de tre pumpestationer aflæst. Pumpestationerne pumper LFG til et fordelingsbrønd, hvorfra det ledes ud i filteret. Ved at trække det akkumulerede flow om morgenen fra det akkumulerede flow om eftermiddagen og dividere med tiden blev det gennemsnitlige flow gennem hver pumpe bestemt. Sammensætningen af gas ved filterets indløb blev målt med IR. Indholdet af CO2, CH4 og O2 blev målt både i et rør direkte i fordelingsbrønden og i et rør fra hver af de omtalte pumper. Der blev beregnet et vægtet gennemsnit ud fra gassammensætning og flow i de enkelte rør (se afsnit 4.2) og det blev forventet, at dette ville stemme overens med den gassammensætning, der blev målt i fordelingsbrønden (se afsnit 4.2). Det samlede flow af metan ind i filteret er dermed kendt og kan bruges i massebalancen.

Side 15 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

3.1.3.

Overfladescreening

Benyttet udstyr: FID (se afsnit 0) og CARBOCAP (se afsnit 3.2.3) Overfladescreeningen blev udfĂ¸rt ved hjĂŚlp af FID samt CARBOCAP og havde til formĂĽl at afdĂŚkke eventelle hotspots snarere end at foretage prĂŚcise mĂĽlinger. Sensoren blev holdt ned mod jorden (ca. 2 cm over) ved alle mĂĽlepunkter i 10-15 sekunder af gangen. Resultatet i displayet ĂŚndrede sig over kort tid, men en middelvĂŚrdi blev noteret. Ved mĂĽlepunkter, hvor koncentrationen afveg vĂŚsentligt i forhold til andre mĂĽlepunkter, blev der foretaget yderligere en rĂŚkke mĂĽlinger i nĂŚrheden af dette eventuelle hotspot.

3.1.4.

Statisk fluxkammermĂĽling

Benyttet udstyr: INNOVA (se afsnit 3.2.4), computer og fluxkammer Et cylinderformet fluxkammer med bundareal pĂĽ 0,09 đ?&#x2018;&#x161;2 og en hĂ¸jde pĂĽ 0,25 đ?&#x2018;&#x161; blev forbundet til INNOVA via en plastikslange med vandfilter i, og INNOVA blev indstillet sĂĽledes, at der blev taget mĂĽlinger ca. hvert minut. MarkĂ¸ren ved et mĂĽlepunkt blev taget op, og fluxkammeret blev placeret der, hvor markĂ¸ren sad, sĂĽledes at det sluttede tĂŚt mod biofilterets overflade. Der blev lavet en mĂĽleserie med mindst 5 mĂĽlinger ved hvert mĂĽlepunkt (se Figur 12). Under mĂĽlingerne omrĂ¸rtes luften kontinuerligt vha. en indbygget vifte i kammeret, sĂĽledes at gasfordelingen var homogen. Hvis der blev fundet hotspots, blev der ogsĂĽ yderlige mĂĽlinger i nĂŚreden af disse. ForsĂ¸gsopstillingen ses pĂĽ Figur 13.

Figur 13: ForsĂ¸gsopstillingen ved statisk fluxkammermetode

Side 16 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

3.1.5.

Sikkerhed i feltarbejdet

For at blive opmĂŚrksom pĂĽ eventuelle risici ved feltundersĂ¸gelserne blev der inden pĂĽbegyndelse af disse udarbejdet en risikovurdering af arbejdsmiljĂ¸et (Work Risk Assessment, WRA), som findes i bilag 27. Som det ogsĂĽ fremgĂĽr af denne, involverede forsĂ¸gene ikke hĂĽndtering af farlige stoffer, som ofte er kilde til de stĂ¸rste sikkerhedsrisici. Dermed var forsĂ¸gene relativt ufarlige. Men da feltarbejdet foregik pĂĽ en losseplads, var det nĂ¸dvendigt at vĂŚre opmĂŚrksom pĂĽ tungt maskineri i omrĂĽdet omkring filteret. Yderligere var det et opmĂŚrksomhedspunkt, at der ved filteret kan forekomme hĂ¸je koncentrationer af metan, som kan udgĂ¸re en brandfare. Derfor blev ĂĽben ild omkring filtret undgĂĽet. Ved fĂŚrdsel pĂĽ filterets skrĂĽ kanter ifĂ¸rt snesko og ved transport af udstyr op og ned fra filteret, krĂŚvede det forsigtighed ikke at falde eller at beskadige udstyret. Ud over disse risici, har der generelt ikke vĂŚret nogen store farer ved feltforsĂ¸gene. Det vigtigste har blot vĂŚret at omgĂĽ mĂĽleudstyret og feltlokaliteten med opmĂŚrksomhed og omhyggelighed.

3.2.

MĂĽleudstyr

For at kunne lave bĂĽde screeninger og fluxmĂĽlinger af de forskellige gasser samt sammenligne disse med vejrdata, anvendes fem forskellige apparater (IR, FID, INNOVA, CARBOCAP samt en vejrstation). Til databehandlingen benyttes programmerne Excel, Surfer 8 og MATLAB. I de fĂ¸lgende afsnit beskrives, hvordan de forskellige apparater og programmer virker.

3.2.1.

Infrared Biogas Monitor 5000 (IR)

Til at mĂĽle metan, kuldioxid, og ilt blev en Infrared Biogas Monitor 5000 (IR) benyttet. IR er pĂĽlidelig ved temperaturer mellem -10 og 50 Â°C og kan mĂĽle koncentrationer i de intervaller, der fremgĂĽr af Tabel 5. Instrumentet fungerer ved at mĂĽle gassers forskellige absorptionsspektre og er kalibreret til at genkende spektrene for metan, kuldioxid og ilt. Koncentrationen af den enkelte gas bestemmes ved en sammenligning mellem kalibreringsstandarden og amplituden af absorptionsbĂĽndene. IR egner sig bedst til at mĂĽle hĂ¸je koncentrationer af de nĂŚvnte gasser, hvorfor udstyret egner sig godt til analyse af indlĂ¸bets gaskoncentrationer. Tabel 4: MĂĽleintervaller og prĂŚcision af IR. Oversat fra (Cassini, 2013).

KARAKTERISTIK đ?&#x2018;Şđ?&#x2018;Żđ?&#x;&#x2019; INTERVAL đ?&#x2018;Şđ?&#x2018;śđ?&#x;? INTERVAL đ?&#x2018;śđ?&#x;? INTERVAL PRĂ&#x2020;CISION đ?&#x2018;Şđ?&#x2018;Żđ?&#x;&#x2019; , đ?&#x2018;Şđ?&#x2018;śđ?&#x;? đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2C6; đ?&#x2018;śđ?&#x;?

Side 17 af 62

VĂ&#x2020;RDI 0Â100 % 0Â100 % 0Â25 % 0Â25 % Âą 1,0 %đ?&#x2018;&#x2030;

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

3.2.2.

Flame Ionization Detector Thermo TVA-1000 (FID)

FID kan bruges til at måle metan-koncentrationer i intervallet 0,01–50.000 ppm inden for temperaturintervallet 0–40 °C (aflæst på selve instrumentet). FID bestemmer koncentrationen af brandbare gasser ved pyrolyse og angiver giver dette som metan-koncentrationen, idet der ikke findes nogen væsentlig andel af andre brændbare gasser i deponigassen. Brint afbrændes, og flammen pyrolyserer brændbare organiske molekyler, der danner positive ioner og elektroner. En elektrode opsamler de positive ioner, hvorved en strøm induceres, der oversættes til en metan-koncentration. På Figur 14 ses en skitse af, hvordan FID fungerer.

Figur 14: Funktionsdiagram for FID (EQUIPCO, u.d.).

FID blev benyttet til screeninger af gaskoncentrationer ved filterets overflade, da den er forholdsvis nem at håndtere, og kan tage målinger kontinuerligt, hvilket er optimalt i forbindelse med screening. En ulempe ved FID er, at den kun kan detektere metan og dermed ikke kan benyttes til screening for emission af andre gasarter. Det kan desuden være svært at få stabile målinger med FID, hvorfor den udelukkende blev benyttet til at give en indikation af metanemissionsfordelingen.

3.2.3.

Vaisala CARBOCAP Hand-Held Carbon Dioxide Meter (CARBOCAP)

Til screening for CO2 blev brugt en CARBOCAP (Vaisala, 2009). Den fungerer som skitseret på Figur 15. Fabry Perot Interferometeret er designet til kun at sende infrarødt lys igennem med den bølgelængde, som CO2 kan absorbere (4,26 µm). Absorbansen af infrarødt lys i gassen bruges i apparatet til at måle koncentrationen af CO2. Målingerne er inden for en fejlmargin på +/- 3ppm. Da alle målinger blev taget ved koncentrationer omkring atmosfærisk niveau, var der ingen risiko for, at koncentrationerne ved feltforsøget ville komme under detektionsgrænsen.

Figur 15: Funktionsdiagram for CARBOCAP (Vaisala, 2009).

Side 18 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

CARBOCAP kalibreres ved at lade den måle baggrundskoncentrationen i atmosfæren og sætte denne værdi som nulpunkt. Tages alle målinger ikke efter samme kalibrering, kan det medføre usikkerheder, da koncentrationen i luften kan variere.

3.2.4.

INNOVA 1312 Photoacoustic Multi-Gas Monitor (INNOVA)

INNOVA blev benyttet til fluxkammermålinger for metan, kuldioxid og sporgassen freon-134a. INNOVA benytter fotoakustisk infrarød påvisningsmetode, hvilket gør den i stand til at detektere tilstedeværelsen af enhver gas, som absorberer infrarøde stråler. For at kunne detektere gasser skal apparatet dog have et filter indsat for netop de ønskede gasser. (Einfeld, 1998). INNOVA kan måle de nævnte gaskoncentrationer med stor nøjagtighed og inden for få minutter. Dog er INNOVA nødt til at være tilsluttet strøm, hvilket gør den mindre mobil. Resultaterne kan enten gemmes i selve maskinen, hvilket gør den brugbar i regnvejr, eller direkte på en pc, hvilket letter arbejdet under bedre vejrforhold. Instrumentets præcision afhænger af temperaturen ift. temperaturintervallet for pålidelige målinger (5-40 ˚C) og det benyttede optiske filter (California Analytical Instruments, Inc., u.d.). Da temperaturforholdene ikke ændrer sig betydeligt under hver målekampagne, hvorfor præcisionen ikke er afgørende for data.

3.2.5.

WS-3650 Vejrstation

Vejrstationen, der er opstillet umiddelbart ved siden af biofilteret, logger konstant data for temperatur, tryk, luftfugtighed samt vindens retning og hartighed ved hjælp af programmet Heavy Weather Pro 3600. Vindhastigheden måles med et kopanemometer. Konfidensintervallet og de ydre grænser for troværdigheden af målingerne af de forskellige parametre ses i Tabel 5. Regnmåleren på vejrstationen på selve filteret var ikke tilkoblet under feltarbejdet. Derfor anvendes nedbørsdata fra AV Miljøs egen vejrstation. Tabel 5: Usikkerheder og måleintervaller for vejrstationen (La Crosse Technology, u.d.).

Side 19 af 62

MÅLING TEMPERATUR TRYK

USIKKERHED +/0,1 °C 0,1 hPa

VINDHASTIGHED

0,1 m/s

MÅLEINTERVAL -40 °C – 59,9 °C Alle forventelige atmosfæriske tryk 1 m/s – 50 m/s

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

3.3.

Anvendt software

I det fĂ¸lgende beskrives den software, der er anvendt i projektet. Det har vĂŚret et lĂŚringsmĂĽl i sig selv at sĂŚtte sig ind i brugen af programmerne og en stor del af den tid der er lagt i projektet, er gĂĽet med databehandling. Det er ikke fundet nĂ¸dvendigt at beskrive brugen af Excel yderligere end det, der nĂŚvnes i afsnit 0.

3.3.1.

Surfer 8

Surfer er et program, der bruges til at lave en rĂŚkke data om til forskellige slags oversigtskort. Surfer modtager en dataserie delt op i 3 kolonner, som indeholder hhv. fĂ¸rste-, anden- og tredjekoordinaten i et tredimensionelt koordinatsystem. Disse angives ved hhv. x, y og z, hvor (x, y) i dette projekt angiver et punkt pĂĽ biofilterets overflade, og z angiver fluxen i mĂĽlepunktet (x, y). I Tabel 6 ses et udsnit af de data, som grid-filen for metan-flux ved M1 bygger pĂĽ. Surfer danner pĂĽ baggrund af de givne data en grid-fil. En grid-fil danner grundlag for de forskellige kort, som Surfer kan lave. NĂĽr grid-filen dannes, angives den Ă¸nskede oplĂ¸sning pĂĽ kortet. I dette projekt vĂŚlges, at en pixel svarer til 1 cm2. Til at danne et grid benyttes Kriging-metoden, hvor en antagelse om en lineĂŚr gradient mellem vĂŚrdierne i mĂĽlepunkterne anvendes. Ved Kriging findes fluxen i de ukendte punkter pĂĽ filteret ved at vĂŚgte de omkringliggende kendte fluxe ift. afstanden til det punkt pĂĽ filteret, der Ă¸nskes beregnet. Et eksempel pĂĽ en grid-fil ses pĂĽ Figur 16. Tabel 6: RĂŚkkerne 1-11 af 5.021.381 rĂŚkker fra grid-filen for metan-flux ved M1. Kolonnen A angiver x-koordinaten, B angiver y-koordinaten og C angiver z-koordinaten (fluxen). Enheden af vĂŚrdierne i kolonnerne A og B er m, hvor vĂŚrdierne i kolonne C har enheden

đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś đ?&#x2018;&#x2018;Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x161;2

. Antallet af betydende cifre angiver ikke prĂŚcisionen, men illustrerer udelukkende, hvor mange betydende

cifre programmet regner med.

A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

B 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

C 1.0688286021554 1.0699576086706 1.0710910464285 1.072228936486 1.0733713000169 1.0745181583129 1.075669532784 1.0768254449595 1.0779859164888 1.0791509691421 1.0803206248111

Side 20 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Figur 16: Grid-filen, som danner grundlag for kortet over metan-flux ved M1

Surfer bruger som nævnt grid-filen til at danne forskellige typer kort såsom contour map, image map og surface map. I dette projekt bruges kort-typen image map til at gøre resultater fra screeninger og fluxmålinger let overskuelige. Image map bruger en farveskala til at vise værdien af tallet i det givne koordinat. Ved sådan et kort kan det let overskues, hvor høje værdierne i forskellige målepunkter er i forhold til hinanden (se f.eks. Figur 21).

3.3.2.

