Chemical characterization of emissions from a municipal solid waste treatment plant

Gaseous emissions are an important problem in municipal solid waste (MSW) treatment plants. The sources points of emissions considered in the present work are: fresh compost, mature compost, landfill leaks and leachate ponds. Hydrogen sulphide, ammonia and volatile organic compounds (VOCs) were analysed in the emissions from these sources. Hydrogen sulphide and ammonia were important contributors to the total emission volume. Landfill leaks are significant source points of emissions of H2S; the average concentration of H2S in biogas from the landfill leaks is around 1700 ppmv. The fresh composting site was also an important contributor of H2S to the total emission volume; its concentration varied between 3.2 and 1.7 ppmv and a decrease with time was observed. The mature composting site showed a reduction of H2S concentration (<0.1 ppmv). Leachate pond showed a low concentration of H2S (in order of ppbv). Regarding NH3, composting sites and landfill leaks are notable source points of emissions (composting sites varied around 30–600 ppmv; biogas from landfill leaks varied from 160 to 640 ppmv). Regarding VOCs, the main compounds were: limonene, p-cymene, pinene, cyclohexane, reaching concentrations around 0.2–4.3 ppmv. H2S/NH3, limonene/p-cymene, limonene/cyclohexane ratios can be useful for analysing and identifying the emission sources.

Acompanhamento da III fase do aterro sanitário da Meia Serra

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Hidráulica

Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

Energy recovery from waste : solid waste as supplementary fuel in power plant boilers /

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Study on Solid Waste Management : An Economic Analysis with Respect to Ernakulam District

This thesis analyzed waste generation and waster disposal problems in municipalities and Cochin Corporation in Ernakulam district.Then the potential of resource recovery and recycling from biodegradable and non bio-degradable waste is established.The study further focused on the need for segregation of waste at the source as biodegradable and non biodegradable solid waste.The potential of resource recovery is explained in detail through the case study.The thesis also highlights the economically viable and environmental friendly methods o f treatment of waste.But the problem is that concerted and earnest attempts are lacking in making use of such methods.In spite of the health problems faced,people living near the dump sites are forced to stay there either because of their weak economic background or family ties.The study did not calculate the economic cost of health problems arising out of unscientific and irresponsible methods of waste disposal.

A Study of Single Stage Semi‐Dry Anaerobic Digestion of Organic Fraction of Municipal Solid Waste

Solid waste generation is a natural consequence of human activity and is increasing along with population growth, urbanization and industrialization. Improper disposal of the huge amount of solid waste seriously affects the environment and contributes to climate change by the release of greenhouse gases. Practicing anaerobic digestion (AD) for the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) can reduce emissions to environment and thereby alleviate the environmental problems together with production of biogas, an energy source, and digestate, a soil amendment. The amenability of substrate for biogasification varies from substrate to substrate and different environmental and operating conditions such as pH, temperature, type and quality of substrate, mixing, retention time etc. Therefore, the purpose of this research work is to develop feasible semi-dry anaerobic digestion process for the treatment of OFMSW from Kerala, India for potential energy recovery and sustainable waste management. This study was carried out in three phases in order to reach the research purpose. In the first phase, batch study of anaerobic digestion of OFMSW was carried out for 100 days at 32°C (mesophilic digestion) for varying substrate concentrations. The aim of this study was to obtain the optimal conditions for biogas production using response surface methodology (RSM). The parameters studied were initial pH, substrate concentration and total organic carbon (TOC). The experimental results showed that the linear model terms of initial pH and substrate concentration and the quadratic model terms of the substrate concentration and TOC had significant individual effect (p < 0.05) on biogas yield. However, there was no interactive effect between these variables (p > 0.05). The optimum conditions for maximizing the biogas yield were a substrate concentration of 99 g/l, an initial pH of 6.5 and TOC of 20.32 g/l. AD of OFMSW with optimized substrate concentration of 99 g/l [Total Solid (TS)-10.5%] is a semi-dry digestion system .Under the optimized condition, the maximum biogas yield was 53.4 L/kg VS (volatile solid).. In the second phase, semi-dry anaerobic digestion of organic solid wastes was conducted for 45 days in a lab-scale batch experiment for substrate concentration of 100 g/l (TS-11.2%) for investigating the start-up performances under thermophilic condition (50°C). The performance of the reactor was evaluated by measuring the daily biogas production and calculating the degradation of total solids and the total volatile solids. The biogas yield at the end of the digestion was 52.9 L/kg VS for the substrate concentration of 100 g/l. About 66.7% of volatile solid degradation was obtained during the digestion. A first order model based on the availability of substrate as the limiting factor was used to perform the kinetic studies of batch anaerobic digestion system. The value of reaction rate constant, k, obtained was 0.0249 day-1. A laboratory bench scale reactor with a capacity of 36.8 litres was designed and fabricated to carry out the continuous anaerobic digestion of OFMSW in the third phase. The purpose of this study was to evaluate the performance of the digester at total solid concentration of 12% (semi-dry) under mesophlic condition (32°C). The digester was operated with different organic loading rates (OLRs) and constant retention time. The performance of the reactor was evaluated using parameters such as pH, volatile fatty acid (VFA), alkalinity, chemical oxygen demand (COD), TOC and ammonia-N as well as biogas yield. During the reactor’s start-up period, the process is stable and there is no inhibition occurred and the average biogas production was 14.7 L/day. The reactor was fed in continuous mode with different OLRs (3.1,4.2 and 5.65 kg VS/m3/d) at constant retention time of 30 days. The highest volatile solid degradation of 65.9%, with specific biogas production of 368 L/kg VS fed was achieved with OLR of 3.1 kg VS/m3/d. Modelling and simulation of anaerobic digestion of OFMSW in continuous operation is done using adapted Anaerobic Digestion Model No 1 (ADM1).The proposed model, which has 34 dynamic state variables, considers both biochemical and physicochemical processes and contains several inhibition factors including three gas components. The number of processes considered is 28. The model is implemented in Matlab® version 7.11.0.584(R2010b). The model based on adapted ADM1 was tested to simulate the behaviour of a bioreactor for the mesophilic anaerobic digestion of OFMSW at OLR of 3.1 kg VS/m3/d. ADM1 showed acceptable simulating results.

