Свалка биореакторов - Bioreactor landfill

Свалки являются основным методом удаления отходов во многих частях мира, включая США и Канаду. Свалки биореакторов ожидается снижение количества и затрат, связанных с управлением фильтрат, чтобы увеличить скорость производства метан (природный газ) для коммерческих целей и уменьшить количество земли, необходимой для свалки.[1][2] Свалки биореакторов контролируются и регулируют уровни кислорода и влажности для увеличения скорости разложения под действием микробов.

Традиционные свалки и связанные с ними проблемы

Свалки - самый старый из известных способов утилизации отходов.[нужна цитата ][3] Отходы закапывают в большие выкопанные ямы (если нет естественных мест) и накрывают. Бактерии и археи разлагают отходы в течение нескольких десятилетий с образованием нескольких важных побочных продуктов, включая метан (природный газ), фильтрат и летучие органические соединения (такие как сероводород (ЧАС2S), N2О2, так далее.).

Метан, сильный парниковый газ, может накапливаться внутри свалки, что приведет к взрыву, если не будет выпущен из ячейки.[4] Фильтаты представляют собой жидкие продукты метаболизма в результате разложения и содержат различные типы токсинов и растворенных ионов металлов.[5] Если фильтрат попадает в грунтовые воды, это может вызвать проблемы со здоровьем как у животных, так и у растений.[6] Летучие органические соединения (ЛОС) вызывают смог и кислотный дождь.[7] В связи с ростом количества производимых отходов стало трудно найти подходящие места для их безопасного хранения.

Работа полигона биореактора

Биореакторы бывают трех типов: аэробный, анаэробный и гибрид (с использованием как аэробного, так и анаэробного метода). Все три механизма включают повторное введение собранного фильтрата с добавлением воды для поддержания уровня влажности на свалке. Таким образом, микроорганизмы, ответственные за разложение, разлагаются с повышенной скоростью с попыткой минимизировать вредные выбросы.[8]

В аэробный воздух из биореакторов закачивается на свалку либо вертикальный или горизонтальный система труб. Разложение аэробной среды ускоряется, а количество летучих органических соединений, токсичность фильтрата и метана сводятся к минимуму.[9] В анаэробных биореакторах с циркулирующим фильтрующим продуктом свалка производит метан намного быстрее и раньше, чем традиционные свалки. Высокая концентрация и количество метана позволяют более эффективно использовать его в коммерческих целях, сокращая при этом время, которое необходимо для мониторинга полигона на предмет производства метана. В гибридных биореакторах верхние части полигона проходят аэробно-анаэробные циклы для увеличения скорости разложения, в то время как метан производится в нижних частях полигона.[8] Свалки биореакторов производят меньше ЛОС, чем традиционные свалки, за исключением H.2S. Свалки биореакторов производят больше H2S. Точный биохимический путь, ответственный за это увеличение, изучен недостаточно. [1]

Преимущества полигонов биореакторов

Свалки биореакторов ускоряют процесс разложения.[10] По мере разложения масса биоразлагаемых компонентов на свалке уменьшается, создавая больше места для захоронения мусора. Ожидается, что свалки биореакторов увеличат скорость разложения и сэкономят до 30% пространства, необходимого для свалок. Таким образом, при увеличении количества твердых отходов, образующихся каждый год, и нехватке площадей для захоронения отходов, полигон для захоронения биореакторов может стать важным способом максимального увеличения площади полигона. Это не только рентабельно, но и, поскольку для свалки требуется меньше земли, это также лучше для окружающей среды.[1]

Кроме того, большинство свалок контролируются в течение как минимум 3-4 десятилетий, чтобы гарантировать отсутствие фильтрата или свалочные газы сбежать в сообщество, окружающее полигон. Напротив, ожидается, что свалка биореактора разложится до уровня, который не требует мониторинга, менее чем за десять лет. Следовательно, земля свалки может использоваться для других целей, таких как лесовосстановление или создание парков, в зависимости от местоположения на более ранний срок.[11] Кроме того, повторное использование фильтрата для увлажнения свалки фильтрует его. Таким образом, для обработки фильтрата требуется меньше времени и энергии, что делает процесс более эффективным.[8]

Недостатки полигонов биореакторов

Свалки биореакторов - это относительно новая технология. Для недавно разработанных полигонов биореакторов начальные затраты на мониторинг выше, чтобы гарантировать, что все важное обнаружено и должным образом контролируется. Это включает газы, запахи и просачивание фильтрата на поверхность земли.

Повышенное содержание влаги на свалке биореактора может снизить структурную стабильность свалки за счет увеличения порового давления воды в массе отходов.[12]

Поскольку целью полигонов биореакторов является поддержание высокого содержания влаги, на системы сбора газов может повлиять повышенная влажность отходов.

