reinnova huber humer-handout_2011_v1
TRANSCRIPT
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizada
Els reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
ORGANIZADO POR: CON LA COLABORACIÓN DE:
Different models of MBT ‐ advantages anddisadvantages
Marion Huber‐Humer
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
2
The amount of disposed biologically degradable wasteshould be reduced to
–75% until 2006–50% until 2009–35% until 2016versus base year 1995.
EU Landfill Directive: “…. in order to “reducemethane generation in the landfills and therelated global warming effects”
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
3
Pretreatment StrategiesMSW-Incineration MBT Strategy
Residual waste (low organic content)
incineration
residues (slag, ash)
landfill
Mechanical separation
high calorific fraction(RDF)
easily degradable fraction
incineration humification
Residues(flyash) MBT-material
landfill landfill
carbonation, solidification
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
4
MBT-Waste: Carbon and Nitrogen FixationWhile thermal treatment leads to an immediate release of the entire carbon in form of CO2 (bothbiogenic and fossil) into the atmosphere, disposal of MBT‐material allows to store …
…a substantial part (approx. one third) of carbon in the landfill as stable organic substance for medium‐to long‐term time. The other part is released in form
of climate‐neutral CO2 during aerobic biologicaltreatment.
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
C‐sink MBT‐landfillCorg content:
0
5
10
15
20
25
0 50 100 150 200 250
Alter (Wochen)
Cor
g (%
TM
) MW: ~ 17 % TM
MW: ~ 2 % TM
Maturity (weeks)
Mean aprox. 17% DM
Mean aprox. 2% DM
% D
M
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
C‐sink MBT‐landfillCorg content of MBT material versus incineration residues:
mean Corg of MBT‐Output: ~ 17 ± 2,5 % DMmean Corg of waste incineration bottom ash:
~ 2 ± 1,5 % DM
Difference: ~ 15 % DM
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
Optimisation of waste streamsWet waste (input‐material):⇒MBT, because vaporisation of water reduces the heating value of waste
Material with high content of carbonates⇒ decay of carbonates during incineration => release of CO2; fixation of C during MBT is more favourable
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
Biodrying Strategy„Trockenstabilat“
MBTSplitting Strategy
reducing water content by biological heating
Incineration / interim storage
residues (slag, ash)
landfill
Mechanical separation
high calorific fraction(RDF)
easily degradable fraction
incineration humification
Residues(fly-ash)
MBT-material
landfill landfill
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
Main differences of MBT strategies
Preparation for landfilling,Creation of C‐ and N‐pool
Preparation for recovery, storage, transportation, thermal treatment,…
Longterm stabilization(mineralisation and humification)
No longterm biologicalstabilization !!
MBT‐concept„Bio‐drying“
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
Mass balance (%) – examples from Austrian MBT- plants
plant A B C/biodrying Dplant input t/a 53.000 75.000 30.000 41.000
RDF I 39% 13% 40% 53%
input biology 61% 87% 60% 47%
loss bymineralisation 20% 40% 17% 24%RDF II 18% 7% 36% -
MBT-landfill 23% 40% 7% 23%
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
11
Biological step: aerobic or anerobic/aerobic
‐ sensitive microbial process(tendency to form scum, …)
‐ robust microbial process and faster degradation kinetics
‐ additional (complex) technicalequipment (pre‐preparation of waste)‐ higher work input => costs‐ treatment of digester outputmaterial (additional aerobic stepneeded to achieve required landfillparameters)
‐Maintanence of specific plant sections (aeration equipment, etc.)‐management of exhaust air‐many long‐term experiences and know‐how
‐ recovery of biogas (energyrecovery)
‐ longterm stabilization(mineralisation and humification)
anaerobic /aerobicaerobic
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
12
aerobic processaerobic process
MBT ‐ Biological Treatment
organic matter is used by microbes as source of energyand nutrient; therefore microbes need:
= GlucoseC6H12O6
6 CO2 + 6 H2O + 2.880 kJ/molC6H12O6 + 6 O2
oxygenoxygen
balanced nutrient content balanced nutrient content (C/N)(C/N)
waterwater (oxygen + nutrients available only solved ) (oxygen + nutrients available only solved )
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
13
‐higher costs‐higher energy demand
‐ cost‐efficient‐ low energy demand
‐ complex technical equipment‐ online‐management („error‐prone“)‐ high maintanence activities
‐ problems with odor emissions /airemissions (legal requirements!)‐ longer treatment durations‐ know‐how and experiencesrequired for optimal processmanagement
‐ Closed systems with managementof exhaust air
‐ „open“ windrow rotting process
„High tech“„Low tech“
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
14
MBT ‐ Low Technique Systems
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
15
MBT ‐ Low Technique Systems
Katsdorf / UA, 1976
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
16Aich Assach / Styria, 1984
MTB ‐ Low Technique Systems
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
17
In Vessel System ‐ Batch Type: Stockerau/Austria
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
18Spanien 2011
In Vessel System ‐ Batch Type
output
input
leachatere‐circulation
waste air re‐circulated air
fresh air
supply airgrid floor
leachate
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
19
Forced Aerated System: In Vessel (Reactor) System
disadvantage: computer reacts to measurement (does not know the reason for the changed value)
system may crashsystem may crashwhen air amount
is to highmaterial dries out
and degradation stops
when air leavesthrough clefts
O2 in waste air remains high, but O2 is not consumed by microbes
air amount is reduced, microbes do not get enough oxygen
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
Goals of MBT Regarding Final Disposal stability of organic mattersignificant reduction of CH4 generationsignificant reduction of BOD in leachatelong-term sink for C and Nsaving landfill volumeuniform geotechnical properties
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
21
Gas GenerationGas Generation Potential in Incubation Test -Impact of Mechanical Biological Pretreatment
Test Duration [days]
Gas
Gen
erat
ion
[Nl/k
g D
M]
0
50
100
150
200
250
300
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480
Oberpullendorf DANO-OutputGS21 = 34 Nl/kg DS - acidification!