Innovative reuse options for water treatment plant sludges

Reuse options were investigated for drinking water sludge. Research found sludges could be included with raw materials in brick and cement manufacturing with minimal impact. Poly-aluminium chloride sludge was found to an excellent adsorbent of phosphorus from wastewaters thus indirectly reducing potential algal blooms in our rivers.

Developing Abu Dhabi's solid waste sustainability index (ADSWMI)

Fast urbanization and population and economic growth led to increased solid waste generation in Abu Dhabi in the last decades. Abu Dhabi generates 5.8 kg of municipal waste per day per person. This is well above the world average of 1.2 kg per day per person. Treatment and destination of the municipal solid waste is also problematic. Only 3.5% of the total municipal solid waste generation is recycled, and the remaining waste is disposed in landfills which are technically not adequate. In this context, sustainability indicators can play an important role in supporting decision makers in planning and managing the solid waste system. In this study, the waste management system in Abu Dhabi Emirate was analyzed through the implementation of a set of proposed sustainability indicators. The DSR Driving force-State-Response approach was used as the methodology to develop a framework for the context of Abu Dhabi. Twenty indicators, based on literature review and benchmarking, were divided into five categories: quantity & composition, environmental controls & resource management, construction & demolition waste, financial sustainability, and governances & policies. These indictors can be a baseline to assist decision makers to develop an integrated waste management system able to meet the high international standards and target in the field.

COMBUSTION and PYROLYSIS of A SLUDGE FROM WASTEWATER TREATMENT PLANT

The possibility of thermal treatment plants of municipal wastewater is an alternative solution for the final disposition of the sludge produced on small cities as Barueri, a small town of São Paulo State, Brazil. Combustion and pyrolysis of that municipal waste, occurring respectively in air and nitrogen, have been studied by thermogravimetry (TG) and differential thermal analysis (DTA). The main steps of each case were analyzed and Kissinger plots were used to estimate respective activation energies. DTG peaks are more indicated to represent the condition of maximum reaction rates than DTA peaks.

Municipal solid waste compost amendment in agricultural soil: changes in soil microbial biomass

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influence of inoculum on performance of anaerobic reactors for treating municipal solid waste

The influence of bovine rumen fluid inoculum during anaerobic treatment of the organic fraction of municipal solid waste (MSW) was studied in this work. The parameters adopted for evaluation were the biostabilization constant of total volatile solids (TVs) and the biostabilization time of the chemical oxygen demand (COD) applied to the reactors. The work was realized in four anaerobic batch reactors of 20 1 capacity each, during a period of 365 days. The proportions between MSW/inoculum loaded in the reactors were Reactor A (100%/0%), Reactor B (95%/5%), Reactor C (90%/10%) and Reactor D (85%/15%). The necessary time for biostabilization of half of the applied COD was 459, 347, 302 and 234 days and the average of methane concentration in the biogas produced was 3.6%, 13.0%, 25.0% and 42.6% for Reactors A, B, C and D, respectively. The data obtained affirm that the inoculum used substantially improved the performance of the process. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Management of Port Solid Waste Framework

One of contemporary environmental issues refers to progressive and diverse generation of solid waste in urban areas or specific, and requires solutions because the traditional methods of treatment and disposal are becoming unviable over the years and, consequently, a significant contingent of these wastes presents final destination inappropriate. The diversity of solid waste generated as a result of human activities must have the appropriate allocation to specific legislation in force, such as landfill, incineration, among other procedures established by the competent bodies. Thus, also the waste generated in port activities or proceeding vessels require classification and segregation for proper disposal later. This article aims at presenting a methodology for the collection, transportation, treatment and disposal of solid waste port and also application of automation technology that makes possible the implementation of the same.

Presence of Siloxanes in the Biogas of a Wastewater Treatment Plant Separation in Condensates and Influence of the Dose of Iron Chloride on its Elimination

The siloxanes present in the biogas produced during anaerobic digestion damage the mechanism of cogeneration equipment and, consequently, negatively affect the energy valorization process. For this reason, the detection and elimination of these silicon-derived chemical compounds are a priority in the management of cogeneration facilities. In this regard, the objectives of this paper are, firstly, to characterize the siloxanes in the biogas and, secondly, to qualitatively evaluate the influence of the dose of iron chloride on its elimination. The research was performed at the Rincón de León Wastewater Treatment Plant (Alicante, Spain). The outflow biogas of the digesters and of the pressurized gasometers was sampled and analyzed. The results obtained made it possible to demonstrate, firstly, the absence of linear siloxanes and that, of the cyclic siloxanes, the predominant type was decamethylcyclopentasiloxane, and, secondly, that the addition of iron chloride in the digesters significantly reduces the siloxane content in the biogas. Additionally, it was demonstrated that the process of compression of the biogas, with the elimination of condensates, also produces significant reductions in the concentration of siloxanes in the biogas.

Abstract proceedings : Second Forum on Innovative Hazardous Waste Treatment Technologies, Domestic and International : Philadelphia, PA, May 15-17, 1990.

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