Détermination de paramètres critiques dans la conception de biofiltres à oxydation passive du méthane

Ce mémoire de maîtrise s'intéresse à la conception et construction de biofiltres à oxydation passive du méthane (BOPM) dans les sites d’enfouissement en fin de vie. Un BOPM peut être installé sur ou près d'un point à haute émission résiduelles de gaz à effets de serre afin de réduire les émissions surfaciques indésirées. Les BOPM ont pour rôle de prendre le flux ascendant de méthane dans le site, et de le dégrader en dioxyde de carbone, un gaz ayant un potentiel de réchauffement climatique 36 fois inférieur au méthane, sur un horizon de 100 ans. Cette dégradation, qui permettra aussi de contrôler les odeurs à proximité des sites d’enfouissement, requiert, en plus du CH4, un apport en oxygène. L’efficacité de dégradation dépend des écoulements d’eau à travers le BOPM, puisque la création de barrières capillaires bloquera l'échange de gaz. La méthodologie de conception proposée se décompose en les étapes suivantes : la caractérisation des paramètres (« propriétés ») hydrauliques des sols et matériaux en laboratoire; la modélisation numérique de différents scénarios possibles; et, finalement, le dimensionnement du BOPM. Dans le cadre de cette étude, la construction d'un plan expérimental à échelle réelle (10~m sur 3~m) sur un ancien site d’enfouissement – actuellement le McLennan Park - à Kitchener, ON sera effectuée suivant la conception. Le suivi du plan expérimental permettra, dans un premier temps, de faire une rétro-ingénierie de la conception initiale et ainsi de dégager des paramètres de conception plus raffinés. De cette façon, nous serons en mesure d’atteindre l’objectif général du groupe de recherche, qui est d’établir une méthode de conception globale pour des BOPM efficaces et applicables sur divers sites d’enfouissement. Les résultats de ces travaux montrent que la détermination de la longueur de migration sans restriction du gaz (LUGM) est un paramètre de conception qu'il est possible de déterminer facilement par modélisation numérique. Ce paramètre est pris comme étant le principal paramètre permettant de prédire l'efficacité du système. Les données de suivi du plan expérimental ont permis de valider la méthodologie de détermination de ce paramètre, utilisé pour pour faire la conception initiale

Validation of a methane oxidation biosystem design methodology using numerical modeling

Introduction: Methane oxidation biosystems (MOBs) are cost effective engineered systems capable of catalyzing the transformation of CH4 into CO2 biotically, thereby mitigating emissions from landfills.Method: In this study we validate how accurately one can predict the hydraulic behaviour of a MOB using numerical modeling. More precisely how one can identify the length of unrestricted gas migration (LUGM), a critical design criterion for effective methane abatement biosystems. Laboratory experiments were conducted to obtain the material properties for a compost mixed with plastic pellets, and sand. With the water retention curve and air permeability function, we predicted the hydraulic performance of a MOB using Hydrus-2D. We then designed and constructed a MOB and monitored several key parameters for 12 months. The validation of the design methodology was conducted using field measurements, while actual climatic data was used as input in numerical modeling.Results: The air permeability function was an appropriate activation function for determining LUGM. Accordingly, the predicted hydraulic behaviour matched the measured hydraulic behaviour reasonably well, validating the proposed procedure