Evaluating methane oxidation efficiencies in experimental landfill biocovers by mass balance and carbon stable isotopes

Abstract: Biocovers are an alternative for mitigating fugitive and residual emissions of methane from landfills. In this study, we evaluated the performance of two experimental passive methane oxidation biocovers (PMOBs) constructed within the existing final cover of the St-Nicéphore landfill (Quebec, Canada). The biocovers were fed in a controlled manner with raw biogas and surface fluxes were obtained using static chambers. This enabled calculating mass balances of CH4 and oxidation efficiencies (f o_MB). Most of the time, f o_MB ≥ 92 % were obtained for loadings as high as 818 g CH4 m−2 day−1 (PMOB-2) and 290 g CH4 m−2 day−1 (PMOB-3B). The lowest efficiencies (f o_MB = 45.5 % and 34.0 %, respectively) were obtained during cold days (air temperature ~0 °C). Efficiencies were also calculated using stable isotopes (f o_SI); the highest f o_SI were 66.4 % for PMOB-2 and 87.3 % for PMOB-3B; whereas the lowest were 18.8 % and 23.1 %, respectively. However, f o_SI values reflect CH4 oxidation up to a depth of 0.10 m, which may partly explain the difference in regards to mass balance-derived efficiencies. Indeed, it is expected that a significant fraction of the total CH4 oxidation occurs within the zone near the surface, where there is greater O2 availability. The influence of the values of fractionation factors α ox and α trans were also evaluated in this paper

Biorecouvrements de site d'enfouissement et la réduction des émissions de méthane et d'odeurs

Les émissions fugitives et résiduelles de méthane (014) et de mauvaises odeurs des sites d'enfouissement de déchets constituent un souci environnemental. Le CH4 est un important gaz à effet de serre (GES), et les émissions de composés malodorants, par exemple les composés soufrés, peuvent provoquer des impacts néfastes sur la population. La présente étude porte sur l'évaluation de l'oxydation de CH4 et sur la dégradation des odeurs et des composés soufrés réduits (CSR) par des biorecouvrements de site d'enfouissement à l'échelle expérimentale, et ce, dans des conditions réelles de terrain. L'oxydation de C1-14 a été évaluée à l'aide de deux méthodes distinctes. Premièrement, par bilan de masse, à l'aide des flux entrants de CH4 dans la base des biorecouvrements, et des flux émis à la surface. Ensuite, par la méthode des isotopes stables, à l'aide des concentrations isotopiques du carbone du 014 (valeurs 5'3C), mesurées à plusieurs profondeurs dans les biorecouvrements. La dégradation d'odeurs et de CSR a été évaluée par bilan de masse également, à l'aide des concentrations d'échantillons prélevés sur un puits de biogaz (biogaz brut) et à la surface des biorecouvrements (biogaz émis). Les concentrations d'odeur ont été mesurées par la technique d'olfactométrie dynamique, et les CSR ont été mesurés par fluorescence par impulsion. Les efficacités d'oxydation de C114 calculées par la méthode de bilan de masse (fo Ma) ont été supérieures à 92 % la plupart du temps. Les biorecouvrements d'oxydation passive de méthane (BOPM) ont été capables d'oxyder de grandes quantités de CH4 (p. ex. — 800 g CH4 in-2 par le BOPM 2, et — 350 g CH4 rn-2f1, par le BOPM 313). Concernant la méthode des isotopes stables, les efficacités d'oxydation obtenues (fo si) ont atteint 66,4 % (BOPM 2), et 87,3 % (BOPM 313), à une profondeur de 0,10 m. La corn- paraison entre la méthode de bilan de masse (valeurs fo mg obtenues à la surface) et la méthode d'isotopes stables (valeurs fosi à 0,10 m) a résulté en une faible corrélation dû, entre autres, au fait qu'une partie importante de l'oxydation de CH4 a lieu dans la zone plus proche de la surface. De plus, la méthode d'isotopes stables a été assez sensible à des variations mineures de deux coefficients importants (a°, et %ans), en résultant en grandes variations des efficacités d'oxydation. Les concentrations d'odeurs du biogaz brut (moyenne de 2 100 000 150 rn-3) ont été de 2 à 5 ordres de grandeur supérieure à celles des gaz émis, et des efficacités de dégradation proches de 100 % ont été obtenues pour toutes les mesures réalisées. Les efficacités ont été élevées pour les CSR également (> 95 %). Les quatre biorecouvrements testés ont été efficaces pour la dégradation d'odeurs et de CSR, indépendamment de l'épaisseur et du type de substrat. Pour la majorité des analyses, les efficacités de dégradation d'odeurs et de CSR ont été plus élevées que les efficacités d'oxydation de CH4. Les fluctuations dans les efficacités d'oxydation de CH4 causées, entre autres, par des changements de température et de flux entrants, n'ont pas été observées au niveau des odeurs et des CSR. Selon les résultats, il existe une tendance à avoir des concentrations d'odeur plus faibles lorsque les précipitations sont plus élevées, indiquant une potentielle rétention de composés odorants par absorption dans le film d'eau des substrats. Pour les quatre biorecouvrements testés, les odeurs des gaz émis ont été moins offensives (dérangeantes) que l'odeur d'oeuf pourri caractéristique du biogaz brut. [symboles non conformes

