Bepflanzung von Deponieabdeckungen

Jul 24, 2023

Bodenabdeckungen dienen dazu, die Wassermenge zu reduzieren, die in Mülldeponien eindringt. Durch die Verringerung des Volumens des eindringenden Wassers verringert sich die Menge an erzeugtem Sickerwasser und das Risiko einer Grundwasserverschmutzung.

Im Allgemeinen werden Bodenabdeckungen mit Materialien geringer gesättigter hydraulischer Leitfähigkeit entworfen, wie z. B. verdichteten Tonbarrieren, geosynthetischen Tonauskleidungen (GCLs) oder flexiblen Membranauskleidungen (FMLs), die auch als Geomembranen (GM) bezeichnet werden. Diese Designphilosophie wird oft als „Regenmantel“-Barriere- oder „Regenschirm“-Ansatz bezeichnet. Es hat sich gezeigt, dass Barriereabdeckungen mit der Zeit aufgrund des Einflusses von Klimaschwankungen auf die Integrität des Linersystems ihre undurchlässigen Eigenschaften verlieren.

Eine Alternative besteht darin, Deponieabdeckungen unter Verwendung eines Wasserhaushaltsansatzes zu entwerfen, um die Wasserspeicherkapazität feiner strukturierter, organisch reicher Böden und die Wasserentfernungsfähigkeit der Vegetation zu nutzen. Diese Art der Abdeckung wird als Evapotranspirationsabdeckung (ET) oder Wasserhaushaltsabdeckung bezeichnet.

Einer Studie zufolge können ET-Abdeckungen für Deponien auch als Deponieabdeckungen mit bewachsenem Boden beschrieben werden, deren Hauptzweck darin besteht, das Eindringen von Niederschlägen in die Abfallzone durch Wasserhaushaltsmechanismen, einschließlich Verdunstung und Photosynthese, zu kontrollieren, und nicht durch den Widerstandsmechanismus, der bei herkömmlichen Barriereabdeckungen zum Einsatz kommt, so eine Studie Artikel von William H. Albright und anderen im Jahr 2010.

Die Variablen, die bei der Gestaltung von ET-Abdeckungen manipuliert werden können, sind Vegetation, Bodeneigenschaften und Dicke der Bodenschichten. Laut einer Forschungsarbeit von Mark Ankeny und anderen aus dem Jahr 2000 ist eine geeignete Kombination dieser Variablen auf der Grundlage des lokalen Klimas erforderlich, um ein angemessenes Design zu gewährleisten. Daher liegt der Schlüssel bei der Gestaltung von ET-Abdeckungen darin, genügend Boden bereitzustellen, um während der Vegetationsperiode Wasser zu speichern Ruhemonate, damit das gespeicherte Wasser während der Vegetationsperiode der Pflanzen abgegeben werden kann.

Laut dem Albright-Artikel aus dem Jahr 2010 sind diese Arten von Abdeckungen weit verbreitet, insbesondere in ariden und semiariden Regionen. Im Allgemeinen sind die Schichten der ET-Abdeckungen mit Böden ausgelegt, die Pflanzen mit weit verteilten Wurzelsystemen und viel organischem Inhalt unterstützen können. Es ist auch bekannt, dass Wurzeln und Vegetation geeignete Medien für natürliche Bakterien namens Methanotrophe sind, die dafür bekannt sind, Deponiegase – einschließlich Methan – zu Kohlendioxid zu oxidieren, weil sie das Enzym Methanmonooxygenase besitzen, das es ihnen ermöglicht, Methan als Kohlenstoff zu verwenden Energiequelle und eine wichtige Kohlenstoffquelle.

Mehrere frühere Studien zur Deponie-Methanoxidation im Boden haben ihre Fähigkeit als Mechanismus zur Reduzierung der Methanemissionen von Deponieoberflächen gezeigt. Die Fähigkeit des Deponiedeckbodens, Methan zu oxidieren, hängt jedoch sowohl von den physikalischen als auch von den chemischen Eigenschaften des Deponiedeckmaterials ab, wie z. B. Bodentyp, Feuchtigkeitsgehalt, Dichte sowie Gehalt an organischen Stoffen und Nährstoffen. Darüber hinaus können Umweltbedingungen wie Temperatur und Niederschlag die Fähigkeit von Deponieböden, Methan zu oxidieren, beeinträchtigen.