MATLAB (version R2012b)

MATLAB er en software, der kan benyttes til at programmere scripts og funktioner i. Fælles for alle MATLAB-scripts og -funktioner er, at de kun kan fungere i MATLAB. Et script eller en funktion i MATLAB kan udføre matematiske operationer og udregninger på baggrund af de inputdata, som indlæses til scriptet eller funktionen. I dette projekt anvendes MATLAB-funktioner ikke, men udelukkende et script. Scriptet anvender kun meget simple MATLAB-funktioner, idet der kun er tale om summering, variabelkontrol og visning af svar. De inputdata, der benyttes, har form af en datafil i .dat-fil, der indlæses til en matrix i MATLAB. Der ønskes en gennemgang af matematiske beregninger i hver række i matricen. For at opnå dette anvendes en for-løkke til at gennemløbe alle rækkerne. En for-løkke anvendes til at gennemløbe operationer, så længe en betingelse er opfyldt. I dette tilfælde gennemløbes operationerne for en given række, indtil der ikke er flere rækker tilbage i matricen. Rækkerne gennemløbes kronologisk. I for-løkken afgøres det, om værdien i tredje kolonne (som indeholder fluxen) er negativ eller positiv. Dette gøres ved en if/else-sætning. En if/else-sætning har, ligesom for-løkken, en betingelse, som skal opfyldes, hvis en bestemt operation skal udføres. Hvis ikke denne betingelse er opfyldt kan en anden operation udføres. F.eks. undersøges det her, om værdien er negativ, og er dette tilfældet, angives en variabel til at have den pågældende værdi. Er betingelsen ikke opfyldt angives en anden variabel til at have den pågældende værdi. Sluttelig anvendes simple adderingsoperationer, hvor de netop angivne variable lægges til en anden variabel, som dermed udelukkende vokser i absolut værdi. Når for-løkken brydes, printes svaret i MATLAB’s kommandovindue vha. kommandoen fprintf. Scriptet findes i bilag 26.

Side 21 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

Databehandling

I det fĂ¸lgende beskrives de forskellige dele af databehandlingen. BemĂŚrk, at â&#x20AC;?Mxâ&#x20AC;? betegner mĂĽlekampagne nr. x, samt at â&#x20AC;?mĂĽlepunktâ&#x20AC;? betegner et mĂĽlt punkt (se Figur 12) pĂĽ filteret hvorimod â&#x20AC;?punktâ&#x20AC;? betegner et punkt pĂĽ en graf. Alle anvendte symboler findes i symbollisten, som findes efter konklusionen.

4.1.

Bestemmelse af standardafvigelser

Til at bestemme reprĂŚsentativiteten af de fundne middelvĂŚrdier benyttes standardafvigelsen. Standardafvigelsen findes ved fĂ¸lgende formel (Johnson, 2005): â&#x2C6;&#x2018;đ?&#x2018;&#x203A; (đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x153;&#x2021;)2 đ?&#x153;&#x17D; = â&#x2C6;&#x161; đ?&#x2018;&#x2013;=1 đ?&#x2018;&#x203A;â&#x2C6;&#x2019;1 Hvor đ?&#x153;&#x17D; angiver standardafvigelsen, đ?&#x2018;&#x203A; angiver antallet af observationer, đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;&#x2013; angiver vĂŚrdien af den đ?&#x2018;&#x2013;â&#x20AC;&#x2122;te observation og đ?&#x153;&#x2021; er middelvĂŚrdien. Da det ofte er nĂ¸dvendigt at behandle mange vĂŚrdier pĂĽ en gang, foretages beregningen i Excel, hvor Excel-funktionen STDAFV benyttes. Denne funktion giver dog ikke fuldstĂŚndig samme resultat som ovenstĂĽende formel. Men de to vĂŚrdier er tilnĂŚrmelsesvis ens, hvorfor STDAFV kan benyttes.

4.2.

Bestemmelse af indlĂ¸bsmĂŚngder

Flowet mĂĽles i de tre opsamlingsbrĂ¸nde. Ved ogsĂĽ at mĂĽle koncentrationerne af metan og kuldioxid i indlĂ¸bsrĂ¸rene kan et flow for hver komponent udregnes. Her gives et regneeksempel fra fĂ¸rste mĂĽlekampagne. Flowet for de tre opsamlingsbrĂ¸nde udregnes som en simpel lineĂŚr regression mellem to punkter. For M1 blev de tre flow bestemt til: đ??š1 = 5,61 Î&#x2021; 10â&#x2C6;&#x2019;4 đ?&#x2018;&#x161;3 /đ?&#x2018; đ??š2 = 8,63 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;4 đ?&#x2018;&#x161;3 /đ?&#x2018; đ??š3 = 3,92 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;4 đ?&#x2018;&#x161;3 /đ?&#x2018; Ved đ??š1 anvendes middelvĂŚrdien for đ??š1 over alle de andre mĂĽlekampagner, da flowmeteret til denne pumpe ikke virkede ved M1. Det er vises, at flowet for hver pumpe er tilnĂŚrmelsesvist konstant idet der for pumperne er en standardafvigelse pĂĽ hhv. 1,3 Î&#x2021; 10â&#x2C6;&#x2019;5

đ?&#x2018;&#x161;3 đ?&#x2018;&#x161;3 đ?&#x2018;&#x161;3 , 1,4 Î&#x2021; 10â&#x2C6;&#x2019;4 đ?&#x2018; og 3,0 Î&#x2021; 10â&#x2C6;&#x2019;5 đ?&#x2018; , hvorfor đ?&#x2018;

en middelvĂŚrdi giver et rimeligt estimat af flowet, nĂĽr et flowmeter er i stykker. Metankoncentrationerne for M1 i de tre indlĂ¸bsrĂ¸r blev mĂĽlt til: đ??ś0,1 = 10,4 % đ??ś0,2 = 8,8 % đ??ś0,3 = 8,6 %

Side 22 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

Det er tidligere vist, at det totale flow ind i systemet er tilnĂŚrmelsesvist kontant đ??šđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą = 183

đ?&#x2018;&#x161;3 đ?&#x2018;&#x2018;

(Cassini, 2013). Derfor benyttes denne vĂŚrdi, nĂĽr den totale flux ind i filteret skal bestemmes. Det ses dog, at der ikke er nogen vĂŚsentlig afvigelse mellem summen af de forskellige flow og den anvendte konstante vĂŚrdi for flowet. De ovenstĂĽende flow for hver pumpe benyttes udelukkende til at vĂŚgte fluxen fra hver pumpe i den totale flux. Et vĂŚgtet gennemsnit findes af disse koncentrationer eksempelvis som fĂ¸lger: 3

đ??ś0 = â&#x2C6;&#x2018; đ??ś0,đ?&#x2018;&#x2013; Âˇ đ??šđ?&#x2018;&#x2013; Âˇ (đ??šđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą )â&#x2C6;&#x2019;1 đ?&#x2018;&#x2013;=1

đ?&#x2018;&#x161;3 đ?&#x2018;&#x161;3 đ?&#x2018;&#x161;3 10,4 % Âˇ 5,61 Î&#x2021; 10â&#x2C6;&#x2019;4 đ?&#x2018; + 8,8 % Âˇ 8,63 Î&#x2021; 10â&#x2C6;&#x2019;4 đ?&#x2018; + 8,6 % Âˇ 3,92 Î&#x2021; 10â&#x2C6;&#x2019;4 đ?&#x2018; đ??ś0 = = 9,3 % đ?&#x2018;&#x161;3 183 đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018; 86.400 đ?&#x2018;&#x2018; Den totale mĂŚngde metan tilfĂ¸rt pr. dĂ¸gn findes ved fĂ¸lgende udregning: đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x20AC;đ??śđ??ť4 đ??˝đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018;,đ??śđ??ť4 = đ??ś0 Âˇ đ??šđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą Âˇ 100â&#x2C6;&#x2019;1 Âˇ 86.400 Âˇ đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2026;Âˇđ?&#x2018;&#x2021;

đ??˝đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018;,đ??śđ??ť4

đ?&#x2018;&#x161;3 = 8,7 % Âˇ 183 Âˇ 100â&#x2C6;&#x2019;1 Âˇ đ?&#x2018;&#x2018;

đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; đ?&#x2018;&#x161;3 Âˇ đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x161; 8,21 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;5 Âˇ 275,9 đ??ž đ??ž Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;

đ??˝đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018;,đ??śđ??ť4 = 7.705

12,0

đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x2018;

Ud over de bestemte indlĂ¸bskoncentrationer findes der data fra en metanlogger (dog ikke til M4). Det er konstateret, at metanloggeren er kalibreret anderledes end IR, hvorfor den mĂĽler andre koncentrationer. Eksempelvis mĂĽles 5,3 fremfor 6,8 % metan i udlĂ¸bet ved fĂ¸rste mĂĽlekampagne (ikke -publiceret dataark). Der findes en kalibreringskurve, hvorved det vil vĂŚre muligt at bestemme indlĂ¸bskoncentrationen til samme tidspunkt. Optimalt brug af metanloggerdata ville vĂŚre, at finde indlĂ¸bskoncentrationen ĂŠn opholdstid fĂ¸r mĂĽlekampagnen, men dette har ikke vĂŚret muligt, da opholdstiden ikke kendes prĂŚcist. Metanloggeren ville ellers have kunnet give en middelvĂŚrdi af đ??˝đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; prĂŚcis en opholdstid fĂ¸r mĂĽlekampagnen, hvilket ville give et mere retvisende billede af effektiviteten end ved at bruge indlĂ¸bskoncentrationerne fra samme tidspunkt som udlĂ¸bskoncentrationerne. Da opholdstiden ikke kendes, kan udelukkende koncentration fra samme tidspunkt sammenlignes, hvilket er undladt, da det ikke vides, hvilket af de to instrumenter, der mĂĽler mest prĂŚcist. Jf. afsnit 5.7.1 vil det vĂŚre interessant at se, hvorvidt et eventuelt ĂŚndret indlĂ¸bsflow vil vĂŚre i bedre overensstemmelse med massebalancen. Dette er dog fravalgt grundet projektets tidsramme.

Side 23 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

4.3.

Bestemmelse af fluxe fra mĂĽlepunkter

Fluxen bestemmes pĂĽ baggrund af lineĂŚr regression over en mĂĽleserie ved hvert mĂĽlepunkt. MĂĽleserien bestĂĽr af en koncentration af hhv. metan og kuldioxid mĂĽlt med INNOVA til et givent tidspunkt. Tidspunktet omregnes til en relativ tid (i sekunder) fra starttidspunktet ved de givne mĂĽlepunkt. Ved hvert mĂĽlepunkt tages mellem 5 og 7 mĂĽlinger. Regressionen laves vha. funktionen LINREG i Excel. LINREG benyttes ved fĂ¸lgende formel = đ??żđ??źđ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2026;đ??¸đ??ş(đ??ś0 : đ??śđ?&#x2018;&#x203A; ; đ?&#x2018;Ą0 : đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x203A; ) Hvor đ??ś0 angiver cellen, hvor fĂ¸rste koncentration er indtastet, đ??śđ?&#x2018;&#x203A; angiver cellen, hvor sidste koncentration er indtastet, đ?&#x2018;Ą0 angiver cellen, hvor fĂ¸rste relative tidspunkt er indtastet (altid 0) og đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x203A; angiver cellen, hvor sidste relative tidspunkt er indtastet. Funktionen giver hĂŚldningskoefficienten til den bedste lineĂŚre regression for den angivne serie. Samme resultat ville opnĂĽs ved at plotte grafen og finde en lineĂŚr tendenslinje. PĂĽ Figur 17 ses et eksempel pĂĽ den grafiske fremstilling af den lineĂŚre regression, hvor hĂŚldningskoefficienten er lig med fluxen. Funktionen LINREG giver samme resultat, men uden grafen.

B-10, M1 3,5

CH4 (ppm)

CO2 (ppm)

2.500 LineĂŚr (CO2 (ppm))

LineĂŚr (CH4 (ppm))

3,0

2.000 1.500

2,0

CH4 = 0,0096 â&#x2C6;&#x2122; t + 0,8868 RÂ˛ = 0,5804

1,5 1,0

1.000

CO2 9,9112 â&#x2C6;&#x2122; t + 174,67 RÂ˛ = 0,9482

0,5

CO2 (PPM)

CH4 (PPM)

2,5

500

0,0

0 0

100

150

200

TID (S) Figur 17: Graf for B-10, M1, hvor det fĂ¸rste punkt for metan afviger signifikant, og derfor bĂ¸r udelades fra databehandling.

For at kunne kontrollere, at data stemmer overens med hĂŚldningskoefficienten, bestemmes determinationskoefficienten (forklaringsgraden R2) til hvert mĂĽlepunkt. Der Ă¸nskes en determinationskoefficient sĂĽ tĂŚt pĂĽ 1 som muligt. For at opnĂĽ dette tegnes graferne for hvert enkelt mĂĽlepunkt. Herved kontrolleres, om nogle punkter afviger markant fra tendensen og derfor kan betragtes som fejlmĂĽlinger. NĂĽr der ses bort fra disse punkter i den videre databehandling bliver regressionen mindre usikker og hĂŚldningskoefficienten mere valid. Der skal dog tages hĂ¸jde for, at der stadigt er sĂĽ mange punkter at finde fluxen ud fra som muligt, da der ellers er risiko for, at gĂ¸re fluxen mindre valid. Vi er ikke bekendt med de nĂ¸dvendige statistiske metoder til at bestemme, hvilke punkter der afviger tilstrĂŚkkeligt fra tendensen til at kunne betragtes som fejlmĂĽlinger. Det ville desuden have vĂŚret for tidskrĂŚvende at lĂŚre disse beregningsmetoder udelukkende til dette formĂĽl.

Side 24 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Derfor er valget af, hvilke punkter der skal fjernes, taget på baggrund af en rent kvalitativ visuel vurdering. Der kan være flere grunde til, at et punkt skal fjernes: Når grafen tangerer mod en øvre grænse for koncentrationen, kan det skyldes, at fluxkammeret er blevet mættet, så koncentrationsforskellen mellem luften i kammeret og i filterets porer bliver så lav, at diffusionen mindskes. Dette giver ikke et retvisende billede af, hvad fluxen ville have været, hvis kammeret ikke havde været der. Derfor fjernes alle punkter efter den grænse, hvor grafen flader ud. Mætningen kunne være undgået ved brug af dynamisk fluxkammermetode frem for den statiske, hvilket man dog ikke kunne gøre med det udstyr, der var til rådighed. På Figur 18 ses et tydeligt eksempel på dette, hvor de sidste par punkter ikke giver et retvisende billede af fluxen i målepunktet. På Figur 19 er disse punkter taget ud, hvilket giver en anderledes og mere retvisende hældningskoefficient på den lineære regression.

C-6, M5 CH4 (ppm)

CH4 (PPM)

CO2 (ppm)

Lineær (CH4 (ppm))

Lineær (CO2 (ppm))1.600

1.400

1.200

CO2 = 2,1805 · t + 771,38 R² = 0,7791

12 10

CH4 = 0,0342 · t + 9,1278 R² = 0,7955

8 6

800 600 400

200

2 0

0 0

100

150

200

250

300

TID (S) Figur 18: Målepunktet C-6, hvor det tydeligt ses, at grafen flader ud, så fluxen ikke bliver retvisende.

