VOORWOORD
De S u b - W e r k g r o e p VAM-verwerkingsbedrijf is o n d e r d e e l van een in 1977 door P r o v i n c i a l e W a t e r s t a a t Drenthe ingestelde
W e r k g r o e p VAM-bedrijf, die tot taak k r e e g om Gedeputeerde Staten van Drenthe te a d v i s e r e n o m t r e n t de huidige en t o e k o m s t i g e m i l i e u - e f f e c t e n van het VAM-bedrijf in Wij s t e r .
In de S u b W e r k g r o e p zijn v e r s c h i l l e n d e i n s t a n t i e s v e r t e g e n -woordigd door de volgende p e r s o n e n : ,
- P r o v i n c i a l e W a t e r s t a a t Drenthe
Vuil Afvoer Maatschappij V. A . M . Instituut voor Cultuurtechniek en Waterhuishouding
Stichting Verwijdering Afvalstoffen Gemeente Beilen i r . H . J . Brand ( v o o r z i t t e r ) ing. J . J . G . Schaap ing. G. Wonink J . van D o m m e l e n J . Oosthoek d r . P . E. R i j t e m a d r . J . Hoeks i r . E . J . Me su G. W i j e r s S . J . B e r g s m a De definitieve v e r s i e van dit r a p p o r t is tot stand gekomen na u i t v o e r i g e d i s c u s s i e s in de bovengenoemde S u b - W e r k g r o e p . Het r a p p o r t beschrijft de b i o c h e m i s c h e p r o c e s s e n in het afval v o o r -zover deze van belang kunnen zijn voor de m i l i e u - e f f e c t e n van het VAM-bedrijf.
r
I N H O U D B l z . 1. O P E E N V O L G E N D E STADIA IN H E T A F B R A A K P R O C E S 7 2. E F F E C T E N VAN V E R D I C H T I N G E N A F D E K K I N G 10 3. GA SONT W I K K E L I N G 12 4 . C O N C L U S I E S 14 5. L I T E R A T U U R 15L
1. O P E E N V O L G E N D E STADIA IN HET A F B R A A K P R O C E S
Op het VAM-bedrijf wordt het a a n g e v o e r d e afval voor een deel v e r w e r k t op het c o m p o s t e r i n g s t e r r e i n , terwijl het o v e r i g e d e e l r e c h t
-s t r e e k -s wordt afgevoerd n a a r het -s t o r t t e r r e i n . In beide gevallen voltrekken zich in het afval m e e r d e r e a f b r a a k p r o c e s s e n . Men kan d a a r b i j een d r i e t a l v e r s c h i l l e n d e stadia o n d e r s c h e i d e n (ROVERS and FARQUHAR, 1973):
a. A e r o b e fase
Aanvankelijk is nog zuurstof aanwezig in het p a s g e s t ö r t e afval. De zuurstof wordt e c h t e r vrij snel v e r b r u i k t bij de a e r o b e
af-b r a a k p r o c e s s e n , waaraf-bij o r g a n i s c h e stoffen worden geoxydeerd, totdat uiteindelijk koolzuurgas en w a t e r d a m p overblijven a l s afbraakprodukten. Tijdens dit a e r o b e afbraak stadium loopt de t e m p e r a t u u r vrij s t e r k op en kan w a a r d e n b e r e i k e n van 70 à 80 C. De a e r o b e fase duurt m e e s t a l betrekkelijk k o r t , afhankelijk van de v e r d i c h t i n g s g r a a d van het afval enkele dagen tot enkele weken. Bij het c o m p o s t e r i n g s p r o c e s , z o a l s dit wordt t o e g e p a s t op het VAM-bedrijf en op sommige s t o r t t e r r e i n e n in Duitsland (z. g. ' R o t t e d e p o n i e ' - m e t h o d e ) , p r o b e e r t m e n deze a e r o b e fase zo lang mogelijk te handhaven door het afval los te s t o r t e n . Vooral bij grote afvalhopen is het e c h t e r vrijwel onmogelijk om het inwendige van de afvalhoop a ë r o o b te houden. Bij de c o m -p a s t e r i n g o-p het VAM-bedrijf worden deze afvalho-pen d a a r o m enkele k e r e n o m g e z e t zodat opnieuw beluchting p l a a t s vindt. Tegelijkertijd wordt het afval bevochtigd om het c o m p o s t e r i n g s -p r o c e s zo goed mogelijk te l a t e n v e r l o -p e n .