Berichten zufolge hängen die Methanoxidationsniveaus auch von der Größe der Methanbelastung aus der Abfallmasse in das Bodenprofil ab. Da all diese Variablen vorhanden sind, wurden mathematische Modelle entwickelt, um die Methanoxidation in Deponiebodenbedeckungen abzuschätzen, indem sie den Wasser-, Wärme- und Gastransport sowie die biologische Oxidation in verschiedenen Klimazonen simulieren.

Ein solches Modell wurde von einem Forschungsteam des Florida A&M University-Florida State University College of Engineering entwickelt: das Landfill Surface Emissions Model (LandSEM). LandSEM kombiniert Wasser- und Wärmefluss mit Gastransport und Oxidation in den Deckbodenprofilen unter allen klimatischen Bedingungen und unter verschiedenen Methanbeladungsbedingungen. Die neueste Version des Modells wurde über eine grafische Benutzeroberfläche gebündelt. Das neue LandSEM-Modell besteht aus vier Hauptmodulen:

Frühere Forschungen nutzten LandSEM, um eine Technik zu entwickeln, um das Ausmaß der biologischen Methanoxidation in einem bestimmten Deckbodenprofil abzuschätzen, das auf Deponien in den Klimazonen des Mittelmeerbeckens, ET-Bedeckungen unter den verschiedenen Klimazonen in Kalifornien und ET-Bedeckungen, die als Phyto bezeichnet werden, installiert wurde -Abdeckungen, die in verschiedenen Umweltzonen Australiens gebaut werden sollen. In all diesen Studien wurde LandSEM verwendet, um Korrelationen zwischen dem Prozentsatz der Methanoxidation und dem Methanaustritt aus dem Gassammelsystem in den Boden des Bodenprofils unter verschiedenen mikroklimatischen Bedingungen zu entwickeln, wobei der tägliche Niederschlag, die mittlere Lufttemperatur und der Luftdruck berücksichtigt wurden.

Bisherige Forschungen teilten den Mittelmeerraum in vier Subklimate oder Subregionen ein. Um die Methanoxidation für ET-Abdeckungen an Deponien im Mittelmeerraum abzuschätzen, wurden 17 Standorte in oder in der Nähe von Großstädten ausgewählt. Es wurde angenommen, dass die 17 Standorte repräsentativ für das regionale Mikroklima in jeder der Subregionen des Mittelmeerbeckens sind. Diese Untersuchung ergab, dass eine 1 Meter dicke ET-Abdeckung (wenn sie auf einer Mülldeponie in Tunis, Tunesien, errichtet würde) im ersten Jahr eine CO2-Gutschrift in Höhe von 80.000 US-Dollar generieren könnte. Die geschätzte CO2-Gutschrift sinkt nach 46 Jahren auf 40.000 US-Dollar. Das ist sehr ermutigend, denn es motiviert Entwicklungsländer, ihre Mülldeponien mit Bodenkappen zu verschließen.

Frühere Untersuchungen ergaben, dass das Potenzial von ET-Abdeckungen zur Reduzierung der flüchtigen Freisetzung von Methan in die Atmosphäre den Einsatz von ET-Abdeckungen in Australien und anderswo fördern sollte. Diese Forschung nutzte LandSEM, um Schätzungen der Methanoxidation für die Reduzierung einer typischen 5 Hektar großen Deponie mit 500.000 Tonnen gemischtem Abfall zu entwickeln. Der Brutto-Methan-Beladungsfluss in den Boden der ET-Abdeckung wurde mit dem National Greenhouse and Energy Reporting-Rechner für Feststoffabfälle auf 110 Gramm pro Kubikmeter und Tag geschätzt.

Basierend auf Berechnungen unter Verwendung einer Reihe australischer CO2-Credit-Einheiten könnte die Installation einer ET-Abdeckung auf dieser speziellen Deponie zu einer Einsparung zwischen etwa 56.000 und 114.000 AU$ pro Jahr und einem ungefähren aktuellen Marktwert von 76.000 AU$ pro Jahr führen.

Dr. Tarek Abichou ist Professor für Bauingenieurwesen an der Florida A&M University-Florida State University mit Sitz in Tallahassee, Florida.

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