Biyoreaktörler

Başlıklar

  1. Biyoreaktör Düzenli Depolama Nedir?
  2. Biyoreaktör Depolama Alanlarına Özgü Özellikler
  3. Biyoreaktör Düzenli Depolama Alanlarının Potansiyel Avantajları
  4. Biyoreaktör Düzenli Depolama Alanlarının Özel Hususları
  5. Güncel EPA Biyoreaktör Araştırmaları
  6. EPA İçinde Biyoreaktör Projeleri
    1. Project XL Biyoreaktör Düzenli Depolama Pilotları
    2. EPA Uygulama Durumu Biyoreaktör Düzenli Depolama Çalışması
    3. Bir CRADA Kullanarak Atık Yönetimi ile İşbirliğine Dayalı Araştırma
    4. Biyoreaktör Performans Raporu
  7. Ek Biyoreaktör Projeleri ve Bilgileri

1. Biyoreaktör Depolama Yöntemi Nedir?

Biyoreaktör depolama yöntemi organik nitelikli evsel atıkların bozunması ile stabil hale gelmesini sağlayan bir yöntemdir. Atıkların mikrobiyal bozunumunu artırarak stabil hale gelme hızı artırmayı amaçlamaktadır. Biyoreaktör depolama yöntemi geleneksel düzenli depolama yönteminden farklıdır.

Zira biyoreaktör depolama yöntemi tek bir proses olmaktan öte operasyonel süreçler zinciridir. Bu proseste temel olarak üç farklı konfigürasyonu vardır.

Aerobik– Aerobik biyoreaktör depolama yönteminde, sızıntı suyunun alt tabakadan çıkartılarak, borular vasıtası ile sıvı depolama tanklarına aktarılmasını sağlar. Söz konusu sızıntı suyu düzenli olarak depolama alanına yeniden devir edilir. Ayrıca aerobik aktiviteyi arttırmak ve atık stabilizasyonunu hızlandırmak için dikey veya yatay kuyular kullanılarak atık kütlesine hava verilir.

Anaerobik– Anaerobik biyoreaktör depolama yönteminde, optimum nem seviyelerini elde etmek için atık kütlesine yeniden devir edilen sızıntı suyu ve diğer kaynaklar şeklinde nemlendirilmesi sağlanır. Oksijen yokluğunda (anaerobik olarak) biyodegradasyon, meydana gelir ve düzenli depolama gazı üretir. Sera gazı emisyonlarını en aza indirmek ve enerji projeleri için öncelikle metan olmak üzere düzenli depolama gazı elde edilebilir.

Hibrit (Aerobik-Anaerobik) Hibrit biyoreaktör depolama sistemleri, depolama alanının üst bölümlerindeki organik maddeleri hızla bozunmasını sağlar ve alt bölümlerden gaz toplamak için sıralı bir aerobik-anaerobik arıtma kullanarak atık bozulmasını hızlandırır. Hibrid olarak operasyon, aerobik depolama alanlarına kıyasla metanogenez safasın daha erken geçilmesine neden olur.

Bu incelememizde sizlere aşağıda yer alan konu başlıklarında bilgi verilecektir;

  • Biyoreaktör Depolama Alanlarına Özgü Özellikler
  • Biyoreaktör Düzenli Depolama Alanlarının Potansiyel Avantajları
  • Biyoreaktörler Hakkında Özel Hususlar
  • Atıkların Depolanması
  • Güncel Biyoreaktör Araştırmaları

2. Biyoreaktör Düzenli Depolama Alanlarına Özgü Özellikler

Biyoreaktör atıkların ayrışmasını ve stabilizasyonunu hızlandırmayı amaçlar. Doğal süreçlerde uzun sürelerde meydana gelen biyodegradasyon sürecini kısaltmak için en azından biyoreaktöre sızıntı suyunun devir edilmesi sağlanır. Biyoreaktörler genellikle nem içeriğinin kontrolü ile mikrobiyolojik süreci hızlandırmak için sızıntı suyu takviyesi sağlamak için sızıntı suyu, atık su ve atık su arıtma tesisi çamurları gibi diğer sıvılara ihtiyaç duyarlar ve sızıntıları sıvı yönetimi için basit bir şekilde yeniden devir eden bir depolama alanından farklıdır. Sızıntı sularını basitçe devridaim eden düzenli depolama sahalarının, optimize edilmiş biyoreaktör olarak adlandırılamaz.