Реализация биореакторных полигонов

Свалки биореакторов, являющиеся новой технологией, все еще находятся в стадии разработки и изучаются в лабораторных условиях.[13] Пилотные проекты свалок биореакторов выглядят многообещающими, и в разных частях мира экспериментируется еще больше. Несмотря на потенциальные преимущества свалок биореакторов, не существует стандартизированных и утвержденных проектов с руководящими принципами и рабочими процедурами. Ниже приводится список проектов захоронения биореакторов, которые используются для сбора данных для формирования этих необходимых руководящих принципов и процедур:[14]

Соединенные Штаты

  • Калифорния
    • Округ Йоло
  • Флорида
    • Юго-восточная свалка округа Алачуа
    • Округ Хайлендс
    • Региональный полигон Нью-Ривер, Райфорд
    • Свалка округа Полк, Уинтер-Хейвен
  • Кентукки
    • Свалка внешнего контура
  • Мичиган
    • Округ Сент-Клер
  • Миссисипи
    • Демонстрационный проект биореактора Plantation Oaks, Сибли
  • Миссури
    • Колумбия
  • Нью-Джерси
    • Экологический парк ACUA Haneman, поселок Эгг-Харбор
  • Северная Каролина
    • Проект свалки округа Банкомб
  • Вирджиния
    • Свалка Мэйплвуд и Свалка графства Кинг-Джордж
    • Демонстрационный проект проекта свалки Вирджинии XL

Канада

  • Демонстрационный проект биореактора Сент-Софи, Квебек

Австралия

  • Новый Южный Уэльс
    • WoodLawn, Goulburn
  • Квинсленд
    • Ti Tree Bioenergy, Ипсвич

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Центр Хинкли по обращению с твердыми и опасными отходами, Департамент инженерных наук об окружающей среде, Университет Флориды, Департамент гражданской и экологической инженерии, Университет Центральной Флориды. (2008). Демонстрационный проект свалки биореактора во Флориде: Краткое изложение. Получено 3 февраля 2010 г., из [1]
  2. ^ Berge, Nicole D .; Reinhart, Debra R .; Батарсех, Эяд С. (01.05.2009). «Оценка затрат и выгод для захоронения биореакторов». Управление отходами. Первая международная конференция по экологическому менеджменту, инженерии, планированию и экономике. 29 (5): 1558–1567. Дои:10.1016 / j.wasman.2008.12.010. PMID  19167875.
  3. ^ Таммемаги, Ханс (1999). Кризис с отходами: свалки, мусоросжигательные заводы и поиски устойчивого будущего. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. стр.4. ISBN  9780195351682. OCLC  466431800.
  4. ^ Кристенсен, Т. Х. (1999). Захоронение отходов: биогаз
  5. ^ Департамент экологии штата Вашингтон. (нет данных). Руководство по проектированию полигона твердых бытовых отходов. Получено 3 февраля 2010 г. из [2] В архиве 2009-10-17 на Wayback Machine
  6. ^ Кьельдсен, П. М. (2002). Текущий и долгосрочный состав фильтрата полигонов ТБО: обзор. Критические обзоры в области экологической науки и технологий, 297-336.
  7. ^ Бросо, Дж. Х. (1994). Следить за выбросами газовых смесей из санитарных участков городских свалок; Атмосферная среда. Атмосферная среда, стр. 285-293.
  8. ^ а б c Центр Хинкли по обращению с твердыми и опасными отходами. (2006). Bioreactor.org - Общая информация. Получено 3 февраля 2010 г. с сайта Bioreactor.org: [3]
  9. ^ Мерфиб, С. Р. (1992). Лизиметрическое исследование концепции аэробной свалки. Управление отходами и исследования, 485-503.
  10. ^ Рейнхарт, Дебра Р. и Тимоти Г. Таунсенд. Конструкция и работа биореактора на полигоне. Бока-Ратон, штат Флорида: Льюис, 1998. Печать.
  11. ^ Бард, С. (2002). Голоса из прошлого: Гонконг. HK University Press, 1842-1918.
  12. ^ Устойчивые методы проектирования и эксплуатации полигонов. Принципы и практика обращения с отходами. Springer. 2015 г. ISBN  9781493926619.
  13. ^ Наир, В.В., Дхар, Х., Кумар, С., Талла, А.К., Мукерджи, С., Вонг, J.W.C. (2016). Моделирование на основе искусственной нейронной сети для оценки выхода метана из биогаза в лабораторном анаэробном биореакторе. Биоресурсные технологии 217, 90 - 99. doi: https://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2016.03.046
  14. ^ Кьельдсен, П. М. (2002). Текущий и долгосрочный состав фильтрата полигонов ТБО: обзор. Критические обзоры в науке об окружающей среде и технологиях, стр. 297-336.

внешняя ссылка