Biogas generation from anaerobic codigestion of municipal solid waste with swine manure

Resumo: Este trabalho teve por objetivo avaliar a influência da utilização de diferentes inóculos de dejeto suíno em diferentes proporções na determinação do potencial de geração de biogás a partir da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos (RSU). Utilizou-se dejeto suíno como inóculo do RSU nas proporções 1 gsv resíduo:1 gsv inóculo e 3gsv resíduo:1 gsv inóculo. Todos os biodigestores foram incubados à temperatura constante (32ºC) por 50 dias. Observou-se que a geração média de biogás (volume gerado) foi altamente dependente da proporção resíduo:inóculo utilizada. A eficiência da mistura resíduo:inóculo na proporção 3:1 foi superior à proporção 1:1 em termos de volume de biogás gerado.Abstract: The present work focused on evaluating the influence in using swine manure inoculum in different proportions in order to determinate the biogas generation from organic fraction of municipal solid waste (MSW). We employed swine manure as inoculum of the MSW at 1 gvswaste:1gvsinoculum and 3 gvswaste:1gvsinoculum ratios. All biodigestors were incubated at constant temperature (32ºC) for 50 days. We could observe that the biogas generation (in volume) was highly dependent of the waste:inoculum ratio used. The efficiency of the blend 3:1 was upper compared to 1:1, taking into account the volume of biogas

Biogas generation potential by the analysis of the physical-chemical parameters of municipal solid waste co-digested with swine manure

Resumo: O presente estudo avaliou a influência de parâmetros físico-químicos na previsão de geração de biogás a partir da co-digestão da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos (FORSU) inoculados com dejeto suíno nas proporções 1 gsv resíduo:1 gsv inóculo e 3gsv resíduo:1 gsv inóculo. Todos os tratamentos foram conduzidos em modo batelada e temperatura constante (32ºC) por 50 dias. Os parâmetros monitorados foram umidade, sólidos totais voláteis (STV) e pH e permitiram avaliar a influência de cada um no processo e sua ação conjunta na condução da biodigestão e consequente geração de biogás. A análise dos parâmetros fisicoquímicos indicou condições favoráveis ao processo de biodigestão.Abstract: The present work focused on evaluating the influence of physical-chemical parameters in the forecast of biogas generation from codigestion of the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) codigested with swine manure at 1 gvs waste:1 gvs inoculum and 3gvs waste:1 gvs inoculum ratios. All treatments evaluated were carried out in batch mode and constant temperature (32ºC) for 50 days. Moisture content, volatile solids and pH parameters have been evaluated and allowed to determinate the influence of each one in the process of biodigestion and its influence in biogas generation. The physical-chemical analysis pointed out suitable conditions to biodigestion process. Keywords: Animal manure. Biogas. Codigestion

Réduction des émissions de méthane et d'odeurs d'un site d'enfouissement à l'aide de biorecouvrements expérimentaux

