Effect of aeration and leachate recirculation on nitrogen and carbon removal from landfills

Tran, Hoai Nam GND

The incorporation of MBT technologies in municipal solid waste (MSW) management has greatly changed the solid waste and landfill management. MBT not only significantly reduces the quantity of the output materials to be landfilled, but also reduces a considerable proportion of organic compounds and nutrients in the output materials, therefore, leading to a reductions of both gas and leachate emission potentials after the emplacement of such output materials on landfills. The main difference between leachates from MBT and MSW landfills is the low levels of organic carbon and ammonium in the MBT ones. Ammonium is regarded as the most problematic parameter in leachate from MSW landfills because it is normally present at high concentrations and persistent under anaerobic condition. Ammonium level in leachate from MBT landfills is much lower than that in leachate from MSW landfills, but is still relatively high compared to concentrations which are acceptable on the long term. Therefore, the treatment of leachate in the future is no longer or less focus on organic matter which has been dominant so far, rather on taking care of ammonium. A part of the study was about the effect of leachate recirculation on the characteristics of leachate from MBT residue and fresh MSW. The major part of the study focused on the effect of such recirculation combining with aeration on leachate quality of such waste materials. The lab-scale study results clearly showed that recirculation of leachate alone has little effect on the characteristics of leachates from both MBT residue and fresh MSW in the experimental duration. Meanwhile, such combination technique gives a remarkable influence on improving the quality of leachates from both types of investigated materials. Very high nitrogen removal efficiency (up to 99 %) was achieved by applying this combination technique to MBT residues, whereas organic carbon components were slightly affected. At the same time, the combination technique also has strong impacts on reduction of ammonium and organic carbon substances in the leachate from MSW. Though the combination technique results in considerable decreases of ammonium nitrogen in the leachates from both types of materials, the mechanism leading to such decreases is different. As for lab-scale lysimeters containing MBT residues, the study results indicated that nitrogen was lost via nitrification and denitrification processes by aeration. Meanwhile, the reduction of ammonium nitrogen in case of MSW was most likely due to the volatilisation of free ammonia. Despite such different mechanisms, the combination of in-situ aeration and leachate recirculation can be a simple and reliable measure to improve the quality of leachates from both MBT residue and MSW.

Die Eingliederung der MBA-Technik in die Behandlung von Siedlungsabfällen hat die Deponiewirtschaft sowie die Behandlung fester Abfälle grundlegend verändert. Die MBA-Technik reduziert nicht nur die Menge an Output-Material, welche abgelagert wird, sie reduziert auch einen beträchtlichen Anteil an organischen Verbindungen und Nährstoffen. Dies bedeute, dass das Output-Material höher stabilisiert ist als das Input-Material. Dies hat als Ergebnis zur Folge, dass die möglichen Gasemissionen und die Sickerwasseremissionen nach der Ablagerung des Output-Materials reduziert werden. Der größte Unterschied zwischen Siedlungsabfalldeponien und Deponien auf denen MBA-Material abgelagert wurde, ist der, dass MBA-Material weniger organischen Kohlenstoff sowie Ammonium enthält. Ammonium wird als der problematischste Parameter im Sickerwasser aus Siedlungsabfalldeponien betrachtet, da er in hohen Konzentrationen und langlebig unter anaeroben Bedingungen auftritt. Die Ammoniumkonzentration im Sickerwasser aus einer MBA-Deponie ist viel geringer als die aus dem Sickerwasser einer Siedlungsabfalldeponie. Jedoch ist sie immer noch sehr hoch im Vergleich zu akzeptierten Konzentrationen in einer Langzeitbetrachtung. Aus diesem Grund ist die Betrachtung von organischen Materialien im Sickerwasser von geringerer Bedeutung. Viel wichtiger ist die Betrachtung des Problems mit Ammonium im Sickerwasser. Ein Teil der Studie war die Untersuchung der Effekte von Sickerwasserrückführung zur Charakterisierung von Sickerwasser aus MBA-Rückstand und frischem Siedlungsabfall. Der Hauptteil der Arbeit beschäftigt sich mit den Effekten einer solchen Rückführung sowie einer Belüftung zur Verbesserung der Sickerwasserqualität von Siedlungsabfällen. Die gewonnen Ergebnisse aus dem Labormaßstab zeigen deutlich, dass eine Rückführung des Sickerwassers alleine wenig Einfluss auf die Charakterisierung des Sickerwassers aus MBA-Rückstand und frischem Siedlungsabfall aufweist. Solch eine Kombinationstechnik hat einen bemerkenswerten Einfluss auf die Verbesserung der Qualität von Sickerwasser aus beiden untersuchten Materialien. Sehr hohe Wirkungsgrade der Stickstoffbeseitigung (bis zu 99,9 %) wurden durch die Anwendung dieser Kombinationstechnik für MBA-Rückstand erreicht. Organische Kohlenstoffverbindungen wurden demgegenüber nur leicht beeinflusst. Gleichzeitig hat diese Kombinationstechnik eine starke Auswirkung auf die Reduzierung von Ammonium und organischen Kohlenstoffverbindungen im Sickerwasser von Siedlungsabfällen. Obwohl die Kombinationstechnik zu einer beträchtlichen Abnahme von Ammoniumstickstoff im Sickerwasser aus beiden Materialien führt, ist der Mechanismus, welcher zu solch einer Abnahme führt ein anderer. Wie der Labormaßstab im Lysimeter mit MBA-Rückstand zeigt, ist die Reduktion durch eine Nitrifikation sowie Denitrifikation und eine Belüftung erfolgt. Dagegen ist die Reduktion von Ammoniumstickstoff bei Siedlungsabfall höchstwahrscheinlich durch der Verflüchtigung von freiem Ammoniak zustande gekommen. Trotz dieser unterschiedlichen Mechanismen, kann die Kombination von in-situ-Belüftung und einer Umwälzung des Sickerwassers eine einfache und zuverlässige Methode darstellen, um die Qualität des Sickerwassers aus MBA-Rückstand und Siedlungsabfall zu verbessern.


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