Control Of Hydrogen Sulfide Emissionsusing Autotrophic Denitrificationlandfill Biocovers

Hydrogen sulfide (H2S), a major odorous component emitted from construction and demolition debris landfills, has received increasing attention. Besides its unpleasant odor, long-term exposure to a very low concentration of H2S can cause a public health issue. Although cover materials such as soil and compost are recommended to be used routinely to control an odor problem from the landfills, the problem still remains. Autotrophic denitrification may have environmental applications including treatment of water, groundwater, wastewater or gaseous streams contaminated with sulfur and/or nitrogen compounds. However, there have been no studies reported in the literature on H2S removal using autotrophic denitrification from landfills. This study, therefore, investigated the application of autotrophic denitrification incorporated into landfill covers in order to evaluate the feasibility of controlling H2S emissions generated from landfills. Research was investigated by two techniques, microcosm and laboratory-scale column studies. The microcosm experiments were conducted to evaluate the kinetics of autotrophic denitrification in various cover materials with H2S-nitrate as electron donor-acceptor couple. Cover materials including soil, compost and sand were tested and nitrate was added. Based on the microcosm study results, the addition of nitrate into soil and compost can stimulate indigenous autotrophic denitrifying bacteria which are capable of H2S oxidation biologically under anoxic conditions. Results also demonstrated that some amount of H2S can be removed physically and chemically by soil or compost. There was no H2S removal observed in sand microcosms. Rapid H2S oxidation to sulfate was achieved, especially in soil. Zero-order kinetics described the H2S oxidation rate in soil and compost microcosms. The rates of sulfide oxidation under autotrophic denitrification in soil and compost were 2.57 mg H2S/d-g dry soil and 0.17 mg H2S/d-g dry compost, respectively. To further explore H2S removal in a landfill biocover, two sets of column experiments were run. The first set of columns contained seven cm of soil. The autotrophic column was prepared with 1.94 mg KNO3/g dry soil; an identical control column was prepared without nitrate. A gas stream was introduced to the columns with a H2S concentration of 930 ppm. The second set contained seven cm of soil, with both an autotrophic (0.499 mg KNO3/g dry soil) and a control column. Influent H2S concentration was 140 ppm for the second set. Column studies supported the results of microcosm studies; removal of H2S was observed in all columns due to the capacity for soil to absorb H2S, however autotrophic columns removed significantly more. The higher concentration of H2S resulted in partial oxidation to elemental sulfur, while sulfate was found at levels predicted by stoichiometric relationships at the lower concentration. H2S oxidation in the column with higher loading was found to follow zero-order kinetics. The rate of H2S oxidation was 0.46 mg H2S removed/d-g dry soil. Economic comparison of cover systems including autotrophic denitrification, soil amended with lime, fine concrete, and compost covers were analyzed. Based on a case-study landfill area of 0.04 km2, the estimated H2S emissions of 80,900 kg over the 15-year period and costs of active cover system components (ammonium nitrate fertilizer, lime, concrete and compost), autotrophic denitrification cover was determined to be the most cost-effective method for controlling H2S emissions from landfills

Control Of Hydrogen Sulfide Emissions Using Autotrophic Denitrification Landfill Biocovers: Engineering Applications

Hydrogen sulfide (H2S) emitted from construction and demolition waste landfills has received increasing attention. Besides its unpleasant odor, longterm exposure to a very low concentration of H2S can cause a public health issue. In the case of construction and demolition (C&D) waste landfills, where gas collection systems are not normally required, the generated H2S is typically not controlled and the number of treatment processes to control H2S emissions in situ is limited. An attractive alternative may be to use chemically or biologically active landfill covers. A few studies using various types of cover materials to attenuate H2S emissions demonstrated that H2S emissions can be effectively reduced. In this study, therefore, the costs and benefits of H2S-control cover systems including compost, soil amended with lime, fine concrete, and autotrophic denitrification were evaluated. Based on a case-study landfill area of 0. 04 km2, the estimated H2S emissions of 80900 kg over the 15-year period and costs of active cover system components (ammonium nitrate fertilizer for autotrophic denitrification cover, lime, fine concrete, and compost), ammonium nitrate fertilizer is the most cost effective, followed by hydrated lime, fine concrete, and yard waste compost. Fine concrete and yard waste compost covers are expensive measures to control H2S emissions because of the large amount of materials needed to create a cover. Controlling H2S emissions using fine concrete and compost is less expensive at landfills that provide on-site concrete recovery and composting facilities; however, ammonium nitrate fertilizer or hydrated lime would still be more cost effective applications. © 2011 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg

ศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทนและจลนพลศาสตร์ของการหมักร่วมระหว่างเศษอาหารและผลิตภัณฑ์เยื่อชีวภาพบรรจุอาหาร Biochemical Methane Potential and Kinetics on Anaerobic Co-digestion of Food Waste and Cellulose-based Food Packaging Product