Side 25 af 62

1.000

350

CO2 (PPM)

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

C-6, M5 CH4 (ppm)

CH4 (PPM)

CO2 (ppm)

Lineær (CH4 (ppm))

Lineær (CO2 (ppm))1.600

1.400

1.200

1.000

CO2 = 3,9698 · t + 649,74 R² = 0,9983

12 10 8

800 600

CH4 = 0,0611 · t + 7,3096 R² = 0,9974

6 4

CO2 (PPM)

400 200

2 0

0 0

100

150

200

TID (S) Figur 19: Målepunkt C-6 ved målekampagne M5, efter udvælgelse af data. Bemærk ændringen i de lineære regressioner i forhold til Figur 18.

En anden grund til at fjerne et punkt er, hvis de er såkaldt ”skæve” punkter, dvs. punkter, der afviger markant fra tendensen. På Figur 17 ses, at det første punkt ligger langt fra tendenslinjen. Det kan skyldes, at metan-fluxen kortvarigt var meget stor (en lomme med metan undslap fra filteret) og derefter blev negativ (filteret optog metanen igen). En anden mulig grund til ”skæve” punkter er utilstrækkelig omrøring, hvorved gassen i fluxkammeret ikke er homogen. På Figur 20 ses grafen for målepunktet B10 ved M1, hvor fejlpunkter er fjernet. Sammenlignes tendenslinjen med Figur 17 ses dog, at det ikke gør nogen afgørende forskel.

B-10, M1 3,5

CH4 (ppm)

CO2 (ppm)

2.500 Lineær (CO2 (ppm))

Lineær (CH4 (ppm))

3,0

2.000 1.500

2,0

CH4 = 0,0172 ∙ t - 0,1419 R² = 0,9514

1,5

1.000

CO2 (PPM)

CH4 (PPM)

2,5

1,0

CO2 = 11,802 ∙ t - 81,024 R² = 0,9755

0,5

500

0,0

0 0

100

150

200

TID (S) Figur 20: Målepunkt B-10 ved målekampagne 1, efter udvælgelse af data. Uden det "skæve" punkt passer regressionerne bedre, hvilket kan ses på R2-værdien.

Side 26 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

Gennemsnittet af mĂĽlepunkternes determinationskoefficienter ĂŚndrede sig ved udvĂŚlgelsen af data, som det ses i Tabel 7. I gennemsnit steg determinationskoefficienterne ved udvĂŚlgelse af data med 16 % af de oprindelige vĂŚrdier. I bilag 3, 8, 13, 18 og 23 er de punkter, der er taget ud af databehandlingen, markeret med rĂ¸dt. Tabel 7: Gennemsnitlige determinationskoefficienter for fluxmĂĽlinger. BemĂŚrk, at nogle af standardafvigelserne giver en Ă¸vre grĂŚnse for determinationskoefficienten, der er over 1,00. Dette kan aldrig vĂŚre tilfĂŚldet, hvorimod den nedre grĂŚnse er reel.

MĂ&#x2026;LEPUNKTER M1, CO2 M1, CH4 M2, CO2 M2, CH4 M3, CO2 M3, CH4 M4, CO2 M4, CH4 M5, CO2 M5, CH4

FĂ&#x2DC;R UDVĂ&#x2020;LGELSE EFTER UDVĂ&#x2020;LGELSE FORSKEL I % 0,85 Âą 0,29 0,96 Âą 0,05 13 0,59 Âą 0,41 0,80 Âą 0,31 36 0,82 Âą 0,32 0,95 Âą 0,13 16 0,66 Âą 0,38 0,86 Âą 0,26 30 0,89 Âą 0,29 0,97 Âą 0,11 9 0,60 Âą 0,40 0,81 Âą 0,30 35 0,94 Âą 0,19 0,96 Âą 0,16 2 0,61 Âą 0,37 0,65 Âą 0,37 6 0,83 Âą 0,23 0,92 Âą 0,17 11 0,81 Âą 0,27 0,93 Âą 0,15 15

Âľ

4.4.

0,76 Âą 0,13

0,88 Âą 0,10

Omregning af fluxe fra mĂĽlepunkter

Den mĂĽlte flux fra det enkelte mĂĽlepunkt Ă¸nskes omregnet til fluxen af kulstof pr. dag pr. kvadratmeter. For at opnĂĽ dette, multipliceres fluxen med voluminet af kammeret, hvorved det totale antal af kulstof-atomer udledt pr. sekund findes. Vha. idealgasligningen omregnes fra enkelte atomer til en samlet masse. Slutteligt divideres med kammerets bundareal for at fĂĽ udledning pr. kvadratmeter fremfor udledning pr. kammer. Dette ses herunder illustreret bĂĽde ved algebraisk og enhedsmĂŚssig udregning: đ?&#x2018;&#x192; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; â&#x201E;&#x17D; đ??˝0 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;6 đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161;â&#x2C6;&#x2019;1 Âˇ đ?&#x2018;&#x2030; Âˇ đ?&#x2018;&#x20AC;đ??ś Âˇ đ?&#x2018;&#x2021; Âˇ đ?&#x2018;&#x2026; Âˇ 60 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; Âˇ 60 Âˇ 24 â&#x201E;&#x17D; đ?&#x2018;&#x2018; đ??˝= đ??´ đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; â&#x201E;&#x17D; â&#x2C6;&#x2019;6 â&#x2C6;&#x2019;1 3 đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś s Âˇ 10 đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161; Âˇ đ?&#x2018;&#x161; Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; Âˇ đ??ž Âˇ đ?&#x2018;&#x161;3 Âˇ đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x161; Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; Âˇ â&#x201E;&#x17D; Âˇ đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś đ??ž Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; [đ??˝] = = 2 đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2018; Âˇ đ?&#x2018;&#x161;2 Herunder er gennemgĂĽet ovenstĂĽende udregning for CH4-fluxen i mĂĽlepunktet A1 fra M1 (se Bilag 1, 2, 3 og 4):

đ??˝=

7,85 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;2

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;6 đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161;â&#x2C6;&#x2019;1 Âˇ 2,15 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;2 đ?&#x2018;&#x161;3 Âˇ 12,0107 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; 8,61 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;2 đ?&#x2018;&#x161;2 1,0 đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018; Âˇ Î&#x2021; 86.400 3 đ?&#x2018;&#x161; Âˇ đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2018; 275,9 đ??ž Âˇ 8,206 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;5 đ??ž Âˇ đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;

đ??˝ = 0,9

Side 27 af 62

đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś đ?&#x2018;&#x2018; Âˇ m2

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

4.5.

Bestemmelse af total flux og oxidationseffektivitet

NĂĽr den totale flux fra biofilteret skal beregnes benyttes eget MATLAB-script (se afsnit 3.3.2). Scriptet benytter den grid-fil, som Surfer 8 benytter til at lave farvekort over biofilteret, ved at udregne det totale volumen af det tredimensionelle kort, som grid-filen danner. Nogle steder vil biofilteret dog optage fremfor udlede gas (isĂŚr metan), hvilket giver anledning til en negativ tredjekoordinat. SĂĽfremt negative fluxe medregnes i det totale volumen, vil et korrekt billede af den totale flux ikke opnĂĽs, da disse vil sĂŚnke den totale flux. For at undgĂĽ dette medregnes de negative fluxe for sig. For at MATALB kan lĂŚse Surfers grid-fil, ĂĽbnes grid-filen i Surfer og gemmes derefter som en .dat-fil. Scriptet ĂĽbnes derefter i MATLAB, hvorefter MATLAB vil bede om filnavnet. NĂĽr dette er angivet vil scriptet loade filen og gemme den som en matrix. Matricens rĂŚkker gennemgĂĽs nu en for en i en forlĂ¸kke. En if/else-sĂŚtning afgĂ¸r, om den tredje kolonne i rĂŚkken (som indeholder fluxen) er negativ eller 0. SĂĽfremt dette er tilfĂŚldet, sĂŚttes et midlertidigt volumen (tempvol) til 0, ellers sĂŚttes tempvol til fluxens vĂŚrdi. NĂĽr tempvol er defineret lĂŚgges tempvol til vol, som angiver det totale volumen. NĂĽr alle rĂŚkker er gennemgĂĽet (for-lĂ¸kken brydes), vil vol netop angive det totale volumen af det tredimensionelle kort. Dette er dog udregnet under antagelse af, at hvert punkt pĂĽ filteret svarer til 1 đ?&#x2018;&#x161;2 , mens det reelt er 1 đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161;2 = 1/10.000 đ?&#x2018;&#x161;2. Derfor deles vol med 10.000, hvorved den korrekte flux fra biofilteret opnĂĽs og printes, sĂĽ brugeren kan se den. Denne flux kan derefter indfĂ¸res i databehandlingen, og effektiviteten af biofilteret kan findes. For at kontrollere, hvorvidt MATLAB-scriptet er konstrueret rigtigt, er .dat-fil i Tabel 8 konstrueret. NĂĽr filen gennemlĂ¸bes af scriptet vil det nemt blive afslĂ¸ret, hvis MATLAB laver forkerte operationer. Derudover er fluxen regnet manuelt for at kontrollere resultatet. Filen er forsĂ¸gt konstrueret sĂĽledes at eventuelle fejl i MATLAB-scriptet vil vises meget tydeligt. Tabel 8: TĂŚnkt eksempel pĂĽ en .dat-fil, som benyttes til regneeksempel til validering af MATLAB-metode.

A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

B -500000 -500000 -500000 -500000 -500000 -500000 -500000 -500000 -500000 -500000

C -500000 -500000 -500000 -500000 -500000 -500000 -500000 -500000 -500000 -500000

-84 54 83 70 65 8 100 85 -12 0

Ved at lĂ¸be denne fil igennem scriptet fĂĽs, at đ??˝đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą = 0,0465, hvilket ogsĂĽ fĂĽs, hvis de positive tal i kolonne C summeres og divideres med 10.000. For den negative flux fĂĽs ved MATLAB-metoden đ??˝đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201D; = â&#x2C6;&#x2019;0,0096, hvilket igen er tilfĂŚldet, hvis de negative tal i kolonne C summeres og divideres med 10.000. Dermed er det valideret, at MATLAB-metoden er korrekt.

Side 28 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

NĂĽr effektiviteten af biofilterets evne til at oxidere metan til kuldioxid skal bestemmes, benyttes forskellen mellem indlĂ¸bsmĂŚngden og den totale flux ved simpel procentregning. Et regneeksempel fra M1 ses herunder: đ??˝đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; đ??˝đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą đ?&#x153;&#x201A;= Î&#x2021; 100 % đ??˝đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018;

đ?&#x153;&#x201A;đ??śđ??ť4 =

đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś â&#x2C6;&#x2019; 356 đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018; Î&#x2021; 100 % = 95 % đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś 7.705 đ?&#x2018;&#x2018;

7.705

Dermed var oxidationseffektiviteten for metan 95 % ved M1, svarende til at kun 5 % af metanen fra indlĂ¸bet blev udledt til atmosfĂŚren.

Side 29 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Resultater og diskussion

Ved alle målekampagner benyttes screeningen til at vurdere, om et område skal undersøges særligt grundigt med fluxmålinger – hvis der viser sig hotspots ved screeningerne, foretages der eventuelt ekstra målinger omkring dette målepunkt for at vise, om hotspottet er lokalt eller også påvirker de omkringliggende målepunkter. I dette projekt benyttes fluxmålingen ud over estimatet af den samlede flux endvidere til at undersøge, hvorvidt opbygningen af filteret er optimal. Fremkommer hotspots de samme steder mellem alle målekampagner kan det betyde, at metanen har særligt nemt ved at trænge igennem på dette punkt på filteret, hvilket er problematisk, da det mindsker den samlede effektivitet. Det ønskelige scenarie er, at fluxen over filteret er homogen, da det betyder, at gassen er ligeligt fordelt i biofilteret og dermed har lige muligheder for at blive oxideret. I det følgende gennemgås for hver målekampagne, hvordan emissionerne fordelte sig. Desuden redegøres, hvor det er relevant, for de fejlkilder der gælder specifikt for de enkelte målekampagner. En oversigt over datoerne for målekampagnerne ses i Tabel 9. Tabel 9: Datoerne for målekampagnerne. Alle målinger er foretaget i 2013.

MÅLEKAMPAGNE M1 M2 M3 M4 M5

DATO 8. marts 11. april 21. april 2. maj 24. maj

For at kvantificere tolkningen af resultaterne indføres det, at der er tale om et hotspot, såfremt fluxen i det givne målepunkt er 4 gange højere end den gennemsnittelige flux over filteret. Den gennemsnittelige flux vurderes ud fra de farvede kort, som laves i Surfer 8. Ved screeninger vurderes hotspots dog udelukkende på baggrund af farver, da koncentrationerne her varierer relativt lidt, hvilket derfor giver en kvalitativ fortolkning. Ligeledes defineres flux-kategorier, som er angivet i Tabel 10 til at kvantificere resultattolkningen yderligere. Grænserne er sat i forhold til målingerne i dette projekt, og derfor er det ikke sikkert, at kategorien ”meget høj flux” også kategoriseres som meget høj i andre studier. Bemærk desuden, at farveskalaen ikke er ens på de forskellige kort. Dermed gør farverne de enkelte målepunkter i samme målekampagne sammenlignelige, men ikke alle målekampagnerne indbyrdes sammenlignelige.

Side 30 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸ Tabel 10: Oversigt over kategorier, som benyttes i resultattolkningen af fluxmĂĽlingerne.

KATEGORI MEGET LAV FLUX LAV FLUX MIDDEL FLUX HĂ&#x2DC;J FLUX MEGET HĂ&#x2DC;J FLUX

INTERVAL, METAN-FLUXE đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ??ť4 Âđ??ś <1 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ??ť4 Âđ??ś 1â&#x2C6;&#x2019;3 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ??ť4 Âđ??ś 3â&#x2C6;&#x2019;7 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ??ť4 Âđ??ś 7 â&#x2C6;&#x2019; 10 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ??ť4 Âđ??ś > 10 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018;

INTERVAL, KULDIOXID-FLUXE đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ??ś < 200 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ??ś 200 â&#x2C6;&#x2019; 500 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ??ś 500 â&#x2C6;&#x2019; 800 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ??ś 800 â&#x2C6;&#x2019; 1000 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ??ś > 1000 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018;

Til at undersĂ¸ge bĂĽde screeninger og fluxmĂĽlinger opstilles fĂ¸lgende generelle hotspot-scenarier. 1. Relativt hĂ¸j metanog lav kuldioxid-flux o Dette mĂĽ betyde, at gennemtrĂŚngeligheden er hĂ¸j og effektiviteten er lav. Gassen strĂ¸mmer dermed hurtigt gennem filteret, og nĂĽr ikke at blive oxideret. Dette scenarie kaldes et CH4-hotspot. 2. Relativt lav metanog hĂ¸j kuldioxid-flux o Dette mĂĽ betyde, at der er hĂ¸j gennemtrĂŚngelighed og hĂ¸j effektivitet, idet gassen strĂ¸mmer nemt gennem filteret, men alligevel oxideres. Dette scenarie kaldes et CO2hotspot. 3. Relativt hĂ¸j metanog hĂ¸j kuldioxid-flux o Dette mĂĽ betyde, at gennemtrĂŚngeligheden er hĂ¸j, da meget gas strĂ¸mmer gennem filteret her. Til gengĂŚld er effektiviteten relativt lav, da gassen ikke oxideres. Dette scenarie kaldes et LFG-hotspot og er en kombination af et CH4- og CO2-hotspot. 4. Relativt lav metanog lav kuldioxid-flux o Dette mĂĽ betyde, at gennemtrĂŚngeligheden er lav, da gassen strĂ¸mmer langsomt igennem filteret. Effektiviteten er, enten grundet opholdstid eller andre faktorer, relativt hĂ¸j, da meget gas oxideres. Der er i dette scenarie ikke tale om et hotspot, og scenariet er, jf. ovenstĂĽende afsnit, det Ă¸nskelige.

