Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Gasabzuges aus einer Mülldeponie gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Lagerung von Müll entstehen durch Verrottung Zersetzungsgase, die zu einem großen Teil aus Methangas bestehen. Methan ist ein brennbares Gas, das zu Bränden auf der Mülldeponie führen kann. Methan kann auch Explosionen auslösen. Dringt z. B. Methan in geschlossene Räume ein, so ist bei einem 5 - 15 %-igen CH₄-Anteil in der Luft Explosionsgefahr gegeben. Entweichen die Zersetzungsgase in das die Mülldeponie umgebende Erdreich, so schädigt das Methan die Pflanzen. Man ist daher bemüht, die Zersetzungsgase abzuführen und sie energetisch nutzbar zu machen oder abzufackeln.

Aus den älteren Patentanmeldungen P 34 25 788.8 (A 37 941) und P 34 25 785.3 (A 37 945) ist es bekannt, den Müll in einer Kammer einzulagern. Im Müll sind Gassammler in Form eines Gas-Drainage-Rohrsystems oder in Form von Gasbrunnen vorgesehen. Die Zersetzungsgase treten in diese Gassammler ein und werden über Absaugleitungen aus der Deponie abgeführt. über eine Fördervorrichtung, wie z. B. eine Pumpe, ein Gebläse oder dgl., werden die Zersetzungsgase über eine Druckleitung dem Verbraucher zur technischen Nutzung zugeführt.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß auch bei mit Planen abgedeckten Kammern Umgebungsluft in den Müll angesaugt wird. Wird mehr Gas aus den Gassammlern abgesaugt als aus dem Müll nachströmen kann, so entsteht eine Druckdifferenz, die ein verstärktes Eindringen der Umgebungsluft unterstützt. Durch die einströmende Luft gelangt jedoch zuviel Sauerstoff in den Müll, wodurch die Lebens- . bedingungen der das verwertbare Methan freisetzenden Bakterien verschlechtert, in ungünstigen Fällen sogar vernichtet werden. Die Methanbildung geht dann zurück oder kommt vollständig zum Erliegen. Der CH 4-Gehalt in dem abgeführten Gasstrom geht unter Umständen so weit zurück, daß eine technische Nutzung nicht mehr möglich ist.

Werden hingegen weniger Zersetzungsgase abgesaugt als produziert, so können diese unkontrolliert in die Umgebung austreten und bilden eine permanente Explosionsgefahr. Ins Erdreich gelangende Zersetzungsgase schädigen die umstehende Flora. Eine optimale Gasnutzung ist ebenfalls nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zersetzungsgase kontrolliert aus einer Mülldeponie abzusaugen, um einerseits einen Lufteinbruch in den Müll zu vermeiden und andererseits ein unkontrolliertes Austreten der Zersetzungsgase aus der Deponie zu unterbinden, wobei die abgesaugten Zersetzungsgase einen Methangehalt aufweisen sollen, der jederzeit eine optimale technische Nutzung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im Anspruch 2 angegeben. Mit dieser Vorrichtung können die Zersetzungsgase derart kontrolliert abgesaugt werden, daß ein Lufteinbruch einerseits und ein unkontrolliertes Austreten der Zersetzungsgase andererseits vermieden ist. Der Methangehalt der in die Druckleitung zum Verbraucher eingespeisten Zersetzungsgase kann in engen Bereichen etwa gleich gehalten werden, so daß eine ausgezeichnete, optimale technische Nutzung möglich ist.

Die Steuerung des abgesaugten Gasvolumenstroms gewährleistet, daß immer nur so viel Gas abgesaugt wird, wie die Bakterien produzieren. Dies gewährleistet ein Gas hoher Güte mit weitgehend gleichbleibendem Methangehalt, der unter Umständen auch relativ niedrig sein kann. Gerade die vorgebbare Gleichförmigkeit des Methangehaltes ist für viele Verbraucher entscheidend, da eine Anpassung mit den Zersetzungsgasen gespeister Gasmotoren, Brenner oder dgl. an unterschiedliche Güten des Gases entfallen kann.