Op s t o r t p l a a t s e n , waar het afval d i r e c t na het s t o r t e n wordt v a s t -g e r e d e n en v e r d i c h t , is de a e r o b e fase s l e c h t s van k o r t e duur. Dit blijkt ook uit het verloop van de t e m p e r a t u u r , die in dit ge-val niet hoger wordt dan 30 à 40 C.
b. A n a e r o b e z u u r v o r m i n g s f a s e
Na het i n t r e d e n van de a n a e r o b e fase worden vooral facultatief a n a e r o b e m i c r o - o r g a n i s m e n aktief. Deze h y d r o l y s e r e n complexe o r g a n i s c h e stoffen tot k l e i n e r e , o p l o s b a r e componenten, zoals l a g e r e v e t z u r e n , eenvoudige s u i k e r s , a m i n o z u r e n en a n d e r e l a a g - m o l e c u l a i r e o r g a n i s c h e stoffen. Dit h y d r o l y s e - p r o c e s v o l t r e k t zich d o o r g a a n s vrij snel en k e n m e r k t zich v o o r a l door de v o r m i n g van o r g a n i s c h e z u r e n . A n d e r e afbraakprodukten zijn N H , , H „ 0 , H _ g a s en C O ^ g a s . De gevormde a f b r a a k p r o -dukten zijn goed oplosbaar en door de optredende v e r z u r i n g gaan in deze fase ook m e t a a l i o n e n gemakkelijker in o p l o s s i n g . De v e r o n t r e i n i g i n g s g r a a d van het p e r k o l a t i e w a t e r n e e m t dan ook snel toe tijdens dit af b r a a k stadium.
c- A n a e r o b e methanogene fase
In deze fase komt de m e t h a a n g i s t i n g op gang. De e e r d e r g e v o r m -de o r g a n i s c h e z u r e n wor-den hierbij afgebroken tot C H . - g a s en C O _ - g a s . De m e t h a a n v o r m e n d e b a c t e r i ë n zijn s t r i k t a n a ë r o o b , groeien vrij l a n g z a a m en zijn z e e r pH-gevoelig. Ze kunnen s l e c h t s enkele s u b s t r a t e n , namelijk H? g a s , m i e r e z u u r , a z i j n
-zuur en m e t h a n o l gebruiken voor hun e n e r g i e v o o r z i e n i n g . H o g e r e v e t z u r e n en alkoholen zullen dus e e r s t door n i e t - m e t h a n o g e n e b a c t e r i ë n m o e t e n worden afgebroken tot een van de genoemde Produkten (BORST, 1978).
Het t e m p e r a t u u r t r a j e c t , waarbinnen m e t h a a n g i s t i n g o p t r e e d t , is vrij groot. Voor t h e r m o f i e l e b a c t e r i e s o o r t e n ligt de o p t i m u m -t e m p e r a -t u u r boven 44 C, voor m e s o f i e l e s o o r -t e n -t u s s e n 20 en 44 C en voor psychrofiele s o o r t e n beneden 20 C. Toch zijn de b a c t e r i ë n z e e r t e m p e r a t u u r g e v o e l i g . P l o t s e l i n g e t e m p e r a t u u r schommelingen van enkele graden kunnen het m e t h a a n g i s t i n g s -p r o c e s e r n s t i g v e r s t o r e n .
De optimale pH ligt t u s s e n pH 6, 7 en 7, 2. Vanwege de v o r m i n g van o r g a n i s c h e z u r e n tijdens de v e r z u r i n g s f a s e m o e t de buffer -c a p a -c i t e i t van het afval vrij groot zijn, wil de pH binnen het gewenste t r a j e c t blijven.
