Determination of Methane Oxidation in Landfill Fugitive Emissions by 13C Isotope Measurements

Still today, the final destiny of a large part of the waste dumped is landfilling, which is an important source of methane. Quantifying the amount of methane that is oxidized when the landfill gas passes through the seal, it can provide valuable information when determining the total GHG potential emission of a landfill. In this work, methane oxidation has been determined for landfill gas samples taken on the surface of three Spanish landfills. For this, it has been determined the 13C isotopic signal in methane by cavity ring-down spectroscopy (CRDS-WS). Previously, the preference of methanotrophic bacteria for 12C isotope versus 13C has been quantified using soil samples from the three landfills. The results obtained show a great variability, ranging from 0 to 70% of methane oxidized. This variability can be explained with the specific characteristics of each sample, suggesting a consistent methodology

Determination of methane and carbon dioxide surface emissions in a Spanish landfill

Fugitive emissions from the surface of landfills constitute an important source of carbon dioxide and methane that are emitted to the atmosphere and contribute to the greenhouse effects. Quantifying those emissions can give valuable information, not only, on the amount of those gases which are released into the atmosphere but on their environmental consequences. They can also help to evaluate another aspects related to the landfill management like the seal efficiency or the gas recovery. Quantifying these emissions is not an easy task, due to the heterogeneity of the waste into the landfills, their huge dimensions and the influence of others factors like the site meteorology. Several measurement methods as well as prediction models for determine this type of emissions can be found in the bibliography. In this study a process in two steps, as described on the Guidance on monitoring landfill gas surface emissions (EA 2010), was followed in order to obtain the fugitive emissions of two landfill sites in Madrid (Spain). The first step consists on a walkover survey. At this stage the gas concentration close to the surface is monitored and zones with equal concentrations are defined. At the same time, significant emission sources and failures in the gas collection system are identified. All this information is used to choose the sample points for the second step, the flux box study. A flux box or flux chamber is a well known volume dispositive that allows to accumulate and to quantify over time emissions emanating from a given area of the landfill. To measure the composition of methane inside the flux box, a portable detector based on Infrared (IR) Absorption Spectroscopy (Sensit PMD) in combination with an electronic narrow band pass filter technology is being used. Carbon dioxide emissions were obtained using a passive IR sensor for CO2 (Kimo HQ210). Some preliminary results show the possibility of quantifying emissions rates from less than 1 mg/m2h to 104 mg/m2h or even higher. From a number of measures of this type in the selected emissions points the total amount of the surface emission of the landfill could be estimated. This method has been used in two landfills. The first one is a closed landfill that has been exploited for almost 40 years and was closed in 2000. In this case the landfill gas extracted is being used to generate electricity. The other one corresponds to a landfill which is still in use and the extracted gas is being burnt in a flare. Another critical difference between the two landfills is the type of cover used. In the closed landfill there is a high density polyethylene film while in the other one there is only a clay and sand barrier as cover. The walkover survey results show lower concentrations of methane on the closed landfill. This is an evidence of the effectiveness of a good seal combined with the active extraction and use of the gas to reduce methane release

Determination of Methane Oxidation in Landfill Fugitive Emissions by 13C Isotope Measurements

Still today, the final destiny of a large part of the waste dumped is landfilling, which is an important source of methane. Quantifying the amount of methane that is oxidized when the landfill gas passes through the seal, it can provide valuable information when determining the total GHG potential emission of a landfill. In this work, methane oxidation has been determined for landfill gas samples taken on the surface of three Spanish landfills. For this, it has been determined the 13C isotopic signal in methane by cavity ring-down spectroscopy (CRDS-WS). Previously, the preference of methanotrophic bacteria for 12C isotope versus 13C has been quantified using soil samples from the three landfills. The results obtained show a great variability, ranging from 0 to 70% of methane oxidized. This variability can be explained with the specific characteristics of each sample, suggesting a consistent methodology

Emisiones superficiales de metano en vertederos. ¿Por qué y cómo cuantificarlas?