La décomposition anaérobie de déchets solides dans les sites d'enfouissement produit du biogaz, qui est un puissant gaz à effet de serre avec une odeur forte et désagréable. Le biogaz est un mélange constitué de méthane, dioxyde de carbone, composés malodorants (ex. les composés soufrés réduits), et d'autres composés. Pour le contrôle des émissions de biogaz, les sites d'enfouissement utilisent des recouvrements et des systèmes de récupération de gaz. Par contre, ces alternatives ne sont pas 100 % efficaces et une partie du biogaz s'échappe vers l'atmosphère en tant qu'émissions fugitives. Pour le contrôle de telles émissions, des biorecouvrements d'oxydation passive peuvent être développés et installés dans les sites. Les microorganismes présents dans les biorecouvrements peuvent oxyder le méthane et les composés malodorants (incluant les composés soufrés réduits). Dans le cadre de la présente étude, on évalue le potentiel d'oxydation du méthane par trois biorecouvrements d'oxydation passive installés sur le site d'enfouissement de Saint-Nicéphore. De plus, on évalue également l'oxydation des composés soufrés réduits et des odeurs par un de ces trois biorecouvrements. Pour cela, les concentrations du méthane ont été mesurées à plusieurs profondeurs des biorecouvrements et à la surface. Les concentrations des composés soufrés réduits et des odeurs ont été mesurées à partir d'un puits de biogaz (biogaz brut) et à la surface du biorecouvrement (gaz émis). Les efficacités d'oxydation (f[indice inférieur 0]) du méthane ont varié entre 0 et 100 %, étant le plus élevées dans le premier 0,10 m du biorecouvrement, près de la surface. Les efficacités de réduction des odeurs et des composés soufrés réduits ont été près de 100 % pour l'ensemble des analyses réalisées.La concentration d'odeur du biogaz brut a été de 401 092 « 480 484 uo/m[indice supérieur 3] (moyenne « écart-type) et celle du gaz émis à la surface du biorecouvrement a été de 1 915 « 526 uo/m[indice supérieur 3]. Les concentrations des composés soufrés réduits du biogaz brut (moyenne de 352 101 « 162 655 ppb) ont été considérablement supérieures à celles du gaz émis à la surface (moyenne de 63,40 « 89 ppb). L'activité d'oxydation par les microorganismes a été influencée favorablement par des facteurs tels que la température (entre 20 et 40[degrés]C), le degré de saturation en eau (entre 40 et 80 %), la teneur en matière organique des substrats et la présence de végétation à la surface. Les biorecouvrements évalués ont présenté un grand potentiel de réduction d'émissions de méthane, des odeurs et des composés soufrés réduits

Réduction des émissions de méthane et d'odeurs d'un site d'enfouissement à l'aide de biorecouvrements expérimentaux

La décomposition anaérobie de déchets solides dans les sites d'enfouissement produit du biogaz, qui est un puissant gaz à effet de serre avec une odeur forte et désagréable. Le biogaz est un mélange constitué de méthane, dioxyde de carbone, composés malodorants (ex. les composés soufrés réduits), et d'autres composés. Pour le contrôle des émissions de biogaz, les sites d'enfouissement utilisent des recouvrements et des systèmes de récupération de gaz. Par contre, ces alternatives ne sont pas 100 % efficaces et une partie du biogaz s'échappe vers l'atmosphère en tant qu'émissions fugitives. Pour le contrôle de telles émissions, des biorecouvrements d'oxydation passive peuvent être développés et installés dans les sites. Les microorganismes présents dans les biorecouvrements peuvent oxyder le méthane et les composés malodorants (incluant les composés soufrés réduits). Dans le cadre de la présente étude, on évalue le potentiel d'oxydation du méthane par trois biorecouvrements d'oxydation passive installés sur le site d'enfouissement de Saint-Nicéphore. De plus, on évalue également l'oxydation des composés soufrés réduits et des odeurs par un de ces trois biorecouvrements. Pour cela, les concentrations du méthane ont été mesurées à plusieurs profondeurs des biorecouvrements et à la surface. Les concentrations des composés soufrés réduits et des odeurs ont été mesurées à partir d'un puits de biogaz (biogaz brut) et à la surface du biorecouvrement (gaz émis). Les efficacités d'oxydation (f[indice inférieur 0]) du méthane ont varié entre 0 et 100 %, étant le plus élevées dans le premier 0,10 m du biorecouvrement, près de la surface. Les efficacités de réduction des odeurs et des composés soufrés réduits ont été près de 100 % pour l'ensemble des analyses réalisées.La concentration d'odeur du biogaz brut a été de 401 092 « 480 484 uo/m[indice supérieur 3] (moyenne « écart-type) et celle du gaz émis à la surface du biorecouvrement a été de 1 915 « 526 uo/m[indice supérieur 3]. Les concentrations des composés soufrés réduits du biogaz brut (moyenne de 352 101 « 162 655 ppb) ont été considérablement supérieures à celles du gaz émis à la surface (moyenne de 63,40 « 89 ppb). L'activité d'oxydation par les microorganismes a été influencée favorablement par des facteurs tels que la température (entre 20 et 40[degrés]C), le degré de saturation en eau (entre 40 et 80 %), la teneur en matière organique des substrats et la présence de végétation à la surface. Les biorecouvrements évalués ont présenté un grand potentiel de réduction d'émissions de méthane, des odeurs et des composés soufrés réduits

Biogas generation potential by the analysis of the physical-chemical parameters of municipal solid waste co-digested with swine manure