De b a c t e r i e - a k t i v i t e i t n e e m t toe m e t het vochtgehalte. Door toediening van water a a n het afval blijkt de gasproduktie en ook het p e r c e n t a g e CH . in het gas s t e r k toe te n e m e n . De m e t h a a n -produktie zou m a x i m a a l zijn bij een vochtgehalte van 60-80 gew. %. De v e r s c h i l l e n d e fasen in het a f b r a a k p r o c e s komen duidelijk tot uiting in de s a m e n s t e l l i n g van het in het a f v a l s t o r t aanwezige gas (zie fig. 1). Uit l i t e r a t u u r g e g e v e n s blijkt, dat het m e t h a a n -g i s t i n -g s p r o c e s p a s na 1/2-2 j a a r op -gan-g komt. In s o m m i -g e gevallen wordt zelfs een t e r m i j n van 4 à 5 j a a r genoemd.
gassamensteUing (vol.°/o) 100
-I—TH-r« m
tijd na het storten
F i g . 1. S c h e m a t i s c h verloop van de g a s s a m e n s t e U i n g in een v u i l s t o r t : I = a e r o b e fase, II = v e r z u r i n g s f a s e , III en IV = m e t h a a n
-gistingsfase
Het lijkt niet onwaarschijnlijk dat de s t o r t m e t h o d e en ook de a a r d van de afvalstoffen invloed zullen hebben op de m e t h a a n g i s t i n g . Mogelijk kan door bijvoeging van kalkhoudende afvalstoffen of bijmenging m e t r i o o l s l i b het m e t h a a n g i s t i n g s p r o c e s worden v e r
-sneld.
Bij het c o m p o s t e r e n van afvalstoffen wordt de methanogene fase d o o r g a a n s niet b e r e i k t , omdat door het o m z e t t e n van de afvalhopen het afval opnieuw wordt belucht. Wel zal door het
hoge z u u r s t o f v e r b r u i k het inwendige van de afvalhopen vrij snel a n a ë r o o b worden. Het a f b r a a k p r o c e s blijft e c h t e r n a a r a l l e w a a r
-schijnlijkheid in de z u u r v o r m i n g s f a s e steken. De g a s s a m e n s t e l l i n g in het afval verloopt mogelijk op een wijze, z o a l s s c h e m a t i s c h
is w e e r g e g e v e n in fig. 2. Na het o m z e t t e n t r e e d t een h e r h a l i n g van p r o c e s s e n op, m e t dit v e r s c h i l dat geleidelijk de goed a f b r e e k -b a r e o r g a n i s c h e stoffen verdwijnen. Dit -betekent w a a r s c h i j n l i j k dat de p r o c e s s e n na het herhaaldelijk o m z e t t e n s t e e d s t r a g e r v e r -lopen. De gevormde z u r e n worden door het o m z e t t e n geoxydeerd, waarbij een eventuele pHdaling, ontstaan tijdens de v e r z u r i n g s -f a s e , weer wordt g e c o r r i g e e r d . gassamenstelling (vol.°/o) 100i- ï" einde compostering F i g . 2. » - tijd
Vermoedelijke verloop van de g a s s a m e n s t e l l i n g in het afval tijdens het c o m p o s t e r i n g s p r o c e s , waarbij de af-valhopen 3x worden omgezet.
2. E F F E C T E N VAN VERDICHTING EN AFDEKKING
Uit onderzoek in de USA en Duitsland (HAM, 197 6; EHRIG, 1978) i s gebleken dat de v e r z u r i n g s f a s e langer duurde a l s het g e s t o r t e afval d i r e c t werd v e r d i c h t en afgedekt m e t grond. Werd het afval p a s na 6 maanden afgedekt m e t grond, dan kwam de m e t h a a n -gisting aanzienlijk s n e l l e r op gang.
De duur van de v e r z u r i n g s f a s e is van veel belang voor de v e r o n t r e i n i g i n g s g r a a d van het p e r k o l a t i e w a t e r . Tijdens de v e r z u r i n g s -fase ligt de COD-waarde van het p e r k o l a t i e w a t e r namelijk in de o r d e van 30 000 à 40 000 m g 0 ^ l "1 ( C O D / B O D5b ? 1, 5 à 2). Na
h e t i n t r e d e n van de m e t h a a n v e r g i s t i n g s f a s e daalt de COD tot 2000 à 3000 m g 0 - l "1 ( C O D / B O D ^ l 0 à 15). E r worden dan
p r a k t i s c h geen l a g e r e v e t z u r e n m e e r aangetroffen in het p e r k o -l a t i e w a t e r , w a a r d o o r de pH van het water tot ca. 8 op-loopt. Het is d a a r o m gewenst, dat het a f b r a a k p r o c e s zo snel mogelijk het stadium van de m e t h a a n g i s t i n g b e r e i k t .