Las condiciones que se dan en el interior de los vertederos, hacen que la materia orgánica contenida en los residuos sea degradada por digestión anaerobia. El resultado de esta digestión es la formación de una mezcla gaseosa que contiene entre un 40 y un 60 % de metano. La liberación de todo este metano a la atmósfera supondría un grave problema ambiental, debido al elevado efecto invernadero de esta sustancia (25 veces mayor que el del dióxido de carbono). Además, el alto poder calorífico del metano hace que este gas pueda ser valorizado para generar energía en motores térmicos o incluso purificado e inyectado a la red de gas natural. Por estos motivos, se realizan grandes esfuerzos en el sellado y la desgasificación de vertederos. Desgraciadamente, y pese a estos esfuerzos parte del gas de vertedero puede escapar al sellado y ser emitido a la atmósfera a través de la superficie del propio vertedero. Estas son las llamadas emisiones fugitivas o superficiales. Cuantificar estas emisiones nos da información muy valiosa tanto del impacto ambiental de la instalación como de la eficiencia del sellado y la desgasificación. Existen varios métodos descritos en la bibliografía para medir estas emisiones. En este trabajo se ha optado por un método basado en dos etapas. La primera consiste en un muestreo de la concentración de metano en la superficie del vertedero. La información recogida en este proceso se utiliza para elegir los puntos en los que, en la segunda etapa, se mide la tasa de emisión de metano para una superficie dada. Para realizar estas mediciones se han utilizado unos dispositivos llamados campanas de flujo, que permiten en un volumen conocido, acumular las emisiones de una superficie conocida del vertedero. El estudio de la evolución de la concentración de metano a lo largo del tiempo en el interior de este dispositivo nos permite calcular la tasa de emisión de metano en diferentes puntos, a partir de lo cual puede estimarse el total de estas emisiones fugitivas. Este método se ha aplicado en varios vertederos españoles y sus resultados han sido comparados por los obtenidos utilizando el modelo propuesto por el Panel Intergubernamental del Cambio Climático. Los resultados obtenidos indican una sobreestimación de estas emisiones por parte del modelo teórico

Emisiones superficiales de metano en vertederos. ¿Por qué y cómo cuantificarlas?

Las condiciones que se dan en el interior de los vertederos, hacen que la materia orgánica contenida en los residuos sea degradada por digestión anaerobia. El resultado de esta digestión es la formación de una mezcla gaseosa que contiene entre un 40 y un 60 % de metano. La liberación de todo este metano a la atmósfera supondría un grave problema ambiental, debido al elevado efecto invernadero de esta sustancia (25 veces mayor que el del dióxido de carbono). Además, el alto poder calorífico del metano hace que este gas pueda ser valorizado para generar energía en motores térmicos o incluso purificado e inyectado a la red de gas natural. Por estos motivos, se realizan grandes esfuerzos en el sellado y la desgasificación de vertederos. Desgraciadamente, y pese a estos esfuerzos parte del gas de vertedero puede escapar al sellado y ser emitido a la atmósfera a través de la superficie del propio vertedero. Estas son las llamadas emisiones fugitivas o superficiales. Cuantificar estas emisiones nos da información muy valiosa tanto del impacto ambiental de la instalación como de la eficiencia del sellado y la desgasificación. Existen varios métodos descritos en la bibliografía para medir estas emisiones. En este trabajo se ha optado por un método basado en dos etapas. La primera consiste en un muestreo de la concentración de metano en la superficie del vertedero. La información recogida en este proceso se utiliza para elegir los puntos en los que, en la segunda etapa, se mide la tasa de emisión de metano para una superficie dada. Para realizar estas mediciones se han utilizado unos dispositivos llamados campanas de flujo, que permiten en un volumen conocido, acumular las emisiones de una superficie conocida del vertedero. El estudio de la evolución de la concentración de metano a lo largo del tiempo en el interior de este dispositivo nos permite calcular la tasa de emisión de metano en diferentes puntos, a partir de lo cual puede estimarse el total de estas emisiones fugitivas. Este método se ha aplicado en varios vertederos españoles y sus resultados han sido comparados por los obtenidos utilizando el modelo propuesto por el Panel Intergubernamental del Cambio Climático. Los resultados obtenidos indican una sobreestimación de estas emisiones por parte del modelo teórico

Comparison of modeling with empirical calculation of diffuse and fugitive methane emissions in a Spanish landfill

One of the most significant environmental problems arising from landfills is the emission of methane into the atmosphere. In this study, methane emissions from a currently in-use Spanish landfill were modeled as well as being experimentally measured using a two-step method. The first step involved a qualitative walkover survey to detect where gases were being emitted on the surface of the landfill. The second stage comprised a quantitative analysis of these surface methane emissions at a selected number of points on the landfill surface using a specially designed flux chamber. The statistical analysis of the data obtained was based on the Sichel function and resulted in an average emission rate of 74.9 g·m−2 ·day−1 , with 27.8 and 202.1 g·m−2 ·day−1 as the lower and upper limits of the 95% confidence interval, respectively. The total emission for the landfill, with an emitting surface of 335,000 m2 , is 9.16 × 103 ton/yr. These values have been compared with those from three different models, with the model results being above the calculated mean emissions measured at the landfill, but below the upper confidence limit at 95%. Implications: One of the main environmental problems arising from the presence of landfills is the emission of biogas (which mainly contains methane and carbon dioxide) into the atmosphere. Several experimental methods as well as models have been developed to quantify these emissions. In this work, the authors have compared the results obtained using experimental measurements with those provided by some local and international models using the default parameters proposed. The results obtained from the experimental method are in accordance with those provided by the models, although the models could be slightly overestimating these emissions