Simulation of gas extraction systems in sanitary lanofills

Abstract

ÖZET KATI ATIK DEPOLAMA ALANLARINDAKİ GAZ TOPLAMA SİSTEMLERİ SİMÜLASYONU Günümüzde büyük şehirlerden başlayarak, eski düzensiz depolama alanlarının rehabilitasyonu ve yeni düzenli depolama alanlarının inşaat edilmesi, ekonomik oluşu ve çevreye en az olumsuz etkisi olan yöntem olması sebebi ile gün geçtikçe yayılan bir yöntem haline gelmektedir. Bu bertaraf sisteminin çevreye olan olası zararlı etkilerinden en önemlisi depo edilen katı atıkların yaklaşık olarak 20 ile 40 yıl boyunca biyolojik ayrışması sonucunda oluşan, az miktarda benzen, vinilklorür, trikloroetilen ve esas olarak metan ve karbondioksit gibi zehirli ve tehlikeli gazlarının çevreye yayılmasıdır. Bu gazların çevreye en önemli olumsuz etkilerinden birisi oluşan metan gazının belli konsantrasyonların üzerinde patlayıcı olması ve yine metan gazının yeraltında yaklaşık 150-200 metre uzaklıklara kadar gidebilmesidir. Bu yüzdendir ki üretilen bu gazların atık alanlarının içine yerleştirilen gaz toplama kuyuları ile bertaraf edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, bir katı atık depolama alanında oluşan gazın üretimi, hareketi ve gaz toplama kuyuları yerleştirilerek depolama alanındaki gazın toplanması incelenmiştir. Bu inceleme, toplam basınç, metan, karbondioksit ve nitrojen gazlarının konsantrasyonlarının zamana bağlı değişimlerini ifade eden denklemlerin nümerik modellenmesi ile gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan model, yerleştirilecek olan kuyuların sayısı, birbirlerine olması gereken optimum uzaklıkları ve kuyularda oluşturulacak emme basınçlarını inceleme olanağı vermektedir. Bu model ile üçü aktif gaz toplama sistemine sahip olan toplam yedi adet senaryo incelenmiştir. Literatürde bu konuda bugüne kadar yapılan nümerik çalışmalar arasında, iki boyutta zamana bağlı olarak çalışan ve gaz toplama sistemi olan çözüm üretilmemiştir. Literatürdeki çalışmalarda tek boyutta, gaz toplama sistemi olmadan veya iki boyutlu sabit zamanda çözümler üretilmiştir.

IV ABSTRACT SIMULATION OF GAS EXTRACTION SYSTEMS IN SANITARY LANDFILLS Rehabilitation of uncontrolled landfills and constructing of new sanitary landfills is a wide spread technique used for solid waste disposal since the technique is economic to build and operate and the adverse effects to the environment are minimum. One of the potential adverse effects of landfills to the environment is the migration of vapors to the atmosphere such as benzene, vinylchloride, trichloroethylene and mainly carbon dioxide and methane gases, generated by the biodegradation of refuse up to 20-40 years after the closure of a landfill. Main considerations for gas migration to the atmosphere is that methane can be explosive in air at certain concentrations and may migrate to distances of 150-200 meters through soil. In order to prevent such negative effects, a proper gas extraction system should be implemented in the landfill. The gas generation and migration in a landfill and extraction of landfill gas is investigated in this study. This investigation is performed by solving the governing equations for total gas pressure and methane, carbon dioxide and nitrogen gas concentrations using numerical methods. The developed model can be helpful to investigate the optimum well distances, number of wells and the amount of gas extraction. Seven different scenarios were examined of which three were for active gas extraction systems. The literature surveys reveal that one dimensional studies without gas extraction systems or two dimensional systems at steady state have been performed. Presently, a two dimensional study with active gas extraction systems using numerical methods have not been performed.