Side 31 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

5.1.

Første målekampagne (M1)

Det skal bemærkes, at der ved denne målekampagne ikke er et resultat for screeningen, da apparaturet i dette tilfælde ikke virkede korrekt. Derfor blev der udvist særlig opmærksomhed under fluxmålingerne (se Figur 21), således at eventuelle hotspots blev opdaget.

Figur 21: Farvekort over fluxmålinger foretaget ved første målekampagne, M1. Bemærk, at fordelingskammeret er syd for filteret (dvs. nederst på figuren). Der kunne ikke foretages screeninger ved denne målekampagne.

Det bemærkes, at der generelt er en meget lav flux for både metan og kuldioxid, hvilket tyder på et relativt effektivt og homogent filter. Dog ses det, at især for kuldioxid forekommer den største flux gennem den sydlige del af filteret. Dette kan skyldes, at gassen ikke når at fordeles op i den nordlige ende, da den ledes til den sydlige ende først. Der ses tre CO2-hotspots ved denne målekampagne, og alle tre er i den sydlige del af filteret (A-2, C-2 og A-10). For metan ses det, at der kun er to hotspots, hvoraf det ene er et LFG-hotspot (D-10). Det nordøstlige hotspot (D-10) er desuden højt (9 g CH4C/m2/d), hvorfor der er foretaget ekstra målinger omkring dette både i denne og følgende målekampagner. Alt tyder på, at CH4-hotspottet er lokalt men med en høj flux. I de følgende målekampagner har der været opmærksomhed på dette målepunkt og målepunkterne omkring det, for at se, om hotspottet er så lokalt, som det ser ud til, samt om det er midlertidigt eller permanent.

Side 32 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

5.1.1.

Fejlkilder ved M1

Flowmeteret pĂĽ pumpe 1 virkede ikke ved denne mĂĽlekampagne, hvorfor det samlede flow fra pumpe đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;

1 gav đ??š1 = 0 . Dette er ikke korrekt, da selve pumpe 1 virkede og kun flowmeteret var i stykker. Der blev derfor taget et gennemsnit af flowet fra samme pumpe fra de Ă¸vrige mĂĽlekampagner til at kunne bestemme indlĂ¸bsflowet. Dette giver selvfĂ¸lgeligt anledning til en fejlmargen, da det ikke er sikkert, at en middelvĂŚrdi er reprĂŚsentativ for flowet pĂĽ denne dag. Det blev, som nĂŚvnt i afsnit 4.2, observeret, at flowet varierede for hver pumpe, men generelt var konstant. Det vurderes derfor, at fejlkilden er tilstrĂŚkkelig lille til, at en gennemsnitsvĂŚrdi er acceptabel til brug i databehandlingen. Det skal nĂŚvnes, at flowet kun blev benyttet til at udregne đ??˝đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; , hvorfor fluxene ikke pĂĽvirkes af denne beslutning. Det skal bemĂŚrkes, at temperaturen ved denne mĂĽlekampagne lĂĽ 2,3 Â°C under INNOVAâ&#x20AC;&#x2122;s pĂĽlidelige mĂĽleinterval (se bilag 2). Dette kan betyde, at fluxmĂĽlingen ikke er helt prĂŚcis. Dog forventes det, at forholdet mellem fluxene er korrekt. Det kan dog stadig betyde, at den totale flux estimeres uprĂŚcist. Vejret op til mĂĽlekampagnen var forholdsvis tĂ¸rt og koldt med flere dage med frost i ugerne op til mĂĽlingen. Det betyder mĂĽske, at filteret ikke har indeholdt tilstrĂŚkkelige mĂŚngder vand, hvorfor de metanofile bakterier i filteret kan have haft en hĂŚmmet aktivitet. Kulden kan ligeledes have mindsket effektiviteten af bakterierne i de Ă¸verste lag af filteret, hvilket kan have pĂĽvirket oxidationseffektiviteten negativt.

Side 33 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

5.2.

Anden målekampagne (M2)

Under screeningen ved M2 var det nødvendigt at rekalibrere FID flere gange undervejs. Dette ses tydeligt på Figur 22, som viser screeningsresultaterne. Det ses, at der er foretaget en kalibrering i den vestlige ende, og endnu en i den østlige ende. Dog bemærkes det, at der kunne være tale om et CH4hotspot omkring målepunktet D,E-10. Ligeledes observeres der ved screeningen et CO2-hotspot i det sydøstlige hjørne (A-9,5 og A-10,5), som det også var tilfældes ved M1. Slutteligt bemærkes, at der observeres et CO2-hotspot i den vestlige ende af biofilteret (B-0,5).

Figur 22: Farvekort over screeninger foretaget ved anden målekampagne, M2.

Det bemærkes, at der ved fluxmålingerne (se Figur 23) er lave fluxe for både metan og kuldioxid. Endvidere observeres CO2-hotspots med middel til høje fluxe (A-2, C-7 og E-7) samt enkelte meget høje (A-7 og D,E-10) spredt over hele filteret. De findes omtrent samme steder, som det var tilfældes ved M1, dog med enkelte ekstra. Ved M1 blev der observeret et hotspots i det sydøstlige hjørne (A-10), men dette er nu forsvundet men dog erstattet af et CH4-hotpot. Generelt findes der middel til høje CH4-fluxe i den østlige del af filteret. Dette skyldes måske filterets opbygning, hvor måleproper netop løber ud fra den østlige kant, hvorfor denne kan være mere gennemtrængelig.

Side 34 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

Figur 23: Farvekort over fluxmĂĽlinger foretaget ved anden mĂĽlekampagne, M2. Den lilla ring pĂĽ metan-kortet markerer mĂĽlepunktet D,E 10, som er blevet nedsat til 10 % af sin oprindelige vĂŚrdi for at modvirke overvurdering af vĂŚrdien i de Ă¸vrige punkter i den videre databehandling.

Det bemĂŚrkes, at det meget hĂ¸je CH4-hotspot ved D,E-10 fortsat er til stede, og endda er blevet meget stĂ¸rre. Netop dette mĂĽlepunkt er pĂĽ denne graf kun 10 % af mĂĽlepunktets egentlige flux. Den egentlige vĂŚrdi er ikke benyttet, da det fĂ¸rer til en overvurdering af filteres totale flux, da mĂĽlepunktet tillĂŚgges for stor vĂŚrdi i forhold til de omkringliggende mĂĽlepunkter ved Kriging (se Bilag 9 for â&#x20AC;?rĂĽâ&#x20AC;? fluxe). Netop 10 % er valgt, da de omkringliggende mĂĽlepunkter har en flux pĂĽ omtrent 5 % af D,E-10, og derved bevares hotspottet, men det overvurderes ikke. FĂ¸r denne ĂŚndring blev foretaget, var biofilterets oxidationseffektivitet đ?&#x153;&#x201A; = 80 %, hvor ĂŚndringen i dette mĂĽlepunkt betyder, at đ?&#x153;&#x201A; = 92 %. Det vurderes, at ingen af disse vĂŚrdier er fuldstĂŚndig korrekte, hvorfor oxidationseffektivitet vurderes til reelt at vĂŚre i intervallet đ?&#x153;&#x201A; = 85 â&#x2C6;&#x2019; 90 %. Det bemĂŚrkes, at der ved dette mĂĽlepunkt nu ogsĂĽ observeres hĂ¸j CO2-flux, hvilket tyder pĂĽ et LFG-hotspot. Generelt er der spredt kuldioxid-hotspots over hele filteret, hvor det for metan kun observeres i den Ă¸stlige del. Det kan hĂŚnge sammen med opbygningen af filteret i den Ă¸stlige del, der er mere gennemtrĂŚngelig grundet de multiporte, som er nedlagt i jorden.

Side 35 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

5.2.1.

Fejlkilder ved M2

I døgnet op til målingen havde det regnet meget, hvilket gjorde filterets overflade meget mudret. Det er derfor sandsynligt, at vi har påvirket filteret meget ved at gå på det (meget mudder satte sig fast på sneskoene). Ligeledes kan regnen have skubbet fugtighedsbalancen i filteret i en sådan grad, at der ses en lavere oxidationseffektivitet, da de metanotrofe bakterier ikke længere har optimale forhold. Ved denne målekampagne var gennemsnitstemperaturen desuden under 5 ˚C og dermed under INNOVA’s optimale måletemperatur (gennemsnitstemperaturen var 3,2 ˚C). Dette kan, som ved M1, resultere i, at den totale flux estimeres upræcist. Derudover måtte FID rekalibreres flere gange undervejs, hvilket giver en upræcis screening.

5.3.

Tredje målekampagne (M3)

Det ses på Figur 24, at screeningen for M3 viser en relativt homogen flux-fordeling. Dog er der en svag tendens til, at CO2-fluxen er samlet i midten af filteret, og CH4-fluxen er størst i den vestlige del af filteret. Der er relativt lave koncentrationer, hvorfor det forventes, at filteret er relativt effektivt.

Figur 24: Farvekort over screeninger foretaget ved tredje målekampagne, M3.

Dette kan tyde på, at vejret siden sidste målekampagne har givet mere optimale forhold for filteret. Siden M2 er vejret blevet mere varieret, således at der kommer jævne mængder regn og højere temperaturer. Det kan give mere optimale forhold for de metanotrofe bakterier.

Side 36 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Figur 25: Farvekort over fluxmålinger foretaget ved tredje målekampagne, M3.

Af Figur 25 ses det, at der generelt er tale om meget lave fluxe ved denne målekampagne. Ligeledes bemærkes det, at der ikke er nogen hotspots ved denne målekampagne, på trods af, at der er tendens til inhomogenitet. Dette betyder, at de tidligere observerede hotspots er forsvundet, uden at der er foretaget nogle konstruktionsmæssige ændringer ved filteret mellem kampagnerne. Det skal dog bemærkes, at det før M2 ikke havde regnet længe, og regnede under M2. Mellem M2 og M3 har vejret været omskifteligt, hvorved filteret måske har opnået en balance mellem temperatur og fugtighed.

Side 37 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

5.4.

Fjerde målekampagne (M4)

Det ses af Figur 26, at der fortrinsvis forekommer en kuldioxid-flux gennem den sydlige del af biofilteret. Dette stemmer overens med det, som er observeret tidligere – bl.a. i M1. Det kan skyldes, at gassen ledes ind i den sydlige del (se Figur 5), og måske ikke fordeler sig optimalt ud i resten af filteret. Dog er det ikke noget, der observeres konsekvent i de forskellige målekampagner. Det skal bemærkes, at der er foretaget en rekalibrering af FID efter ca. 10 meter fra den vestlige kant, hvorfor metan-fluxen er svær at afgøre. Rekalibreringen afspejler sig tydeligt på grafen for metan-screeningen, ved et skift i farve ved A-4.

Figur 26: Farvekort over screeninger foretaget ved fjerde målekampagne, M4.

Vejret op til M4 var præget af tørvejr og solskin, men dog med nogle kolde nætter. Dette kan igen tyde på, at der er stabile forhold for bakterierne, hvorfor de opnår gunstige forhold. Det ses af Figur 27, at der mod forventning er størst kuldioxid-flux gennem den nordlige ende af filteret, hvor et hotspot findes i E-7. Dog skal det bemærkes, at der (som ved M3) forekommer meget lav til lav emission af kuldioxid og meget lave metan-fluxe over hele filteret (også i hotspots). Netop metanfluxen giver også anledning til et par hotspots, men da disse har lave fluxe, har de ikke nogen stor betydning. M4 er dermed, som M3, et billede på det ønskelige scenarie, hvor der er jævn spredning af fluxen (dvs. et homogent biofilter) og lave fluxe.

Side 38 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Figur 27: Farvekort over fluxe ved fjerde målekampagne, M4.

5.5.

Femte målekampagne (M5)

Ved denne målekampagne fungerede FID ikke optimalt, hvilket gjorde det umuligt at foretage en metan-screening. Derfor ses udelukkende kuldioxid-screeningen på Figur 28. Her ses det, at der ses en nogenlunde jævn fordeling af kuldioxid-koncentrationen over biofilteret, hvor der dog er mulighed for et hotspot i midten af filteret (omkring C-5,5).

Figur 28: Farvekort over screeningen ved M5. Der kunne ved denne målekampagne kun foretages kuldioxid-screening.

Side 39 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Også i M5 ses meget lave til lave emissioner for både kuldioxid og metan over hele filteret. Overensstemmelsen mellem målepunkter med relativt høje emissioner skal bemærkes, idet alle målepunkter emitterer både kuldioxid og metan. Dette tyder på, at filteret i disse områder er meget gennemtrængeligt, hvorfor begge gasser emitteres i disse målepunkter. Det skal bemærkes, at der er flere hotspots, men blot ét hotspot er meget fremtrædende (E-7). For at forbedre oxidationseffektiviteten kan det overvejes, om dette hotspot skal repareres. Men da der er tale om lave fluxe, vil det muligvis ikke kunne betale sig med den nuværende belastning.

Figur 29: Farvekort over resultaterne fra fluxkammermålingerne ved M5.

Side 40 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

5.5.1.

Fejlkilder ved M5

I ugen op til målekampagnen har det regnede det ca. 30 mm samtidigt med, at det var varmt. Dette gav gode betingelser for plantevækst (se Figur 30), hvorfor biofilteret var tilgroet ved kampagnen. Det var derfor nødvendigt at fjerne planterne ved målepunkterne for at kunne fortage målingerne. Det er ikke undersøgt, hvilke effekter planter kan have på et biofilter, hvorfor det er svært at afgøre konsekvenserne af disse. Det er dog muligt, at planterne skaber mere åben passage gennem biofilteret (gennemtrængeligheden øges), hvilket nedsætter effektiviteten. Desuden kan planternes respiration skabe anoxiske forhold, hvilket kan mindske oxidationen og dermed også effektiviteten. For at afdække, om dette er tilfældet, kræves yderligere studier.

Figur 30: Vejrforholdene op til M5 havde givet optimale forhold for plantevækst. Her er planterne ca. 20 cm høje. Efterfølgende er planterne vokset til ca. 150 cm.

Det er desuden observeret, at der ikke er så kraftig plantevækst i områderne omkring hotspots, som på resten af filteret. Dette bekræfter, at planterne kan blive udsat for asfyksi ved høje fluxe af metan og kuldioxid. På Figur 31 ses et billede, hvor dette observeres.