Siggerwiesen 3 weeksGS21 = 54 Nl/kg DS
Allerheiligen 5 weeksGS21 = 35 Nl/kg DS
Allerheiligen 5 weeksGS21 = 25 Nl/kg DS
Liezen 16 weeksGS21 = 4 Nl/kg DS
Oberpullendorf 20 weeksGS21 = 9 Nl/kg DS
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
22
….. after biological treatment methane gas production is reduced by 90-95%.
focus on the quality and properties of the landfilled waste (= internal barrier)
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
Stability of Organic Matter – Limit Values Austria
Measuring methodsRespiration Activity < 7 mg O2/g DMGas Generation < 20 Nl/kg DM
To prevent landfilling of high calorific materials
Calorific Value < 6,600 kJ/kg DM
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er landfill emissions untreated MSW after MBT
gas production 130 – 300 m3/t DM << 24 m3/t DM
BOD in leachate up to 30,000 mg O2/lacidic leachate
10 – 350 mg O2/l
ammonium in leachate 240 – 10,000 mg NH4/l 100 – 350 mg NH4/l
Emissions - untreated MSW versus MBT-Waste
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
25
Impact on Leachate QualityImpact of Pretreatment on
COD-Concentrations in Leachate
CO
D [m
g O
2 / l
]
0
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
without MBPyoung
without MBPold
20% MBPold
> 50% MBPyoung
> 50% MBPold
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
26
Impact on Leachate QualityImpact of Pretreatment on
Ammonia-Nitrogen-Concentrations in Leachate
Am
mon
ia-N
itrog
en [m
g / l
]
0
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
without MBPyoung
without MBPold
20% MBPold
> 50% MBPyoung
> 50% MBPold
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
Assumptions
• RDF-fraction 20 to 50%• ash content of the RDF av.15%• loss by mineralisation 20 to 40%• density of MBT- waste in landfill >1.3 t/m3
• density of MSW in landfill ~1.0 t/m3
⇒ up to 80% of landfill volume can be saved
MBT saves landfill volume !
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
positive
low permeability Kf < 10-9 m/slow amount of leachate
high compactionvolume reduction and reduced settlement
negative
fine particle size < 40 mm(calorific value < 6,600 kJ/kg DM)
reduced mechanical stability(lack of reinforcement by plastic)
Geotechnical aspects of MBT-Waste
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
29
Reduced fibre-cohesion and saturation of thepore volume at low moisture contents requirespecial methods of landfill operation
Landfilling at the dry side of optimum watercontent of the Proctor compaction curve
Accumulation of water on the landfill surfacemust be avoided through sufficient inclination
low hydraulic conductivity (kf =10-6 bis 10-9
m/s) and, thus, alterations in the stabilitybehaviour of the landfill
Separation of high-calorific plastic fractions & biologicaltreatment allow for higher waste density in the landfill
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
Conclusions• Different concepts, each has pros and cons, no single solution! =>find suitable concept for specific waste (composition and properties) and individual situation• improvement of efficiency by optimisation of waste streams• MBT‐landfill => C and N sink (climate change!)
Los retos en la gestión de residuos urbanos en una economía globalizadaEls reptes en la gestió de residus urbans en una economia globalitzada
Challenges in waste management in a globalized economy
E. Binne
r, M. H
uber‐Hum
er, P. Lechn
er
Thank you for your attention!