Volgens EHRIG (1978) heeft de m a t e van verdichting een b e -langrijke invloed op de hoeveelheid p e r k o l a t i e w a t e r . Hij stelt dat, door het afval te v e r d i c h t e n m e t een c o m p a c t o r , de hoeveelheid
p e r k o l a t i e w a t e r ongeveer 20 à 25% van de n e e r s l a g b e d r a a g t , t e r w i j l bij gebruik van een bulldozer 30 à 50% van de n e e r s l a g a l s p e r
-k o l a t i e w a t e r v r i j -k o m t . Op de onderzochte s t o r t p l a a t s e n v a r i e e r d e de gemiddelde hoeveelheid n e e r s l a g van 508 tot 696 m m p e r j a a r . De ouderdom van de s t o r t p l a a t s e n lag t u s s e n 1, 5 en 9, 4 j a a r .
E r is r e d e n om bij de o n d e r z o e k s r e s u l t a t e n van EHRIG enige v r a a g t e k e n s te p l a a t s e n . A l l e r e e r s t is het onzeker of in alle g e -vallen wel een evenwichtssituatie is b e r e i k t m e t betrekking tot de afvoer van p e r k o l a t i e w a t e r . V e r d e r ontbreken gegevens over de wijze, waarop de hoeveelheid p e r k o l a t i e w a t e r is gemeten. Ook worden geen gegevens v e r m e l d van de oppervlakkige afvoer (runoff).
Op twee van de onderzochte s t o r t p l a a t s e n w e r d het p e r k o l a t i e water teruggepompt op het afvalstort. Gedurende de 7 r e s p e c -t i e v e l i j k 11 j a r e n , da-t di-t s y s -t e e m nu word-t -t o e g e p a s -t , heef-t m e n
nog s t e e d s geen water aan deze kringloop hoeven te o n t t r e k k e n . Mogelijk is de v e r d a m p i n g h i e r belangrijk hoger, omdat de afdek-laag v o o r t d u r e n d vochtig wordt gehouden. Bij dit s y s t e e m zou volgens onderzoek van POHLAND (1976) de m e t h a a n g i s t i n g s f a s e s n e l l e r worden b e r e i k t .
HAM (197 6) heeft de runoff gemeten in grote lys im e t e r bakken (10 x 20 m e t e r ) m e t afval afgedekt m e t slibhoudend zand. Op een helling van 3% bedroeg de runoff 7, 5-8, 5% van de n e e r s l a g
( n e e r s l a g g e g e v e n s zijn niet v e r m e l d ) . De hoeveelheid p e r k o l a t i e
w a t e r v a r i e e r d e van 19 tot 23% van de n e e r s l a g . Deze c i j f e r s mogen e c h t e r niet zonder m e e r worden t o e g e p a s t op g r o t e r e o p p e r v l a k -ten en l a n g e r e hellingen.
De indruk b e s t a a t dat deze e x p e r i m e n t e n nog te veel v r a g e n onbeantwoord laten. Met name de runoff is niet gemeten, a l t h a n s niet op v u i l s t o r t p l a a t s e n . Aanvullend onderzoek n a a r het effect van v e r d i c h t i n g en afdekking lijkt dan ook gewenst.
3. GASONTWIKKELING
De gasontwikkeling in het afval, z o a l s deze m e t name o p t r e e d t tijdens de m e t h a a n g i s t i n g s f a s e , kan een aantal p r o b l e m e n v e r o o r zaken op v u i l s t o r t t e r r e i n e n (HOEKS, 1976). R e e d s tijdens de s t o r t -fase kan het gevormde m e t h a a n g a s er de o o r z a a k van zijn, dat op afgewerkte gedeelten van het s t o r t t e r r e i n de vegetatie afsterft. Het gas ontwijkt namelijk via de afdeklaag in de a t m o s f e e r . In de afdeklaag, waar door diffusie zuurstof binnendringt, wordt het gas gedeeltelijk of geheel geoxydeerd door a e r o b e m i c r o - o r g a n i s m e n . De zuurstof wordt daarbij z e e r snel v e r b r u i k t , w a a r d o o r a n a e r o b e omstandigheden ontstaan in de afdeklaag. Over het a l g e m e e n zullen plante s o o r t e n die gewend zijn aan lage zuurstofgehalten (b. v. m o e -r a s a c h t i g e planten) het b e s t bestand zijn tegen deze ongunstige a e r a t i e t o e s t a n d (HOEKS, 1974).