Figur 31: Målepunkt D,E-10, hvor der tidligere er observeret et hotspot (M2 og M4). Her ses ikke så kraftig plantevækst som på resten af filteret.

Side 41 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

5.5.2.

Forsøg med inert sporgas (freon134a)

I forbindelse med M5 er der udført et forsøg med den inerte sporgas freon134a. I indløbet er der indledt et stabilt flow af sporgassen, hvilket sikrer homogen tilførsel til filtret. Sporgassen har været indledt i filteret i flere dage op til forsøget, hvorfor det kan antages, at der er indstillet en ligevægtstilstand. Samtidigt med brugen af INNOVA til M5 har INNVOA målt freon134a, hvorved et billede af den samlede flux af freon134a over biofilteret kan dannes. Emissionsfordelingen ses på Figur 32.

Figur 32: Farvekort over fluxen af freon134a ved M5 (databehandling lavet af Filippo Cassini, 2013).

Det ses af Figur 32, at målepunktet E-7 reelt har en høj gasflux, hvorfor gennemtrængeligheden i dette målepunkt er høj. Derudover ses det, at steder med høj freon134a-flux også har relativt høje metanog kuldioxid-fluxe, hvorfor filteret ikke er mindre effektivt i disse områder men blot mere gennemtrængeligt. I et sideløbende studie af cand.polyt. Filippo Cassini er netop denne måling analyseret, hvor det er fundet, at den totale flux kun er 5 % højere end indløbet. Dette tyder på, at ingen gas forlader biofilteret gennem diffuse udledninger, hvorfor det er rimeligt at antage dette. Det er forsøgt eftervist i nærværende studie, og en total flux på ca. 140 % over indløbsmængden er fundet. Dette kan skyldes forskelle i de to beregningsmetoder: I nærværende studie benyttes MATLAB (se afsnit 4.5), hvor Cassini benytter Surfer til laginddeling. Desuden medtages kanten af filteret ikke i modsætning til nærværende studie. Laginddelingsmetoden i Surfer vil vi ikke blive nærmere beskrevet i denne rapport, men den metode vil overestimere fluxen, hvilket ikke forklarer forskellen. Dog kan den store forskel forklares ved, at filterets fulde areal (inkl. kanten) medregnes i nærværende studie. Netop i kanten er de største fluxe observeret, hvorfor der bør observeres en højere total flux. Det forklarer dog ikke, at der findes en flux på 140 % over indløbet. Dette tyder enten på, at beregningsmetoden eller antagelsen om jævnt indløbsflow er forkert. Det har ikke været muligt at finde fejl i beregningsmetoden og desuden stemmer alle andre resultater fundet ved samme metode overens med forventninger og tidligere studier (se Tabel 11 og Tabel 12). Derfor må det antages, at fejlen findes i indløbsflowet, hvorfor data fra forsøget med freon134a ikke benyttes yderligere.

Side 42 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

5.6.

Fejlkilder og usikkerheder

Udstyret, der blev anvendt til overfladescreeninger, er ikke beregnet til de koncentrationer, der blev målt på, hvorfor resultaterne blev meget usikre. FID er primært beregnet til at måle høje metankoncentrationer ved f.eks. udslip fra naturgasledninger. Dette bevirker, at FID ikke egner sig så godt til måling af lave udsving i metan-koncentrationer som skulle måles i screeningerne. Derfor vurderes det, at metan-screeningen ikke er pålidelig nok til at lave estimater over den samlede emission, hvorimod screeningen kan benyttes til at indikere hotspots. Desuden var det nødvendigt at rekalibrere FID flere gange under screeningerne, da apparatet bl.a. viste fejlmeddelelser eller negative og højst usandsynlige værdier. Ved rekalibrering af instrumentet var det flere gange tydeligt, at der ikke blev brugt samme nulpunkt som ved de forgående målinger, hvorved målinger taget efter rekalibreringen ikke var direkte sammenlignelige med de øvrige målinger i samme målekampagne. De steder, hvor koncentrationen afveg signifikant (1-2 ppm) efter rekalibreringen, blev de målte værdier om muligt justeret efter forskellen eller et gennemsnit blev anvendt. En rent praktisk fejlkilde, som dog ikke vurderes at have lige så stor betydning for resultatet af screeningerne som måleusikkerhederne i selve udstyret, er den højde over jorden, som målingerne blev taget i. Begge typer screeninger blev foretaget ved at holde udstyret tæt ned mod jorden, for at måle den koncentration, som fluxen gav anledning til umiddelbart over filteret. Hvis en måling blev foretaget højere oppe end de andre, og dermed længere fra emissionskilden, ville den vise en lavere koncentration. Under feltarbejdet blev denne usikkerhed forsøgt minimeret, og det vurderes, at forskellen lå inden for få centimeter. Ved fluxkammermålinger vurderes det, at måleusikkerhederne i selve udstyret kan negligeres, da praktiske menneskelige fejlkilder i forbindelse med forsøget vurderes at have en langt større indvirkning på resultaterne. De største fejlkilder lå i placeringen af fluxkammeret samt i færdsel på filterets overflade. Hvis kammeret ikke sluttede tæt mod biofilterets overflade, kunne der slippe gas ud og ind af kammeret, hvilket ville resultere i en kunstigt lav flux. Færdsel på filteret resulterede i fordybninger og ændringer i materialets gennemtrængelighed, hvilket kunne ændre de veje, gassen lettest kunne strømme gennem filteret, og dermed enten forstærke eller formindske hotspots. Påvirkningen af filterets overflade blev forsøgt minimeret ved hjælp af snesko, men det var ikke muligt fuldstændig at undgå at påvirke systemet. Generelt var vejrforholdene en betydelig faktor i dataindsamlingen. Især blæst kunne genere screeninger, da man ikke havde stabile koncentrationer af gasserne over biofilteret. Dette blev forsøgt modvirket ved at stille sig med ryggen mod vinden for at afskærme udstyret. Ligeledes kan blæsten have en indvirkning på fluxkammeret, såfremt dette ikke slutter tæt. Andre vejrforhold gav muligvis også udsving i målingerne, men det var ikke muligt at tage højde for.

Side 43 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

I databehandlingen med Kriging-metoden blev det antaget, at der var lineære gradienter mellem fluxene i målepunkterne, hvilket i nogle tilfælde overestimerer fluxene omkring et hotspot, hvis det observerede hotspot er meget lokalt, og således ikke er i lineær sammenhæng med de omkringliggende målepunkter. Dette blev forsøgt afværget ved at lave flere målinger omkring hotspots, for at afsløre, om de var lokale, men det lykkedes ikke altid (jf. målepunkt D,E-10 i M2). Særligt i randområderne er var der en udfordring ved beregningsmetoden: såfremt en relativt høj flux blev målt i et randområde (se Figur 12) ville Surfer antage, at denne flux var gældende helt til kanten af biofilteret, hvorfor fluxen blev overestimeret. Dette ville undervurdere filterets oxidationseffektivitet. På trods af, at screeningerne ikke var pålidelige og fluxkammermålingerne krævede udvælgelse af de mest brugbare data, var usikkerhederne ikke større end, at der stadig kan drages relativt pålidelige konklusioner på baggrund af dem.

Side 44 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

5.7.

Samlet diskussion samt vurdering af ĂĽrlig miljĂ¸besparelse

I Tabel 11 ses en oversigt over resultaterne fra mĂĽlekampagnerne. Det ses, at indlĂ¸bet (đ??˝đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; ) for metan svinger mellem 6.000 đ?&#x2018;&#x201D; đ??ś/đ?&#x2018;&#x2018; og 8.000 đ?&#x2018;&#x201D; đ??ś/đ?&#x2018;&#x2018;. Selvom indlĂ¸bet har disse udsving, ligger oxidationseffektiviteten (đ?&#x153;&#x201A;) alligevel stabilt. Biofilterets oxidationseffektivitet er lavest vurderet til 85 % (M2). Ved resten af mĂĽlekampagnerne blev effektiviteten bestemt til mindst 95 %. Denne stabile, hĂ¸je oxidationseffektivitet, giver en gennemsnitsbesparelse pĂĽ 201 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E;/đ?&#x2018;&#x2018; over de fem mĂĽlekampagner. Da der kun er fem mĂĽlekampagner, er det dog ikke muligt entydigt at konkludere, om forskellene i oxidationseffektivitet skyldes miljĂ¸mĂŚssige faktorer sĂĽsom temperatur, vind, atmosfĂŚriske trykĂŚndringer, etc., eller om det er rent tilfĂŚldige variationer. Tabel 11: Samlet oversigt over resultaterne fra emissionsmĂĽlinger. đ?&#x153;&#x201A; er oxidationseffektiviteten og đ?&#x203A;˝er den samlede reduktion i drivhusgasbelastning. đ?&#x153;&#x17D; er standardafvigelsen.

MĂ&#x2026;LEKAMPAGNE

đ?&#x2018;ąđ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2026; [g C/d]

đ?&#x2018;ąđ?&#x2019;&#x2022;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2022; [g C/d]

đ?&#x153;ź [%]

đ?&#x153;ˇ

M1 M2 M3 M4 M5

CH4 7.705 8.066 7.020 6.011 6.386

CO2 6.082 4.537 6.265 6.824 7.044

CH4 356 620 39 30 313

CO2 90.130 90.821 36.476 40.887 33.963

CH4 95 92 99 99 95

CO2 -1.382 -1.902 -482 -499 -382

[g C/d] 7.349 7.446 6.982 5.981 6.073

[kg CO2-eq/d] 218 221 208 178 181

Âľ đ??&#x2C6;

7.038 863

6.150 984

272 220

42.455 30.733

96 3

-924 602

6.766 697

201 20

Den stabile, hĂ¸je oxidationseffektivitet giver grund til at tro, at biofilteret har stĂ¸rre oxidationspotentiale, end der bliver udnyttet nu. Filteret er netop heller ikke designet med henblik pĂĽ at give stĂ¸rst mulig miljĂ¸gevinst, men derimod med forskning som hovedformĂĽl. SĂĽledes er der sandsynligvis potentiale for at lede endnu mere LFG ind i filteret og stadig se en hĂ¸j oxidationseffektivitet. Dette vil kunne testes ved enten at tilkoble endnu en perkolatbrĂ¸nd eller mere simpelt ved at lede metan ind i filteret fra trykflasker, hvorved kapaciteten kan bestemmes. Ved M1 og M2 er den mĂĽlte đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 flux over filteret over dobbelt sĂĽ hĂ¸j som for resten af mĂĽlekampagnerne. Dette kan til dels skyldes, at der ved disse to mĂĽlekampagner har vĂŚret en hĂ¸jere koncentration af đ??śđ??ť4 i indlĂ¸bet. Dog burde denne stigning i đ??śđ??ť4 ikke fĂĽ đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 -fluxen gennem filteret til at stige sĂĽ meget, som det er mĂĽlt. En anden mulig forklaring er, at komposten i biofilteret er modnet over tid, og respirationen derfor er mindre. Det er dog et meget markant fald, hvorfor denne forklaring ikke kan stĂĽ alene, idet det ikke vurderes at komposten modnes sĂĽ hurtigt. Det er derfor mere sandsynligt, at ĂŚndringer i vejrforholdene og dermed bakteriernes leveforhold, er grund til det bratte fald. At de to fĂ¸rste mĂĽlekampagner har sĂĽ hĂ¸je fluxe for kuldioxid bidrager desuden til en stor spredning af data, hvilket ses af den hĂ¸je standardafvigelse (đ?&#x153;&#x17D;).

Side 45 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

Det ses, at den totale flux har en relativt stor spredning mellem de forskellige mĂĽlekampagner. Bl.a. ses dette tydeligt ved Âľđ??˝đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą = 272 Âą 220

đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ??ť4 â&#x2C6;&#x2019;đ??ś . En standardafvigelse sĂĽ tĂŚt pĂĽ middelvĂŚrdien viser, đ?&#x2018;&#x2018;

at đ??˝đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą antager meget spredte vĂŚrdier, idet der mĂĽles fluxe bĂĽde langt under og langt over middel. Betragtes dog selve talvĂŚrdien, mĂĽ det bemĂŚrkes, at der er tale om sĂĽ fĂĽ gram, sĂĽ det bĂĽde kan skyldes mĂĽle- og databehandlingsusikkerheder samt tilfĂŚldige variationer i biofilterets oxidationseffektivitet, hvorfor det ikke tillĂŚgges nogen stor betydning. Ved hver mĂĽlekampagne er besparelsen (đ?&#x203A;˝) ved metanoxidation i biofilteret udregnet (se Tabel 11). Det ses, at denne besparelse ligger forholdsvis stabilt for hver mĂĽlekampagne over det kvartal, hvor mĂĽlekampagner er foretaget. Fra tidligere studier (Cassini, 2013), vides det at filterets effektivitet ligger i samme niveau, hen over vinteren. Det antages derfor, at filterets effektivitet vil ligge stabilt hele ĂĽret. Dette skyldes, at der observeres udsving i belastningen af filteret under mĂĽlekampagner, uden at disse udsving nedsĂŚtter effektiviteten af filteret. Dermed er den totale besparelse: đ?&#x203A;˝ = 201

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E; đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 Âđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E; đ?&#x2018;&#x192;đ??¸ â&#x2C6;&#x2122; 365,25 = 71,6 â&#x2030;&#x2026;9 đ?&#x2018;&#x2018; ĂĽđ?&#x2018;&#x; ĂĽđ?&#x2018;&#x; ĂĽđ?&#x2018;&#x;

1 person-ĂŚkvivalent (PE) er sat til 7,73 ton CO2-eq pr. ĂĽr (Olsen, 2011). Det skal dog bemĂŚrkes, at vĂŚrdien af en personĂŚkvivalent varierer mellem forskellige kilder. Det er ikke nogen overvĂŚldende stor reduktion i deponiets klimabelastning, men det hĂŚnger sammen med, at det kun er et pilotprojekt. Klimabesparelsen vil sandsynligvis vĂŚre vĂŚsentligt stĂ¸rre ved en fuldstĂŚndig implementering, hvor al deponigassen tilkobles et biofilter. Til sammenligning med nĂŚrvĂŚrende projekt vises i Tabel 12 resultaterne for fluxkammermĂĽling af biofilteret pĂĽ AV MiljĂ¸ foretaget d. 25. januar 2013 (Cassini, 2013). Det ses, at disse resultater ligger i samme niveau som mĂĽlinger foretaget ved nĂŚrvĂŚrende studie. IndlĂ¸bet (đ??˝đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; ) har samme vĂŚrdi i de to studier. Det ses dog, at fluxen over filteret (đ??˝đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą ) er lavere. IsĂŚr kuldioxid-fluxen er lavere, end det er observeret i dette projekt. Dette kan skyldes, at temperaturen d. 25. januar 2013 i gennemsnit var -5 Â°C. Dette kan have nedsat respirationen i biofilteret og derved har denne ikke haft et sĂĽ stort bidrag til kuldioxid-fluxen gennem filtet. En anden mulig forklaring er, at metoden til databehandlingen af resultaterne er ikke ens i de to studier. Tabel 12: Resultater fra mĂĽlekampagne foretagen d. 25. januar 2013 (Cassini, 2013).