Nem, proseste ayrışmayı etkileyerek hızlandıran en önemli faktördür. Biyoreaktör teknolojisi, yaklaşık %35-65 aralığında optimum nem içeriğinin korunmasına dayanır ve bu yüzdeyi korumak amacı ile gerektiğinde sıvı ilavesi yapılır.

Nem içeriği, doğal olarak oluşan mikropların biyolojik etkisi ile birleşince atıkları parçalanmasını hızlandırır. Mikroplar aerobik veya anaerobik olabilir. Biyoreaktörün yan ürünü, düzenli depolama alanında daha erken bir aşamada ve geleneksel düzenli depolama alanlarından genel olarak çok daha yüksek bir oranda anaerobik aşamada metan gazı (LFG) üretmesidir.

3. Biyoreaktör Düzenli Depolama Alanlarının Potansiyel Avantajları

Bir biyoreaktör depolama alanındaki atıkların ayrışması ve biyolojik olarak stabilizasyonu, geleneksel düzenli depolama alanında meydana gelenden çok daha kısa bir zaman diliminde meydana gelebilir; bu da uzun vadeli çevresel riskler ve depolama sahası işletme ve kapatma sonrası maliyetlerinde potansiyel bir azalma sağlar. Biyoreaktörlerin potansiyel avantajları şunlardır:

  • Düzenli depolama alanlarında yıllar boyunca ayrışma ve biyolojik stabilizasyon
  • Hem aerobik hem de anaerobik koşullar nedeniyle daha düşük atık toksisitesi ve hareketliliği
  • Sızıntı suyu arıtım maliyetinin azalması
  • Atık kütlesinin yoğunluğundaki artış nedeniyle düzenli depolama alanında %15-30 arasında kazanç sağlanması
  • Yakalandığında, yerinde enerji kullanımı için kullanılabilen veya satılabilen önemli ölçüde artmış LFG üretimi
  • Kapama sonrası bakımda azalma

Araştırmalar, belediye katı atıklarının aerobik ve / veya anaerobik koşullar altında düzenli depolama alanındaki nemi arttırarak ve kontrol ederek (organik maddelerin bozulması ve inorganiklerin sekestrasyonu nedeniyle) hızla bozunabileceğini ve daha az tehlikeli hale getirilebileceğini göstermiştir. Bir biyoreaktördeki sızıntı suyu kalitesi hızla artar ve bu da sızıntı suyu bertaraf maliyetlerini azaltır. Atık depolama alanı işletmecilerine depolama alanının çalışma ömrünü uzatan toplanan hava sahası ile depolama sahası hacmi de azalabilir.

Bir biyoreaktör depolama sahası tarafından yayılan LFG esas olarak metan ve karbondioksit artı daha az miktarda uçucu organik kimyasallar ve / veya tehlikeli hava kirleticilerinden oluşur. Araştırmalar, bir biyoreaktörün çalışmasının, süreçte daha erken ve geleneksel depolama alanından daha yüksek bir oranda LFG üretebileceğini göstermektedir. Biyoreaktör LFG de daha kısa bir sürede üretilir, çünkü hızlandırılmış ayrıştırma işlemi kaynak atığı geleneksel atık depolama alanından daha hızlı tükettiğinden LFG emisyonları azalır. Net sonuç, biyoreaktörün genel olarak geleneksel düzenli depolama alanlarından daha fazla LFG ürettiği görünmektedir.