Resumo: O presente estudo avaliou a influência de parâmetros físico-químicos na previsão de geração de biogás a partir da co-digestão da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos (FORSU) inoculados com dejeto suíno nas proporções 1 gsv resíduo:1 gsv inóculo e 3gsv resíduo:1 gsv inóculo. Todos os tratamentos foram conduzidos em modo batelada e temperatura constante (32ºC) por 50 dias. Os parâmetros monitorados foram umidade, sólidos totais voláteis (STV) e pH e permitiram avaliar a influência de cada um no processo e sua ação conjunta na condução da biodigestão e consequente geração de biogás. A análise dos parâmetros fisicoquímicos indicou condições favoráveis ao processo de biodigestão.Abstract: The present work focused on evaluating the influence of physical-chemical parameters in the forecast of biogas generation from codigestion of the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) codigested with swine manure at 1 gvs waste:1 gvs inoculum and 3gvs waste:1 gvs inoculum ratios. All treatments evaluated were carried out in batch mode and constant temperature (32ºC) for 50 days. Moisture content, volatile solids and pH parameters have been evaluated and allowed to determinate the influence of each one in the process of biodigestion and its influence in biogas generation. The physical-chemical analysis pointed out suitable conditions to biodigestion process. Keywords: Animal manure. Biogas. Codigestion

Biogas generation from anaerobic codigestion of municipal solid waste with swine manure

Resumo: Este trabalho teve por objetivo avaliar a influência da utilização de diferentes inóculos de dejeto suíno em diferentes proporções na determinação do potencial de geração de biogás a partir da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos (RSU). Utilizou-se dejeto suíno como inóculo do RSU nas proporções 1 gsv resíduo:1 gsv inóculo e 3gsv resíduo:1 gsv inóculo. Todos os biodigestores foram incubados à temperatura constante (32ºC) por 50 dias. Observou-se que a geração média de biogás (volume gerado) foi altamente dependente da proporção resíduo:inóculo utilizada. A eficiência da mistura resíduo:inóculo na proporção 3:1 foi superior à proporção 1:1 em termos de volume de biogás gerado.Abstract: The present work focused on evaluating the influence in using swine manure inoculum in different proportions in order to determinate the biogas generation from organic fraction of municipal solid waste (MSW). We employed swine manure as inoculum of the MSW at 1 gvswaste:1gvsinoculum and 3 gvswaste:1gvsinoculum ratios. All biodigestors were incubated at constant temperature (32ºC) for 50 days. We could observe that the biogas generation (in volume) was highly dependent of the waste:inoculum ratio used. The efficiency of the blend 3:1 was upper compared to 1:1, taking into account the volume of biogas

Principal component analysis (PCA) to the volume of biogas generated in landfill and the correlation with physico-chemical parameters

Resumo: O presente estudo teve como objetivo avaliar a estrutura de correlação do volume de biogás gerado com as variáveis físico-químicas umidade, pH, alcalinidade, demanda química de oxigênio (DQO) e sólidos totais voláteis (STV), mediante uma análise de componentes principais (ACP). As repetições de cada tratamento, tanto para o inóculo quanto para o substrato, foram submetidas à análise de correlação de Pearson para se determinar se poderiam ser tratadas como réplicas. Para tanto, foram utilizadas 92 unidades amostrais (número de medições diárias referentes à produção de biogás). A produção de biogás dos dois tratamentos (inóculo e substrato) foi avaliada durante 91 dias e entre os tratamentos mediante uma análise de variância (ANOVA). Os tratamentos foram aninhados dentro do tempo, constituindo uma ANOVA com delineamento hierarquizado, com 5% de significância. Os resultados mostraram que a geração de biogás estava mais relacionada com o pH, seguido dos STV, umidade e DQO. A soma da ACP 1 e 2 explicou 98% dos dados de produção de biogás.Abstract: This study aimed to evaluate the correlation structure of the biogas volume generated with the physical and chemical variables moisture, pH, alkalinity, chemical oxygen demand (COD) and total volatile solids (STV), through a principal component analysis (PCA). The replicates of each treatment, for both the inoculum and for the substrate were subjected to Pearson correlation analysis to determine if they could be treated as replicas. To this end, we used 92 sampling units (number of daily measurements on the production of biogas). The biogas production of the two treatments (inoculum and substrate) was evaluated for 91 days and between treatments using an analysis of variance (ANOVA). The treatments were nested within time, constituting an ANOVA with hierarchical design, with 5% significance. The results showed that the generation of biogas was more related to the pH, followed by STV, moisture and COD. The sum of the ACP 1 and 2 explained 98% of the biogas production data