đ?&#x2018;ąđ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2026; [g C/d] CH4 CO2 6.936 6.127

đ?&#x2018;ąđ?&#x2019;&#x2022;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2022; [g C/d] CH4 CO2 19 25.929

đ?&#x153;ź [%] CH4 100

đ?&#x153;ˇ CO2 -308

[g C/d] 6.917

[kg CO2-eq/d] 206

Side 46 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

5.7.1.

Beregning af respiration

Den CO2-udledning, der overstiger indlĂ¸bsmĂŚngden, kan ikke udelukkende forklares ved oxidation af metan. For eksempel: Ved M4 nedbrydes 5.981 g CH4-C/d til CO2-C. Hertil lĂŚgges indlĂ¸bsflowet af CO2-C, sĂĽ den forventede CO2-flux ud af filteret er: Jđ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ą = Jđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018; + đ?&#x203A;˝ = 6.824

đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś + 5.981 = 12.805 đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018;

Men den CO2-flux, der er mĂĽlt ud af filteret, er 40.887 g CO2-C/d, og dermed mĂĽ resten vĂŚre dannet pĂĽ anden mĂĽde end ved metanoxidationen. Det mĂĽ skyldes, at mikroorganismerne i komposten respirerer organisk materiale. đ??˝đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x20AC;đ??ľ = đ??˝đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą â&#x2C6;&#x2019; đ??˝đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ą = 40.887

đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś â&#x2C6;&#x2019; 12.805 = 28.082 đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018;

Det Ă¸nskes beregnet, om det er realistisk, at sĂĽ stor en andel af CO2-fluxen stammer fra respiration, eller om det derimod tyder pĂĽ en fejl i massebalancen. I et tidligere studie (De Schoenmaeker, 2013) er det blevet undersĂ¸gt, hvor stor respirationen er i komposten fra biofilteret ved AV MiljĂ¸. Respirationsraten blev vist afhĂŚngig af temperaturen, hvilket ses i Tabel 13. Respirationen beregnes ud fra temperaturerne ved M4, da dette er en af de mĂĽlekampagner, hvor der findes flest temperaturmĂĽlinger i dybden. Da der ikke er installeret termometre i det dybeste lag af biofilteret (90-95 cm), antages det her, at temperaturen er identisk med den i det overliggende jordlag (50-90). Dog er den reelle temperatur i det nederste lag sandsynligvis endnu hĂ¸jere. Biofilteret er delt op i lag med en tilhĂ¸rende temperatur og respirations rate. Respirationen i hvert lag beregnes ud fra formlen (her et eksempel fra de Ă¸verste 20 cm ved M4): đ??˝đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ą = đ?&#x153;&#x2020; Î&#x2021; đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x201D; Î&#x2021; đ?&#x153;&#x152; đ?&#x2018;&#x201D;đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 đ?&#x2018;&#x201D; â&#x201E;&#x17D; đ?&#x2018;&#x201D; đ??˝đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; = 6 Î&#x2021; 502 đ?&#x2018;&#x161;2 Î&#x2021; 0,2 đ?&#x2018;&#x161; Î&#x2021; 505.000 3 Î&#x2021; 24 = 7.295 đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; đ?&#x2018;Ą Î&#x2021; â&#x201E;&#x17D; đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D;đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 7.295 đ?&#x2018;&#x2018; Î&#x2021; đ?&#x2018;&#x20AC; = 1.989 đ?&#x2018;&#x201D; đ??ś đ??˝đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; = đ??ś đ?&#x2018;&#x20AC;đ??śđ?&#x2018;&#x201A;2 đ?&#x2018;&#x2018; Det benyttes, at tĂ¸rdensiteten for kompost er 505 2

overfladeareal er mĂĽlt til 502 m .

Side 47 af 62

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x161;3

(Pedersen, et al., 2010) samt at filterets

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi Tabel 13: Temperatur, respirationens rate og respiration i de forskellige lag af biofiltret ved M4. Respirationsraterne er fundet af (De Schoenmaeker, 2013).

DYBDE I KOMPOSTEN [đ?&#x2019;&#x201E;đ?&#x2019;&#x17D;] 0-20 20-50 50-90 90-95

TEMPERATUR [Â°đ?&#x2018;Ş]

RESPIRATIONSRATE đ?&#x2019;&#x2C6;đ?&#x2018;Şđ?&#x2018;śđ?&#x;? [ ] đ?&#x2019;&#x2C6;đ?&#x2019;&#x192;đ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2021;đ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2022;đ?&#x2019;&#x2020;đ?&#x2019;&#x201C; Î&#x2021; đ?&#x2019;&#x2030; 14 11 33 33

TOTAL

6 5 16 16

đ?&#x2018;Şđ?&#x2018;śđ?&#x;? GENERERET đ?&#x2019;&#x2C6;đ?&#x2018;Ş [ ] đ?&#x2019;&#x2026; 1.989 2.485 9.948 1.243 15.665

De forskellige lags bidrag til respirationen summeres, og det ses, at den totale respiration fra biofilteret ved M4 udgĂ¸r 15.665 đ?&#x2018;&#x201D; đ??ś/đ?&#x2018;&#x2018;. Ved beregning af den afvigelse fĂĽs: đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś 28.082 â&#x2C6;&#x2019; 15.665 đ??˝đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;MB â&#x2C6;&#x2019; đ??˝đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;RR đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2122; 100 % = 44 % = đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś đ??˝đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;MB 28.082 đ?&#x2018;&#x2018; Dermed er der en afvigelse pĂĽ 44 % mellem den respiration, der beregnes ud fra respirationsraten og den respiration, der beregnes ud fra massebalancen. Dog svarer den resterende mĂŚngde (12.417

đ?&#x2018;&#x201D;đ??ś ) đ?&#x2018;&#x2018;

kun 30 % af den totale flux. En mulig forklaring er manglende data fra termometret i 75 cm dybde. SĂĽfremt data fra dette termometer havde vĂŚret tilgĂŚngeligt, ville det have givet en stĂ¸rre respiration idet det forventes, at temperaturen her havde vĂŚret tĂŚttere pĂĽ optimum. En anden mulig forklaring pĂĽ den afvigelsen er, at indlĂ¸bsflowet ikke er korrekt bestemt eller ikke har vĂŚret konstant op til mĂĽlekampagnen. Det vurderes mere sandsynligt at en eller flere af ovenstĂĽende forklaringer gĂŚlder, end at massebalancen er forkert. Dog kan det ikke fuldstĂŚndigt afvises, at fejlen er skabt under enten fluxmĂĽlinger eller beregning af total flux.

5.8.

Vejrets betydning for effektiviteten

Der Ă¸nskes en vurdering af vejrets betydning for biofilterets effektivitet. Dette gĂ¸res ved at sammenholde indsamlede vejrdata fra hver mĂĽlekampagne, med de mĂĽlte effektiviteter. De indsamlede vejrdata ses i bilag 2, 6, 11, 16 og 21. Vindhastighed, temperatur, tryk og nedbĂ¸r undersĂ¸ges hver for sig, pĂĽ trods af at de pĂĽvirker effektiviteten samtidigt. Det vides dog ikke, hvor stor betydning hvert forhold har, og derfor undersĂ¸ges forholdene hver for sig.

5.8.1.

Vindhastighed

Det forventes, at vindhastigheden vil pĂĽvirke effektiviteten omvendt proportionelt, sĂĽledes at der ved hĂ¸je vindhastigheder vil vĂŚre lav effektivitet og omvendt. Vinden vil fjerne hĂ¸je koncentrationer af metan over biofilteret, hvorfor der konstant vil vĂŚre tilnĂŚrmelsesvis atmosfĂŚrisk niveau. Dette skaber en stor koncentrationsgradient over filteret, hvorfor retentionstiden af metanen i filteret sĂŚnkes, jf. den stĂ¸rre diffusion (se afsnit 0). Ved meget stĂŚrk vind vil der endda kunne skabes et sug gennem filteret. Hvis metanen befinder sig kortere tid i biofilteret, vil bakterierne have kortere tid til at oxidere metanen, hvorfor filteret ikke vil vĂŚre lige sĂĽ effektivt (se afsnit 0).

Side 48 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

På Figur 33 ses en grafisk sammenligning af filterets effektivitet og den gennemsnitlige vindhastighed for hver målekampagne. Der ses dog ingen tydelig sammenhæng mellem vindhastighed og effektivitet. Ved M1 er vindhastigheden 6,8 m/s og oxidationseffektiviteten er 95 %. M5 har lige så høj effektivitet, men kun en tredjedel så høj vindhastighed. Det ses dog, at de to højeste effektiviteter, M3 og M4, er målt på dage med lav vindhastighed. Tendenslinjen går i den retning, som det blev forventet, men determinationskoefficienten er lav (ligegyldig hvilken matematisk sammenhæng, der vælges). Sammenholdes alt dette, er det ikke muligt at finde en entydig korrelation mellem vindhastigheden og oxidationseffektiviteten. Dette kan skyldes, at andre forhold har større betydning end vinden. Det er nødvendigt med flere punkter for at kunne konkludere, om der er en korrelation eller ej.

Vindhastighed og effektivitet 102

Effektivitet (%)

EFFEKTIVITET (%)

100

Lineær (Effektivitet (%))

η = -0,892 · v + 99,771 R² = 0,4482

98 96

M5 94

92 90 0

VINDHASTIGHED (M/S) Figur 33: Vindhastigheden og effektiviteten ved de fem målekampagner.

5.8.2.

Temperatur

Der er foretaget målekampagner ved atmosfærisk temperaturer mellem 3 og 12 °C. Under hver målekampagne har biofilterets tre indbyggede termometre målt temperaturer i forskellige dybder i biofilteret. Disse temperaturers kan sammenholdes med atmosfæretemperaturen (temperaturen ved 0 cm dybde) for at se, hvordan temperaturen i dybden bliver påvirket. Det forventes, at temperaturen i dybden vil stige, når temperaturen i overfladen stiger samtidigt med at temperaturen af den indledte gas stiger. Tabel 14: Temperaturer i dybden af biofilteret ved hver målekampagne.

MÅLEKAMPAGNE M1 M2 M3 M4 M5

Side 49 af 62

0 CM DYBDE [°C] 2,7 3,2 9,3 11,4 12,01

20 CM DYBDE [°C] 7,4 10,2 14,0 -

50 CM DYBDE [°C] 10,7 12 14 11,8 -

75 CM DYDBE [°C] -

90 CM DYBDE [°C] 29,3 33,2 -

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Af Tabel 14 ses den atmosfæriske temperatur, samt temperaturen i biofilteret i dybderne 20, 50, 75 og 90 cm. Grundet problemer med termometrene er data mangelfulde. Der kan dog ses en korrelation mellem en højere atmosfærisk temperatur og en højere temperatur i biofilteret. En højere atmosfærisk temperatur forventes at give bedre leve betingelser for bakterierne og mere aktivitet/effektivitet. Det vides dog, at hvis temperatuerne i det miljø, de oxiderende bakterier lever i, bliver over 40 °C, falder deres aktivitet (se afsnit 2.3.1). Det ses, at temperaturen ved M4 i 90 centimeters dybde kun er 7 ˚C fra denne grænse, på trods af, at atmosfæretemperaturen er på 11,4 °C. Det vil derfor forventes, at ved høje atmosfæriske temperaturer, vil biofilteret opnå temperaturer over 40 °C, hvilket vil sænke bakteriernes aktivitet. På Figur 34 ses en grafisk fremstilling af oxidationseffektiviteten og gennemsnitlige temperaturer over målekampagnerne. Som nævnt påvirker den atmosfæriske temperatur biofiltrets temperatur og dermed effektivitet. Det forventes at se en lavere aktivitet/effektivitet ved lave temperaturer op til en vis grænse, hvorefter effektiviteten igen vil aftage.

Temperatur og effektivitet 102 Effektivitet (%)

Poly. (Effektivitet (%))

EFFEKTIVITET (%)

100

M4 M3

η = -0,2073 · T2 + 3,4047 · T + 85,737 R² = 0,6116

92 90 0

TEMPERATUR (°C) Figur 34: Temperaturen og effektiviteten ved de fem målekampagner.

Ved sammenligning af atmosfæriske temperaturer og effektiviteter ses der dog ikke nogen entydig sammenhæng. Tendenslinjen går som forventeligt i retning mod højere effektivitet ved højere temperatur og vender omkring 8 °C. Dette stemmer overens med, at temperaturen i de dybeste lag af filteret nærmer sig bakteriernes optimale temperatur ved M3, hvor temperaturen ved overfladen af filteret var 9,3 °C. Dog er determinationskoefficienten lav, så sammenhængen er ikke entydig. Det ville kunne forbedre anvendeligheden af grafen, hvis der var flere punkter, og hvis de dækkede et større temperaturinterval - eksempelvis er ingen af målekampagnerne foretaget i frostvejr. Det har andre studier dog gjort, og (Cassini, 2013) valgte at regne med én gennemsnitlig oxidationseffektivitet over et helt år, så betydningen af temperatursvingninger blev ikke vurderet afgørende ift. dette biofilter. Yderligere kan fraværet af entydig sammenhæng skyldes, at bakteriernes aktivitet er flyttet til et andet lag i biofiltet, hvor temperaturen er mere optimal for deres aktivitet, og dermed har temperaturændringen ingen direkte indflydelse på filterets effektivitet.

Side 50 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

5.8.3.

AtmosfĂŚrisk tryk

Det forventes, at et hĂ¸jt atmosfĂŚrisk tryk vil bevirke, at gassen bliver â&#x20AC;&#x153;trykket nedâ&#x20AC;? i filteret. Dette vil Ă¸ge retentionstiden i filteret, hvorved bakterierne fĂĽr lĂŚngere tid til at oxidere metanen, hvilket vil Ă¸ge effektiviteten. PĂĽ baggrund af dette forventes det, at et hĂ¸jere tryk vil Ă¸ge effektiviteten. Tendenser til denne sammenhĂŚng er ogsĂĽ set i andre studier (Pedersen, et al., 2012). For at sammenholde tryk og effektivitet, kan det undersĂ¸ges, hvordan det atmosfĂŚriske tryk har ĂŚndredes 1 dĂ¸gn op til og under kampagnen. Ved biofilteret sidder en trykmĂĽler. Ved at plotte data fra denne op til hver mĂĽlekampagne kan det ses hvordan trykket har ĂŚndret sig i denne periode. Op til M1 og M5 har trykket faldet og dermed burde biofilteret blive mindre effektivt, end M2, M3 og M4 hvor trykket har vĂŚret stigende (se bilag 28). Dette har dog ikke vĂŚret tilfĂŚldet. Ved denne metode kan der ikke umiddelbart ses nogen sammenhĂŚng mellem tryk og effektivitet. Ved en anden metode, kan trykket under mĂĽlekampagnen og effektiviteten sammenholdes, hvilket vises pĂĽ Figur 35. Her ses der en sammenhĂŚng. Af de 5 mĂĽlekampagner, har kun den ene foregĂĽet i lavtryk (M2, 1011 hPa). Det ses, at effektiviteten ved netop denne kampagne er den lavest mĂĽlte. Dette kan skyldes lavtrykket, men ogsĂĽ det faktum, at det har regnet meget op til. Denne regn kan ogsĂĽ have pĂĽvirket biofilterets effektivitet negativt. Ved de restende kampagner, ses det at jo hĂ¸jere trykket bliver, jo mere effektivt bliver filteret. Dermed ser der ud til at vĂŚre en ligefrem proportional sammenhĂŚng mellem det atmosfĂŚriske tryk og effektiviteten for biofilteret. For at validere denne sammenhĂŚng mĂĽ der dog udfĂ¸res yderligere studier.