Aangezien het hier b r a n d b a a r gas betreft, b e s t a a t er in p r i n c i p e gevaar voor e x p l o s i e s . Dit is e c h t e r a l l e e n mogelijk a l s het m e t h a a n -gas zich ophoopt in afgesloten r u i m t e n , bijvoorbeeld in k e l d e r s onder gebouwen. Bij de h e r b e s t e m m i n g van afgewerkte s t o r t t e r r e i n e n dient m e n zich deze p r o b l e m e n goed te r e a l i s e r e n . Gebouwen mogen a l l e e n in u i t z o n d e r i n g s g e v a l l e n op s t o r t t e r r e i n e n worden
geplaatst waarbij m e n speciale v o o r z o r g s m a a t r e g e l e n dient te treffen m e t het oog op explosiegevaar (HOEKS, 197 6).
Ten einde p r o b l e m e n te voorkomen kan m e n overwegen om een o n t g a s s i n g s s y s t e e m aan te leggen. Dit is bijvoorbeeld m o g e -lijk door in het afvalstort ventilatiepijpen of grindbanen a a n te
brengen, w a a r l a n g s het gas kan ontwijken in de a t m o s f e e r . Via d e r g e l i j k e ventilatiepijpen kan het gas ook uit het s t o r t worden opgepompt.
De gasproduktie is d e r m a t e hoog, dat voor g r o t e r e s t o r t p l a a t s e n de winning van het m e t h a a n g a s een i n t e r e s s a n t e zaak kan zijn.
Volgens voorzichtige schattingen b e d r a a g t de gasproduktie ongeveer 5 à 7 m / j a a r p e r ton afval gedurende de e e r s t e 10 j a r e n na het
s t o r t e n (zie fig. 3; HOEKS, 1976). Voor de V A M - s t o r t p l a a t s wordt
•3
de huidige gasproduktie g e r a a m d op 20 à 25 miljoen m / j a a r ( s a m e n s t e l l i n g : 50% C H . , 50% C 02) . Ook al zou s l e c h t s de helft
winbaar zijn, dan gaat het nog om r u i m 10 miljoen m gas p e r j a a r .
g a s p r o d u k t i e ( m3/ j a a r per t o n a f v a l )
8 1
-4 0 5 0 6 0 70 80
tijd na het storten (in jaren)
F i g . 3. Verloop van de gasproduktie in een v u i l s t o r t m e t de tijd, b e r e k e n d volgens HOEKS (197 6)
Op enkele s t o r t p l a a t s e n in de USA wordt m o m e n t e e l m e t h a a n g a s onttrokken voor v e r w a r m i n g s d o e l e i n d e n of voor opwekking van e l e k t r i c i t e i t . Veelal blijkt d a a r u i t dat de hier gegeven schattingen aan de lage kant zijn. CARLSON (1977) v e r m e l d t voor een s t o r t -p l a a t s in Mountain View (California), dat de g a s s a m e n s t e l l i n g
3 constant bleef bij een o n t t r e k k i n g s s n e l h e i d van 1,0 a 1,5 miljoen m g a s / j a a r p e r h e c t a r e s t o r t t e r r e i n (storthoogte ca. 13 m e t e r ) .
4. CONCLUSIES
Het a f b r a a k p r o c e s , zoals dat p l a a t s vindt in een a f v a l s t o r t , blijkt in belangrijke m a t e bepalend te zijn voor de v e r o n t r e i n i g i n g s g r a a d van het p e r k o l a t i e w a t e r . Vooral tijdens de ver zuring sfa se n e e m t de v e r o n t r e i n i g i n g s g r a a d van het p e r k o l a t i e w a t e r s t e r k toe. Het blijkt, dat de v e r z u r i n g s f a s e langer aanhoudt n a a r m a t e het afval m e e r is v e r d i c h t en s n e l l e r is afgedekt m e t grond.