Bazı çalışmalar, biyoreaktörün maliyet etkin LFG geri kazanımı için fizibiliteyi arttırdığını ve bu da kaçak emisyonları azaltacağını göstermektedir. Bu, biyoreaktör LFG’nin enerji geri kazanımı projelerinde yararlı bir şekilde yeniden kullanılması için bir fırsat sunmaktadır. Şu anda, LFG’nin (geleneksel ve biyoreaktör depolama alanlarında) enerji uygulamaları için kullanımı potansiyel kullanımının sadece yüzde 10’udur. ABD Enerji Bakanlığı, kontrol edilen biyoreaktör teknolojisi, halihazırda düzenli olarak doldurulmakta olan atığın yüzde 50’sine uygulandığında, ABD elektrik ihtiyacının yüzde birine eşdeğer yılda 270 milyar metreküpten metan sağlayabileceğini tahmin ediyor.

4. Biyoreaktör Düzenli Depolama Alanlarının Özel Hususları

EPA’nın spesifik biyoreaktör standartlarını belirleyebilmesi veya çalışma parametrelerini önerebilmesi için biyoreaktör depolama sahaları ile ilgili bazı hususlar incelenmeli ve anlaşılmalıdır. Biyoreaktör depolama sahaları genellikle daha yüksek başlangıç sermayesi maliyetlerine sahip olan ve işletme ömürleri boyunca ek izleme ve kontrol gerektiren mühendislik sistemlerdir, ancak kapanış sonrası süre boyunca geleneksel “kuru mezar” depolama alanlarına göre daha az izleme içermesi beklenmektedir. Bir biyoreaktör depolama alanının tasarımı ve işletimi sırasında ele alınması gereken hususlar şunlardır:

  • Artan gaz emisyonları
  • Artan koku
  • Artan nem ve yoğunluk nedeniyle atık kütlesinin fiziksel dengesizliği
  • Astar sistemlerinin kararsızlığı
  • Yüzey sızıntıları
  • Düzenli depolama yangınları

5. Güncel EPA Biyoreaktör Araştırmaları

EPA ve eyalet ve endüstri ortakları, biyoreaktör depolama sahaları ve sızıntı suyu sirkülasyonu gibi diğer depolama sahaları üzerinde araştırmalar ve gösteriler üzerinde çalışmakta ve yürütmektedir. EPA, biyoreaktör işlemlerinin olası etkileri ve bunlarla ilişkili olabilecek maliyetler hakkında daha fazla bilgi edinmeyi umuyor. EPA’nın Katı Atık Ofisleri; Hava ve Radyasyon; Politika, Ekonomi ve Yenilik; ve Araştırma ve Geliştirme, biyoreaktör depolama alanlarının çeşitli yönlerini incelemek amacıyla:

  • Biyoreaktör depolama sahası tasarımı, işletimi ve bakımının uygulama durumunu değerlendirin
  • Biyoreaktör depolama sahası kullanımı, özellikle geleneksel ve biyoreaktör yaklaşımları arasında karşılaştırma yapmak için verilerin bulunduğu durumlarda örnek olayların belirlenmesi
  • Yeraltı suyu, gaz emisyonları, sızıntı suyu kalitesi, astar stabilitesi, fiziksel stabilite ve yaşam döngüsü bütünlüğü ve ekonomik uygulanabilirlik endişelerini karşılayacak diğer faktörler için çevresel uyumluluk için uzun vadeli izleme gereksinimlerini belirleyin
  • (1) genel olarak depolama alanlarını etkileyen beklemedeki ve planlanan düzenlemeler ve (2) biyoreaktör depolama alanları için geliştirilecek düzenleyici çerçeveyle ilgili görüş alışverişi, teknik endişeler ve uygulama endişeleri
  • Biyoreaktör depolama sahası uygulamasının ekonomik uygulanabilirliğini, etkilerini ve faydalarını tam olarak inceleyin
  • Araştırma ve düzenleyici ihtiyaçların belirlenmesi ve önceliklendirilmesi

EPA’nın biyoreaktörlerin yararları hakkında bir karar vermesi ve bunlarla ilişkili endişeleri anlaması için EPA’nın aşağıdakiler hakkında veri toplaması gerekecektir:

  • Sızıntı suyu yeniden dolaşımı ve biyoreaktör depolama alanları için alternatif astar tasarımı / malzemeleri
  • Çalışma sırasında ve sonrasında kapağın ve alt astarın fiziksel stabilitesi
  • Sızıntı suyu kalitesi, miktarı ve yüklemesinin astar sistemi üzerindeki etkileri
  • Tarla kapasitesine ulaşmak için gereken sıvı zaman ve miktarları
  • Tarla kapasitesini ölçmek için uygun araçlar
  • Sızıntı suyu yeniden dolaşımı ve düzenli depolama sahası stabilizasyonunun oranı ve kapsamına etkisi
  • İstikrar önlemleri
  • Biyoreaktörler için tasarım, işletme ve performans özellikleri
  • Gaz üretim hızı, miktarı ve kalitesi
  • Beklenen yerleşimi karşılamak için yerleştirme işleminden sonra kullanılan ara kapaklar
  • Günlük ve son kapak performansı
  • Optimum nem içeriği ve dağıtım yöntemleri
  • İzleme gereksinimleri
  • Biyoreaktör teknolojisi sınırlama ve mevcut kapanma ve kapanma sonrası gereksinimlerini etkiler

6. Biyoreaktör Projeleri

Aşağıda, hali hazırda yürütülen biyoreaktör araştırma çalışmalarının, gösterilerinin ve rehberlik projelerinin bir listesi bulunmaktadır.

A. Project XL Biyoreaktör Düzenli Depolama Pilotları

Proje XL (eXcellence ve Liderlik) 1995 yılında başlatılan bir EPA girişimidir. Program, düzenlenmiş kuruluşlara üstün çevresel performans elde etme yeteneğini gösteren pilot projeler yürütmeleri için sınırlı düzenleme esnekliği sağlar. Project XL’den öğrenilen bilgiler ve dersler EPA’nın mevcut düzenleyici ve politika belirleme yaklaşımlarını yeniden tasarlamasına yardımcı olmak için kullanılmaktadır. Eylül 2001 itibariyle, 51 pilot deney uygulanmaktadır. Bu yenilikçi programda uygulanmakta olanlardan dört adet düzenli depolama pilot projesinin biyoreaktör olarak çalışması onaylanmıştır. Bu düzenli depolama pilot projeleri şunları içerir:

  • Buncombe County Düzenli Depolama Projesi, Kuzey Carolina
  • Maplewood düzenli depolama ve Kral George County düzenli depolama, Virginia
  • Yolo İlçesi Biyoreaktör Düzenli Depolama Sahası, Kaliforniya

Bu tesislere, sızıntı suyu ve diğer sıvıları, alternatif bir astar sistemi ile inşa edilen bir belediye katı atık depolama sahası ünitesi üzerinde yeniden devir etmelerini sağlayacak düzenleyici esneklik sağlayacaktır. Buna karşılık, bu biyoreaktör XL projelerinin tasarımcıları, uygulandığında, sızıntı suyu yeniden sirkülasyon / gaz geri kazanımı depolama sahası yaklaşımının çeşitli şekillerde üstün çevresel performans sağlayacağını ummaktadır. Bu geliştirmeler şunları içerir:

  • Geliştirilmiş yeraltı suyu koruması
  • Gaz toplama ve kontrol sistemlerinin erken kurulması ve işletilmesi ile düzenli depolama gazı emisyonları
  • Ek atık kapasitesi ve mevcut düzenli depolama hücrelerinin daha uzun ömürlü olması, böylece yeni düzenli depolama alanlarına olan ihtiyacı azaltır ve
  • Geliştirilmiş sızıntı suyu kalitesi ve sonuçta daha temiz atık su deşarjları.

bu projelerden biyoreaktör teknolojisi hakkında önemli bilgiler edinmeyi beklemektedir.