Tryk og effektivitet 102

Effektivitet (%)

LineĂŚr (Effektivitet (%))

EFFEKTIVITET (%)

100

98 96

đ?&#x153;&#x201A; = 0,3168 â&#x2C6;&#x2122; p - 227,82 RÂ˛ = 0,9681

94 92 90 1010

1015

1020

1025

1030

1035

1040

TRYK (HPA) Figur 35: Trykket og effektiviteten ved de fem mĂĽlekampagner. Der ses en tydelig lineĂŚr sammenhĂŚng mellem de fĂ¸rste fire punkter, hvorefter kurven begynder at tangere mod de 100 %.

Side 51 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

5.8.4.

Nedbør

Det forventes, at nedbør gavner effektiviteten op til den grænse, hvor komposten får den optimale fugtighed for bakterierne (se afsnit 2.3.1). Ved analysering af nedbøren, er der set på data tre dage op til hver målekampagne samt målinger under målekampagnen. Dette er valgt, for at kunne se, om regn, der falder dagene op til en målekampagne har indflydelse på effektiviteten. Nedbørsmåleren på AV Miljø har over de analyserede dage registret nedbør tre dage i alt. Det vides, at der har været flere nedbørsdage end dette, og dermed har udstyret ikke registreret al nedbør. Det vurderes derfor, at en sammenligning mellem denne meget lave datamængde og med effektiviteten på de pågældende dage, ikke vil give mening. Fremtidige studier kunne eksperimentere med at vande komposten for at få kontrollerede mængder nedbør, som kunne sammenholdes med effektiviteten på dagen og i de efterfølgende dage.

Side 52 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

5.9.

Mulige forbedringer af filteret

Generelt ses det, at filteret er effektivt, så forbedringer er ikke strengt nødvendige og måske heller ikke økonomisk rentable. Dog er der flere forsøg på forbedringer, der kunne være interessante at foretage, med henblik på at udvikle teknologien – også til fremtidig brug på andre deponier. Der er flere perkolatbrønde på AV Miljø, som ikke er tilkoblet filteret, men blot udleder metan direkte til atmosfæren (se Figur 2). Idet filteret er effektivt og muligvis ikke belastet til grænsen af sit potentiale, er det en mulighed at koble flere af perkolatbrøndene på filteret for at øge den samlede miljøgevinst. Samtidig er der muligvis diffuse udledninger fra resten af deponiet, der ikke kommer ind i filteret via de perkolatbrønde, der er tilknyttet filteret. Disse udledninger kan man måske finde en måde at lede ind i filteret på. Tilførsel af mere kompost på de mest gennemtrængelige dele af filteret kan muligvis stoppe de fundne hotspots. Der skal også sikres homogenitet af materialet, så gennemtrængeligheden er ens over hele filteret, hvilket mindsker risikoen for hotspots. Det kan være muligt at optimere på gennemtrængeligheden af materialet. Der ønskes en balance mellem, at lav gennemtrængelighed øger opholdstiden og dermed bedre tid til optimal nedbrydning, og at for lav gennemtrængelighed kan begrænse diffusionen af ilt fra atmosfæren ned i filteret, hvilket kan give for lavt iltindhold til optimal oxidation. Denne balance kan findes ved forsøg med forskellige materialer. Der kan eksperimenteres med at finde det optimale dybde/bredde-forhold for filteret, således at der opnås balance mellem høj opholdstid og fornuftig ilttilførsel. Det optimale forhold er sandsynligvis også afhængigt af materialet. Ellers kan man blande mere ilt i indløbet eller lave forsøg med at vende komposten for at sikre ilttilførsel i de nedre lag. Det gør man eksempelvis med DTU’s kompostmiler for at modvirke anoxiske forhold i midten af komposten (Jørgensen, et al., 2012). At vende komposten kan desuden modvirke tilstopning af luftporerne i materialet, der formentlig skyldes dannelsen af biprodukter fra bakterievækst (Scheutz, et al., 2009). Det er dog næppe relevant i AV Miljøs biofilter, da der i forvejen er høje iltkoncentrationer i indløbet (se bilag 5, 10, 15, 20 og 25). Dog er det i praksis både vanskeligt og omkostningstungt at vende komposten. Kontinuerlig monitorering af filteret vil kunne vise, hvis filteret bliver mindre effektivt med tiden, og afsløre, hvis filteret trænger til vedligeholdelse. Desuden vil det kunne give informationer om, hvordan filteret udvikler sig over tid, hvilket kan være nyttigt i forbindelse med andre lignende projekter og bidrage til den fremtidige udvikling af teknologien. Dog vil et sådant monitoreringssystem sandsynligvis øge omkostningerne ved filteret væsentligt.

Side 53 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

Ă&#x2DC;konomisk perspektiv

Omkostningerne til etableringen af biofilteret pĂĽ AV MiljĂ¸ ses i Tabel 15. I disse udgifter er ikke medregnet de sĂŚrlige udgifter, som er forbundet med det mĂĽleudstyr som benyttes til monitorering af filteret. Det ses, at de samlede etableringsomkostninger forlĂ¸ber sig til ca. 400.000 kr. Af tidligere rapporter omhandlende biofiltre er det angivet, at omkring 3 % af anlĂŚggelsesomkostningerne skal afsĂŚttes ĂĽrligt til vedligeholdelse (Pedersen, et al., 2012). Dette anses ogsĂĽ at vĂŚre tilfĂŚldet ved dette biofilter, hvorfor der skal sĂŚttes ca. 12.000 kr. af ĂĽrligt til vedligehold. Tabel 15: Omkostninger ved etablering af biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸ (Kjeldsen, 2013).

SAMLEDE UDGIFTER VED ETABLERING ANSVARLIG DTU MILJĂ&#x2DC; AV MILJĂ&#x2DC; AV MILJĂ&#x2DC; AV MILJĂ&#x2DC; AV MILJĂ&#x2DC; AV MILJĂ&#x2DC; DTU MILJĂ&#x2DC;

BESKRIVELSE AF UDGIFT Udgifter bygvĂŚrker, pumper, rĂ¸rfĂ¸ring, fittings mm. BrĂ¸nd, rĂ¸r, muffer mm Ă&#x2020;rtesten (gasfordelingslag) Kompost Gravearbejde El-arbejde LĂ¸n - projektering og fremstilling

SUM

PRIS 45.058,09 20.738,71 38.727,15 60.586,83 176.467,00 24.826,50 50.000,00 416.404,28

Andre studier af opsamlings- og afbrĂŚndingsteknologier har vist, at det er langt dyrere at benytte disse teknologier i modsĂŚtning til biofiltre. For at bestemme en pris til et anlĂŚg med en kapacitet ĂŚkvivalent til AV MiljĂ¸s biofilter, er det udregnet hvor stor effekt opsamlingen af den indledte metan vil kunne levere: đ?&#x2018;&#x161;đ??śđ??ť4 â&#x2C6;&#x2019;đ??ś đ?&#x2018;&#x161;đ??śđ??ť4 = Î&#x2021; đ?&#x2018;&#x20AC;đ??śđ??ť4 đ?&#x2018;&#x20AC;đ??ś đ?&#x2018;&#x161;đ??śđ??ť4 =

7.038 đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x201D; Î&#x2021; 16,04 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; = 9.401 đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ??ť4 12,01 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2019; =

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2019; =

đ?&#x2018;&#x161;đ??śđ??ť4 Î&#x2021; đ??ť Î&#x2021; đ?&#x153;&#x201A;đ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;Ą

9.401 đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ??ť4 đ?&#x2018;&#x2DC;đ??˝ Î&#x2021; 50,4 Î&#x2021; 0,4 = 2.193 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x2019; 1đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x201D; đ??śđ??ť4

Nyttevirkningen đ?&#x153;&#x201A;đ?&#x2018;&#x2019; antages at vĂŚre 40 % for ikke at overvurdere effektiviteten. BrĂŚndvĂŚrdien for metan đ??ť er 50,4

đ?&#x2018;&#x2DC;đ??˝ đ?&#x2018;&#x201D;

(Andersen, et al., 2009).

Det ses heraf, at den opsamlede mĂŚngde metan vil levere en elektrisk effekt pĂĽ ca. 2.200 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x2019; . Omkostningerne ved et opsamlings- og afbrĂŚndingsanlĂŚg med samme kapacitet, som biofilteret pĂĽ AV MiljĂ¸ er anslĂĽet i Tabel 16. I tabellen er H.C. Willumsens data multipliceret med den Ă¸nskede

Side 54 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter pĂĽ AV MiljĂ¸

kapacitet, og der er omregnet fra dollar til danske kroner (den benyttede kurs er 587,89 kr., jf. dagskursen d. 2. juli 2013). Tabel 16: Omkostninger ved etablering af opsamlings- og afbrĂŚndingsanlĂŚg til samme kapacitet som biofilteret pĂĽ AV MiljĂ¸ (Willumsen, 2004).

OPSAMLINGSSYSTEM SUGESYSTEM FORBRĂ&#x2020;NDINGSSYSTEM PLANLĂ&#x2020;GNING OG DESIGN TOTALT

PRIS [đ?&#x2018;źđ?&#x2018;ş$/đ?&#x2019;&#x152;đ?&#x2018;žđ?&#x2019;&#x2020; ] 200 â&#x20AC;&#x201C; 400 200 â&#x20AC;&#x201C; 300 850 â&#x20AC;&#x201C; 1.200 250 â&#x20AC;&#x201C; 350 1.550 â&#x20AC;&#x201C; 2.250

VED AV MILJĂ&#x2DC; [đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;đ?&#x;&#x17D;đ?&#x;&#x17D; đ?&#x2018;źđ?&#x2018;ş$] 439 â&#x20AC;&#x201C; 877 439 â&#x20AC;&#x201C; 658 1.864 â&#x20AC;&#x201C; 2.632 548 â&#x20AC;&#x201C; 768 3.290 â&#x20AC;&#x201C; 4.935

VED AV MILJĂ&#x2DC; [đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;đ?&#x;&#x17D;đ?&#x;&#x17D; đ?&#x2019;&#x152;đ?&#x2019;&#x201C;. ] 2.579 â&#x20AC;&#x201C; 5.158 2.579 â&#x20AC;&#x201C; 3.869 10.961 â&#x20AC;&#x201C; 15.474 3.224 â&#x20AC;&#x201C; 4.513 19.343 â&#x20AC;&#x201C; 29.014

Det ses, at et anlĂŚg vil koste 19â&#x20AC;&#x201C;29 mio. kr., hvilket er 47â&#x20AC;&#x201C;72 gange dyrere end et biofilter. Dertil kommer vedligeholdelsesomkostninger og eventuel indtjening ved salg af strĂ¸m fra metanafbrĂŚnding. Det er dog en stor forskel, hvilket tydeligt viser, at et biofilter er langt mere Ă¸konomisk rentabelt. Disse beregninger bekrĂŚfter, at biofiltre er en relativt billig teknologi, hvorfor de kan vĂŚre fordelagtige i ulande. Dog skal det vurderes, om vejrforholdene i pĂĽgĂŚldende lande er optimale for biofilterets oxidationseffektivitet. Som nĂŚvnt i afsnit 0 tager opfĂ¸relsen af et biofilter af stĂ¸rrelsen som AV MiljĂ¸s omkring 2 mĂĽneder (inkl. installation af forskningsudstyr). Det antages at et opsamlings- og afbrĂŚndingsanlĂŚg vil tage lĂŚngere tid at opfĂ¸re. Det er positivt, at biofilteret har en kort implementeringsfase, da der fortrinsvis udledes metan i starten af et deponis levetid (se Figur 3). Alt i alt har biofilteret Ă¸konomiske og praktiske fordele i forhold til afbrĂŚnding. Dog har biofilteret den ulempe i forhold til afbrĂŚndingsanlĂŚgget, at metan ikke udnyttes til energiproduktion.

Side 55 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Forslag til videre arbejde

For at kunne give et mere retvisende billede af vejrforholdenes betydning, med henblik på at lave et mere præcist estimat af den årlige drivhusgasreduktion, er flere målekampagner under forskellige vejrforhold nødvendige. Dette understreges af behovet for at have målekampagner, der kun adskiller sig ved én vejr-parameter (tryk, nedbør osv.) for entydigt at kunne sige, hvilken forskel det gør at ændre på parameteren. Disse forsøg, hvor kun én variabel må ændres, ville det være hensigtsmæssigt at foretage i et laboratorium. I dette projekt er der slet ikke foretaget målinger ved temperaturer over 20 °C, hvilket ville være nødvendigt for at kunne give et estimat af, hvor effektivt filteret er om sommeren. Som nævnt i afsnit 5.8 er der mulige sammenhænge mellem vejrforholdene og filterets effektivitet. Disse sammenhænge er beskrevet kvalitativ, men det ville være interessant at forsøge at kvantificere dem gennem kontrollerede forsøg. For at undersøge, hvor stor variation der kan være i fluxen i de enkelte målepunkter over tid (kortere tid end at vejret ville ændre sig) kunne man lave to målekampagner med fluxmåling lige efter hinanden. Man kunne foretages fluxkammermålinger med så kort tids mellemrum, at der ikke burde være nogen ændringer andet end ren tilfældighed. Sådan en kampagne kunne sige noget om, hvor valid den anvendte målemetode er, og i hvor høj grad resultatet afhænger af tilfældigheder. Desuden kunne man foretage målinger om aftenen/natten samt målinger langs kanten af filteret for at se, hvad emissionerne er der. Ved brug af dynamiske fluxmålinger frem for de statiske, der er brugt i dette projekt, ville der ikke opstå den ligevægt i fluxkammeret, der skyldes mætning med gassen. Det ville forhindre koncentrationsstigningen i at flade ud, idet der konstant ville være naturlig diffusion. Det er nødvendigt at bruge noget bedre udstyr til screeningerne, hvis resultaterne skal kunne bruges til at konkludere noget. Der bør anvendes noget udstyr som er mere følsomt over for lave koncentrationer og ikke påvirkes af de vejrforhold, der er forventelige på lokaliteten, for eksempel stærk blæst samt frostgrader om vinteren. Det vides ikke, hvilken betydning det kan have for filteret, at der gror planter på det, som det var tilfældet under M5. For at kunne vurdere om plantevækst på filteret er en fordel eller ulempe for effektiviteten, er yderligere studier nødvendige. Det kan undersøges dybere, hvilken betydning pH-værdi, fugtighed, temperatur og andre miljømæssige faktorer har for oxidationseffektiviteten. Dette er især relevant, hvis man påtænker at implementere teknologien i udviklingslande, hvor fugtigheden og temperaturforholdene må forventes at være væsentligt anderledes end ved pilotforsøget på AV Miljø.