Z o d r a het a f b r a a k p r o c e s het stadium van de m e t h a a n g i s t i n g heeft b e r e i k t , loopt de v e r o n t r e i n i g i n g s g r a a d van het p e r k o l a t i e w a t e r s t e r k t e r u g . Dit geldt niet a l l e e n voor de o r g a n i s c h e belasting m a a r ook voor de belasting m e t v e r s c h i l l e n d e m e t a a l i o n e n . Afhankelijk van d i v e r s e faktoren (o. a. verdichting, afdekking, vochtgehalte) duurt het een halfjaar tot s o m s zelfs 5 j a r e n a l v o r e n s de m e t h a a n g i s t i n g s -fase wordt b e r e i k t .
De indruk b e s t a a t dat de oppervlakkige a f s t r o m i n g van w a t e r op een s t o r t t e r r e i n toeneemt a l s het afval is v e r d i c h t en afgedekt m e t grond. De l i t e r a t u u r g e g e v e n s geven over dit a s p e c t e c h t e r onvol-doende i n f o r m a t i e . Voorlopig lijkt het nog niet v e r a n t w o o r d om aan deze gegevens c o n c l u s i e s te verbinden voor de p r a k t i s c h e v e r w e r -king van afval op s t o r t t e r r e i n e n .
De vegetatie op afgewerkte s t o r t t e r r e i n e n ondervindt nogal eens hinder van gasontwikkeling in het a f v a l s t o r t . Voorts b e s t a a t e r gev a a r gevoor explosies a l s het gas zich kan ophopen in afgesloten r u i m -ten in of onder gebouwen. Deze p r o b l e m e n kunnen worden ondervangen door de aanleg van een o n t g a s s i n g s s y s t e e m . Voor g r o t e r e s t o r t
-p l a a t s e n , z o a l s bij het VAM-bedrijf, lijkt de winning van het gas voor c o m m e r c i ë l e doeleinden een aantrekkelijke zaak. M o m e n t e e l v e r r i c h t de VAM, in samenwerking m e t het ICW, onderzoek n a a r de mogelijkheden van gaswinning, terwijl bij de SVA een onderzoek is g e s t a r t n a a r de gasontwikkeling in a f v a l s t o r t e n in r e l a t i e m e t
de storttechniek, v e g e t a t i e s c h a d e en v e r o n t r e i n i g i n g van het grondwater.
5. LITERATUUR
BORST, R . J . 1978. P r o c e s s e n in de grond onder een v u i l s t o r t p l a a t s . Nota ICW 1068, Wageningen, 45 pp.
CARLSON, J . A . 1977. R e c o v e r y of landfill gas at Mountain View. Solid Waste Information, E P A , Cincinnati, Ohio, 62 pp. EHRIG, H . J . 1978. S i c k e r w a s s e r aus Deponien: Herkunft, Menge
Z u s a m m e n s e t z u n g . In: Aktuelle P r o b l e m e der Deponie-technik. Abfallwirtschafts s e m i n a r , Techn. Univ. B e r l i n , pp. 27-54
HAM, R . K . 1976. Solid waste degradation due to shredding and sludge addition. In: Gas and Leachate from Landfills. P r o c . Symp. R u t g e r s Univ. , New Brunswick,
New J e r s e y ; E P A - 6 0 0 / 9 - 7 6 - 0 0 4 , pp. 168-176
HOEKS, J . I974. O v e r l e v i n g s k a n s e n van s t r a a t b o m e n bij a a r d g a s -l e k k a g e . V e r s p r e i d e O v e r d r u k k e n ICW 156, Wageningen, 6 pp.
HOFKS, J . 1976. Gasontwikkeiing in v u i l s t o r t e n . Nota ICW 894, Wageningen, 23 pp.
POHLAND, G . P . 1976. Landfill m a n a g e m e n t with l e a c h a t e r e c y c l e and t r e a t m e n t : an overview. In: Gas and L e a c h a t e from Landfills. P r o c . Symp. R u t g e r s Univ. , New Brunswick. New J e r s e y ; E P A - 6 0 0 / 9 - 7 6 - 0 0 4 , pp. 159-167
ROVERS, F . A . and G . J . FARQUHAR, 1973. Infiltration and landfill behaviour. A m e r . Soc. Civil. Eng. , J . Env. Eng. Div. 99: 671-690
4