Tüm Proje XL biyoreaktör pilot projeleri, üstün çevresel performans, maliyet tasarrufu, evrak azaltma, sürdürülebilirlik, yenilikçilik, fizibilite ve izleme ve raporlama yöntemlerinin belirlenmesi konularında değerlendirilecektir. Biyoreaktör XL projelerinin sonuçları, EPA’ya 258 yönetmeliğinde belirli kriterlerin değiştirilmesi hakkında bilgi sağlayabilir.

Zaman Dilimi: Pilot uygulamaların her bir proje için üzerinde anlaşılan süreye göre, 2006-2026 yılları arasında tamamlanması beklenmektedir. Değerlendirmeler devam edecek ve her pilot tamamlandıktan kısa bir süre sonra tamamlanacaktır.

B. EPA Uygulama Durumu Biyoreaktör Düzenli Depolama Çalışması

EPA, Uygulama Halinde Biyoreaktör Düzenli Depolama Çalışması yürütmektedir. Bu çalışmanın amacı, biyoreaktör depolama alanlarından elde edilen verileri geleneksel kuru depolama alanlarından elde edilen verilerle karşılaştırmaktır. Bu çalışma, beş çalışan biyoreaktör depolama alanını inceleyecek ve bu depolama alanlarının düzenleyici, çevresel ve işletme parametrelerini belirleyecek ve en iyi işletme uygulamalarını belirlemeye ve değerlendirmeye başlayacaktır. Çalışma, EPA’nın yeraltı suyu standartlarına, gaz emisyonlarına, sızıntı suyu kalitesine, astar stabilitesine, fiziksel stabiliteye ve yaşam döngüsü bütünlüğü ve ekonomik uygulanabilirlik endişelerini ele alan diğer faktörlere çevresel uyum için uzun vadeli izleme ihtiyaçlarının belirlenmesine yardımcı olacaktır. Bilgiler sahiplere ve / veya operatörlere yardımcı olacak, ayrıca biyoreaktör depolama alanlarını daha iyi işletmek ve / veya düzenlemek için yazarlara izin vermek. Ek olarak, bu çalışma EPA’nın biyoreaktör depolama alanına tasarım, işletme ve izin verme konusunda teknik rehberlik ve / veya en iyi uygulamaları geliştirmesi için zemin hazırlamalıdır.

Zaman dilimi: Nihai raporun 2002 yılı sonunda tamamlanması bekleniyor.

C. Bir CRADA Kullanarak Atık Yönetimi ile Kooperatif Araştırması (Kooperatif Araştırma ve Geliştirme Anlaşması)

EPA’nın Ulusal Risk Yönetimi Araştırma Laboratuvarı, çeşitli değişkenlere bakarak birkaç büyük ölçekli biyoreaktör depolama sahası üzerinde araştırma yapmak için Atık Yönetimi, Inc. ile ortaklık yapmaktadır. Bu çalışma Kooperatif Araştırma ve Geliştirme Anlaşması (CRADA) ile yürütülmektedir. Bu beş yıllık ortak araştırma çabasının amacı, biyoreaktör depolama alanlarının güvenli çalışmasını teşvik etmek için en iyi işletme uygulamalarını belirlemek için yeterli bilgi toplamaktır.

Aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli tasarım ve işletim özellikleri incelenmektedir:

  1. Aerobik ,

ve

  • Anaerobik

Zaman dilimi: CRADA 2001-2006’dan itibaren geçerli olacaktır. Bu projenin sonuçları biyoreaktör rehberlik belgelerinin ve standart işletme prosedürlerinin geliştirilmesine yardımcı olmak için kullanılacaktır.

D. Biyoreaktör Performans Raporu

EPA Katı Atık Ofisi (18 Ocak 2009’da Kaynak Koruma ve Kurtarma Ofisi olarak değiştirildi) 5 biyoreaktör sahasını inceledi ve performanslarını araştırdı. Spesifik parametre çalışmaları:

  1. Astar üzerinde sızıntı suyu kafası
  2. Yan şev stabilitesi
  3. Yerleşme
  4. Sızıntı suyu toplama
  5. Gaz toplama ve
  6. Yangınların önlenmesi

Son Makaleler