Side 56 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Konklusion

I denne rapport er det blevet undersøgt, hvor effektivt et biofilter bestående af kompost er til at oxidere metan i LFG til kuldioxid. Det vurderes, at det pilotprojekt, som AV Miljø har startet i samarbejde med DTU, giver en miljøbesparelse på gennemsnitligt 0,2 ton CO2-eq om dagen i forhold til den oprindelige løsning, som var at udlede metanen direkte fra perkolatbrønde til atmosfæren. På et år svarer CO2-besparelsen til 9 personækvivalenter. Dette er dog med forbehold for, at målingerne i dette projekt er udført over en snæver tidsramme, som ikke tager højde for de variationer i oxidationseffektiviteten, der kan ske i løbet af et år. Det er bestemt, at filteret oxiderer 85-99 % af den indledte metan, med en gennemsnitlig oxidationseffektivitet på 96 %. Filterets oxidationseffektivitet lå stabilt højt på trods af variationer i belastningen med metan i indløbet. Dette tyder på, at filterets potentiale ikke bliver fuldt udnyttet, og at det kunne give en større samlet miljøgevinst at tilkoble flere perkolatbrønde. Fluxkammermålingerne har vist nogle hotspots, men det er ikke entydigt, hvor på filteret disse viser sig, og overordnet set er emissionerne fra filteret homogent fordelt. Dette er positivt, da væsentlige hotspots ville sænke effektiviteten. Screeningerne har ikke vist konsekvente hotspots, og de fundne hotspots var ikke i overensstemmelse med dem, fluxkammermålingerne har vist. Generelt har screeningsudstyret ikke vist sig pålideligt, så screeningerne er ikke blevet brugt i databehandlingen. Det vil kræve andet udstyr at lave brugbare screeninger. Den observerede udledning af kuldioxid er væsentlig større end den, der ville forventes, hvis der udelukkende blev taget højde for oxidation af metanen. Den resterende CO2-produktion må skyldes respiration af det organiske materiale i filteret. Ved sammenligning med tidligere studiers vurdering af respirationsraten ved givne temperaturer i filteret ses, at den forventede respiration af organisk materiale ikke stemmer overens med den observerede. Afvigelsen er på 44 %, men kan formentlig forklares ved manglende præcision i temperatur- og indløbsdata. Mellem de to første målekampagner og de sidste tre er der observeret et bemærkelsesværdigt fald i udledningen af CO2, som må skyldes et fald i respirationen. Det er forventeligt, at komposten modner over tid, hvilket giver et fald i respirationen, men det er påfaldende, at det skete så hurtigt. Det må derfor skyldes en forskel i vejrforholdene, men det kan ikke umiddelbart afgøres, om det skyldes ændringer i temperaturen, fugtigheden eller noget helt tredje. Der er observeret en tendens til korrelation mellem tryk og effektivitet, hvor øget tryk giver øget effektivitet i en lineær sammenhæng. Der er desuden observeret en tendens til, at den atmosfæriske temperatur påvirker biofilterets indre temperatur og dermed dets aktivitet. De forskellige sammenhænge mellem vejrforhold og filterets effektivitet er dog ikke fuldstændig entydige, og der må tages flere målinger, hvis man skal kunne konkludere noget entydigt derom. På baggrund af ovestående er der i dette projekt givet en række forslag til videreudvikling af biofilterteknologien. Der tages dog forbehold for, at det ikke vides, hvor godt disse vil fungere i praksis, samt at det sandsynligvis ville være mere givende at afprøve mulighederne på andre biofiltre, idet filteret på AV Miljø i forvejen fungerer effektivt. Forslagene til forbedringer er at lappe hotspots ved tilførsel af mere kompost, at eksperimentere med en mere optimal facon på filteret (for at optimere på

Side 57 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

ilttilførslen og temperaturfordelingen) samt at finde den optimale grad af gennemtrængelighed i materialet for at finde en balance mellem høj opholdstid og tilstrækkelig ilttilførsel. Desuden foreslås at installere en form for kontinuerlig monitorering for at kunne overvåge udviklingen i filterets effektivitet over tid. Det er fundet, at et opsamlingsanlæg, der skal klare samme kapacitet som biofilteret på AV Miljø, vil koste 47–72 gange mere end et biofilter. Jf. EU-direktivet 1999/31/EF, vil der komme mindre af det affald, som genererer metan til deponierne, hvilket betyder, at det i fremtiden vil være endnu mindre rentabelt at etablere opsamlings- og afbrændingsanlæg. Derved er biofiltre et fornuftigt alternativ, da det både er oxidations- og økonomisk effektivt. Da filterets metanoxidation er stabil og effektiv ved forskellige indløbskoncentrationer samt forskellige vejrforhold og desuden er en billig løsning sammenlignet med opsamling og afbrænding af gassen, er det en løsning, der kan have potentiale for anvendelse i udviklingslande. Dog ville det være optimalt at lave pilotforsøg under vejrforhold, der er sammenlignelige med dem, man kan forvente at observere i de givne lande. Dette vil kunne give et indblik i, om teknologien også er hensigtsmæssig at implementere under de lokale vejrforhold. Alt i alt kan det, med forbehold for de omtalte usikkerheder, konkluderes, at biofilteret på AV Miljø er effektivt til at oxidere metan til kuldioxid, stabilt under forskellige belastninger, relativt homogent i fordelingen af udledninger samt omkostningseffektiv i sammenligning med opsamling og afbrænding af LFG. Dette er positivt og tyder på, at biofiltre er en teknologi med stort potentiale for fremtiden.

Side 58 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Side 59 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i MiljĂ¸teknologi

Symbolliste VARIABEL đ?&#x2018;¨đ?&#x2019;&#x2021;đ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2022;đ?&#x2019;&#x2020;đ?&#x2019;&#x201C;

BESKRIVELSE Overfladearealet af biofilteret, 502 đ?&#x2018;&#x161;2

đ?&#x2018;¨đ?&#x2019;&#x152;đ?&#x2019;&#x201A;đ?&#x2019;&#x17D;đ?&#x2019;&#x17D;đ?&#x2019;&#x2020;đ?&#x2019;&#x201C; đ?&#x2018;Şđ?&#x2018;Żđ?&#x;&#x2019; Âđ?&#x2018;Ş đ?&#x2018;Şđ?&#x2018;śđ?&#x;? Âđ?&#x2018;Ş đ?&#x2018;Ş đ?&#x2018;Şđ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2026; đ?&#x2018;Şđ?&#x2019;&#x2013;đ?&#x2019;&#x2026; đ?&#x2018;đ?&#x2019;&#x160; đ?&#x2018;đ?&#x2019;&#x2022;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2022; đ?&#x2018;Žđ?&#x2018;žđ?&#x2018;ˇ đ?&#x2018;Ż đ?&#x2018;ą đ?&#x2018;ąđ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2026; đ?&#x2018;ąđ?&#x2019;&#x2022;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2022; đ?&#x2018;ąđ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2020;đ?&#x2019;&#x2C6;

Bundarealet af fluxkammeret, 0,09 đ?&#x2018;&#x161;2 Kulstof bundet som CH4 Kulstof bundet som CO2 Koncentration IndlĂ¸bskoncentrationen UdlĂ¸bskoncentration Flow fra pumpe nr. đ?&#x2018;&#x2013; Det totale flow fra alle pumper Drivhusgaspotentiale (International nomenklatur: Global Warming Potential) BrandvĂŚrdi Fluxen i et enkelt mĂĽlepunkt Fluxen af en gas ind i filteret Den totale positive flux over biofilteret Den totale negative flux over biofilteret

đ?&#x2018;ąđ?&#x2019;&#x2021;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x201C;đ?&#x2019;&#x2014;đ?&#x2019;&#x2020;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x2022;đ?&#x2019;&#x2020;đ?&#x2019;&#x2022;

Den forventede flux uden respiration over biofilteret

đ?&#x2018;ąđ?&#x2019;&#x201C;đ?&#x2019;&#x2020;đ?&#x2019;&#x201D;đ?&#x2019;&#x2018;đ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;&#x201C;đ?&#x2019;&#x201A;đ?&#x2019;&#x2022;đ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;?

Fluxen af CO2 som er dannet ved respiration i filteret

đ?&#x2018;łđ?&#x2018;đ?&#x2018;Ž đ?&#x2019;&#x152; đ?&#x2019;&#x17D; đ?&#x2018;´ đ?&#x2019;? đ?&#x2019;&#x2018; đ?&#x2018;ˇđ?&#x2019;&#x2020; đ?&#x2018;š đ?&#x;?

đ?&#x2018;š đ?&#x2019;&#x2022; đ?&#x2019;&#x2014; đ?&#x2018;˝ đ?&#x153;ˇ đ?&#x153;ź đ?&#x153;źđ?&#x2019;&#x2020; đ?&#x203A;&#x152; đ??&#x2020; đ?&#x2019;&#x2122;đ?&#x2019;&#x160; đ?? đ??&#x2C6;

Deponigas (International nomenklatur: Landfill Gas) Hastighedskonstant for nedbrydning Masse Molarmasse Antallet af mĂĽlekampagner, som der laves standardafvigelse over AtmosfĂŚretryk Elektrisk effekt Gaskonstanten, 8,206 Âˇ 10â&#x2C6;&#x2019;5

đ?&#x2018;&#x161;3 Âˇđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x161; đ??žÂˇđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;

Determinationskoefficienten for en regression Tid Vindhastighed Volumen Den mĂŚngde CH4 der omdannes til CO2. MiljĂ¸besparelsen Nyttevirkning af filteret. For metan er đ?&#x153;&#x201A; oxidationseffektiviteten Nyttevirkning af afbrĂŚnding. Andelen af termisk energi, der omdannes til elektricitet Respirationsrate TĂ¸rdensitet Observationen ved den đ?&#x2018;&#x2013;â&#x20AC;&#x2122;te mĂĽlekampagne MiddelvĂŚrdi Standardafvigelse

Side 60 af 62

Effektivitet af metanoxidation i biofilter på AV Miljø

Referencer Andersen, E. S., Jespersgaard, P. & Østergaard, O. G., 2009. Databog fysik kemi. 11. red. København N: F & K forlaget. Anon., 2011. PilotBiocover - Indledende undersøgelser 2011, Kgs. Lyngby: Danmarks Tekniske Universitet. California Analytical Instruments, Inc., u.d. IE Monitoring Instruments. [Online] Available at: http://www.ierents.com/Spec%20Pages/1312%2520Lit.pdf [Senest hentet eller vist den 12 juli 2013]. Cassini, F., 2013. Evaluation of the Methane Mitigation at the AV Miljø Pilot Biocover System, Kgs. Lyngby: University of Padua; Technical University of Denmark. Colose, C., 2008. Is methane a 'better' greenhouse gas than CO2? | Climate Change. [Online] Available at: http://chriscolose.wordpress.com/2008/11/10/methane-and-co2/ [Senest hentet eller vist den 25 juni 2013]. De Schoenmaeker, J., 2013. Batch incubations on methane oxidation in a pilot scale biocover, Kgs. Lyngby: Danmarks Tekniske Universitet, Institut for Vand og Miljøteknologi - DTU Miljø. Einfeld, W., 1998. Photoacoustic Spectrophotometer - Innova AirTech Instruments, Type 1312 Multigas Monitor, Las Vegas: U.S. Environmental Protection Agency. EQUIPCO, u.d. Introduction to Flame Ionization. [Online] Available at: http://www.equipcoservices.com/support/tutorials/introduction-to-flame-ionization/ [Senest hentet eller vist den 11 juli 2013]. Europarådet, 1999. Rådets Direktiv 1999/31/EF, s.l.: Det Europæiske Fællesskabs Tidende. Held, P., 2012. Enzymatic Digestion of Polysaccharides. [Online] Available at: http://www.biotek.com/assets/tech_resources/Cellulosic_App_Note_Part_II.pdf [Senest hentet eller vist den 10 7 2013]. Huber-Humer, M., Gebert, J. & Hilger, H., 2008. Biotic systems to migate landfill methane emissions. Waste Management & Research, februar, 26(1), pp. 33-46. Johnson, R. A., 2005. Probability and Statistics for Engineers. 7. red. Upper Sadle River: Pearson Prentice Hall. Jørgensen, H. H., Møller, R. S., Rasmussen, R. & Skadborg, M. M., 2012. Drivhusgasemissioner fra milekompostering af have- og parkaffald, Kgs. Lyngby: Danmarks Tekniske Universitet. Kjeldsen, P., 2013. Økonomi ved biofilteret og metanopsamling [Interview] (13 juni 2013). Kjeldsen, P., Mou, Z., Scheutz, C. & Skov, B., 2012. Reduktion af methanemissionen fra AV Miljø pilotbiocoveranlæg. Kgs. Lyngby: Danmarks Tekniske Universitet.

Side 61 af 62

12203 Fagprojekt Bachelor i Miljøteknologi

Kjeldsen, P. et al., 2013. Biocoversystem reducerer udslip af drivhusgasser fra Klintholm Deponi. Teknik & Miljø - Forsyning, pp. 54-57. La Crosse Technology, u.d. Touch Screen Weather Station Model WS-3650 - Operational Manual, s.l.: s.n. Lund, A. A., 2008. Voksende affaldsbunker får lossepladser til at selvantænde. [Online] Available at: http://ing.dk/artikel/voksende-affaldsbunker-far-lossepladser-til-selvantaende-86561 [Senest hentet eller vist den 23 Maj 2013]. Nazaroff, W. W. & Alvarez-Cohen, L., 2001. Transport in Porous Media. I: Environmental Engineering Science. New York: John Wiley & Sons, Inc.. Olsen, S. I., 2011. Power Point fra modul 10, kursus "12202 Miljø og Bæredygtighed", Kgs. Lyngby: DTU Management. Pedersen, G. B., Sceutz, C. & Kjeldsen, P., 2010. Availability and properties of materials for the Fakse Landfill biocover. Waste Management, 24 december, 31(5), pp. 884-894. Pedersen, R. B., Scheutz, C., Kjeldsen, P. & Petersen, P. H., 2012. Reduktion af metanemission fra Klintholm losseplads ved etablering af biocover, København: Miljøministeriet. Scheutz, C. et al., 2009. Microbial methane oxidation processes and technologies for mitigation of landfill gas emissions, s.l.: Waste Management and Research. Vaisala, 2009. CO2 Measurement in Incubators - Questions and Answers, s.l.: Vaisala. Vestforbrænding, 2013. Biogas - sådan dannes den - affald.dk. [Online] Available at: http://www.affald.dk/da/ungdomsuddannelser/kompost/artikler/301-biogas-sadaandannes-den.html [Senest hentet eller vist den 25 juni 2013]. Willumsen, H., 2004. Number and Types of Landfill Gas Plants Worldwide, Viborg: LFG Consult.

Side 62 af 62