การย่อยสลายภายใต้สภาวะไร้อากาศโดยการหมักร่วมได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นอีกเทคโนโลยีหนึ่งที่ช่วยเพิ่มปริมาณการผลิตก๊าซมีเทนให้สูงขึ้นได้ การศึกษานี้จึงทำการตรวจสอบถึงศักยภาพในการผลิตก๊าซมีเทนโดยการหมักร่วมระหว่างเศษอาหาร (Food Waste, FW) และผลิตภัณฑ์เยื่อชีวภาพบรรจุอาหาร (Cellulose-based Food Packaging Product, CFPP) ที่อุณหภูมิระดับปานกลาง (35 ± 2 องศาเซลเซียส) ในรูปแบบกะ (Batch Experiment) เป็นระยะเวลา 45 วัน โดยอัตราส่วนระหว่างวัสดุตั้งต้นทั้ง 2 ชนิดที่ทำการศึกษามี 3 อัตราส่วน (FW/CFPP 100:0, 40:60 และ 0:100 (โดยน้ำหนักของแข็งระเหยง่าย)) และมีการใช้อัตราส่วนระหว่างวัสดุตั้งต้นและหัว­เชื้อจุลินทรีย์เท่ากับ 0.5 รวมทั้งมีการเติมโซเดียมไบคาร์บอเนต (NaHCO3) เพื่อให้กระบวนการย่อยสลายภายใต้สภาวะไร้อากาศอยู่ในสภาวะสมดุล นอกจากนี้ได้มีการนำโมเดลทางคณิตศาสตร์ จำนวน 4 โมเดล (Modified Gompertz Model, First-order Model, Monod Model และ Cone Model) มาใช้ในการประเมินความเหมาะสมของการทำนายผลผลิตก๊าซมีเทนที่เกิดขึ้นจากวัสดุตั้งต้นอัตราส่วนต่าง ๆ ด้วย ผลการศึกษา พบว่า อัตราส่วน FW/CFPP 100:0 ให้ผลผลิตก๊าซมีเทนสะสมสูงที่สุด รองลงมาคือ 40:60 และ 0:100 โดยมีค่าผลผลิตก๊าซมีเทน เท่ากับ 459.15, 381.79 และ 355.60 มิลลิลิตรมาตรฐานต่อกรัมของแข็งระเหยง่าย ตามลำดับ และจากโมเดลทางคณิตศาสตร์ที่ทำการศึกษาทั้งหมด พบว่า Modified Gompertz Model เป็นโมเดลที่มีความแม่นยำและเหมาะสมมากที่สุดในการใช้ทำนายผลผลิตก๊าซมีเทนของอัตราส่วน FW/CFPP 100:0 และ 0:100 แต่สำหรับอัตราส่วน FW/CFPP 40:60 พบว่า First-order Model เป็นโมเดลที่มีความแม่นยำและเหมาะสมมากกว่า Modified Gompertz Model นอกจากนี้ พารามิเตอร์ทางจลนพลศาสตร์ ได้แสดงให้เห็นว่า การหมักร่วมระหว่างเศษอาหารและผลิตภัณฑ์เยื่อชีวภาพบรรจุอาหาร (FW/CFPP 40:60) มีการผลิตก๊าซมีเทนในอัตราที่เร็วกว่าการหมักโดยใช้เศษอาหารหรือผลิตภัณฑ์เยื่อชีวภาพบรรจุอาหารเพียงอย่างเดียวAnaerobic co-digestion is proven to be a promising technology for enhancing the production of methane. In this study, the biochemical methane potential (BMP) from anaerobic co-digestion of food waste (FW) and cellulose-based food packaging product (CFPP) was carried out under mesophilic (35 ± 2°C) condition in a batch mode for 45 days. Three mixing ratios of these two substrates (FW/CFPP 100:0, 40:60, and 0:100 based on volatile solids (VS)) were studied with a substrate-to-inoculum ratio of 0.5. Sodium bicarbonate (NaHCO3) was also added to establish a stable anaerobic digestion process. In addition, four mathematical models (Modified Gompertz model, First-order model, Monod model, and Cone model) were employed to evaluate their suitability for predicting the methane production of the examined substrates. Based on the obtained results, it is found that the maximum cumulative methane yield was observed in FW/CFPP 100:0, followed by 40:60 and 0:100 with the values of 459.15, 381.79, and 355.60 NmL/gVS, respectively. Among all the studied kinetic models, it can be seen that the Modified Gompertz model was the most accurate and appropriate in predicting the methane production of FW/CFPP 100:0 and 0:100. However, in the case of FW/CFPP 40:60, the First-order model was found to be a better fit than the Modified Gompertz model. Besides, their kinetic parameters reveal that the co-digestion of FW/CFPP 40:60 had a faster methane production rate than the mono-digestion of FW or CFPP.Keywords: ศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทน; เศษอาหาร; ผลิตภัณฑ์เยื่อชีวภาพบรรจุอาหาร; การหมักร่วม; จลนพลศาสตร์; Biochemical methane potential; Food waste; Cellulose-based food packaging product; Co-digestion; Kinetic