Vorzugsweise sind die Absperrorgane in jeder Gasabsaugleitung im Bereich des Sammlers angeordnet, wobei die Sensoren in Strömungsrichtung vor oder hinter jedem Absperrorgan angeordnet sein können. Es kann auch vorteilhaft sein, den einer Gasabsaugleitung zugeordneten Sensor in dem der Absaugleitung entsprechenden Gassammler anzuordnen. Bestimmen die Sensoren den 0₂-Gehalt des durchströmenden Gases, so wird die Meß- und Regelvorrichtung bei Ansteigen des 0₂-Gehaltes (z. B. bei Lufteinbruch) über einen vorgegebenen Grenzwert das dem Sensor zugeordnete Absperrorgan der gleichen Gasleitung in Schließrichtung betätigen und den Volumenstrom des Gases drosseln, bis der 0₂-Gehalt wieder unter den Grenzwert gefallen ist. Fällt im Laufe der weiteren Gasabsaugung der 0₂-Wert unter einen vorgegebenen minimalen Grenzwert (z. B. erhöhte Freisetzung an Zersetzungsgasen), so wird die Meß- und Regelvorrichtung das zugeordnete Absperrorgan in der gleichen Gasabsaugleitung weiter öffnen, um den abgesaugten Gasvolumenstrom zu erhöhen, bis der vorgegebene minimale Grenzwert wieder überschritten wird. Ein derartiger Meß- und Regelvorgang kann auch vorteilhaft anhand der N, Co₂ oder CH₄-Werte im geförderten Zer- _. setzungsgas gesteuert werden.

Die der Meß- und Regelvorrichtung gemeldeten Daten sind über eine externe Leitung vorzugsweise digitalisiert einer Betriebszentrale zuführbar. In einer derartigen, unter Umständen 100 km bis 500 km entfernten Betriebszentrale können mehrere Deponie-Steuerzentralen überwacht werden, die im wesentlichen aus der Meß- und Regelvorrichtung mit den zugeordneten Sensoren und Absperrorganen besteht. Insbesondere ist mit der Meß-und Regelvorrichtung eine Alarmeinrichtung verbindbar, die vorzugsweise in das Gehäuse der Meß- und Regelvorrichtung integriert ist. Das Alarmsignal kann ebenfalls unmittelbar der Betriebszentrale übermittelt und dort angezeigt werden.

Die Deponie-Steuerzentrale ist vorzugsweise in einem Stahlcontainer angeordnet, der in vorgebbarer Entfernung von der Mülldeponie an günstiger Stelle abgesetzt werden kann. Auf diese Weise ist die Steuerzentrale unter anderem insbesondere in Störfällen leicht auswechselbar, so daß das Absaugen der Zersetzungsgase aus der Mülldeponie ohne größere Unterbrechung fortwährend gesichert ist. Ferner können die Container vorteilhaft werkseitig vollständig installiert werden.

Weitere Merkmale sowie Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung enthalten, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, welche im folgenden näher beschrieben sind. Es zeigt

• Fig. 1 im Schnitt eine Mülldeponie mit Gasbrunnen und einer Steuerzentrale,
• Fig. 2 im schnitt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Steuerzentrale in einem Container.

Die Bildung einer Mülldeponie, ihre Anordnung im Erdreich, die Bildung der gasdichten Kammer für den Müll und die Anordnung von Be- und Entwässerungsnetzen, Heiz-oder _Kühlsystemen sowie der Gassammler (Gasbrunnen, Gas-Drainage-Rohrsystem) ist in den älteren Patentanmeldungen P 34 25 788.8 (A 37 941) und P 34 25 785.3 (A 37 945) ausführlich beschrieben. Auf diese Beschreibung wird ausdrücklich Bezug genommen.

Die in Fig. 1 gezeigte Mülldeponie 1 ist auf vorzugsweise planiertem Boden 2 aufgeschüttet. Auf dem Boden ist eine weitgehend gasdichte , vorzugsweise aus PVC bestehende Bodenplane 3 ausgebreitet, auf die der Müll 7 aufgeschüttet wird. Der aufgeschüttete Müllberg ist mit einer ebenfalls weitgehend gasdichten, vorzugsweise aus PVC gefertigten Abdeckplane 4 abgedeckt, wobei die Ränder 5 der Planen 3 und 4 miteinander gasdicht verklebt oder verschweißt werden, so daß eine im wesentlichen gasdichte Kammer für den Müll 7 gebildet ist. Auf die Abdeckplane ist eine Erdabdeckung 6 aufgebracht.

Die Mülldeponie 1 hat eine Höhe H von ca. 10 m bis 50 m, wobei die Erdabdeckung 6 eine Stärke von etwa 1 m bis 2 m hat. Die Seitenwände der Deponie 1 haben vorzugsweise einen Böschungswinkel von ca. 35°. Die unmittelbar über den Boden 2 gemessene Breite B der Mülldeponie 1 beträgt ca. 100 m bis 500 m.

Es kann vorteilhaft sein, zwischen den Müll 7 und den Planen 3 und 4 eine etwa 10 cm bis 40 cm dicke Kies-oder Sandschicht vorzusehen, um einerseits die Planen 3 und 4 vor mechanischen Schäden zu schützen und andererseits für eine gleichmäßige Verteilung des Gasw innendrucks der Kammer auf die Planen zu gewährleisten.

In der Mülldeponie 1 sind vorzugsweise senkrechte, über die ganze Höhe des Müllbergs reichende Gasbrunnen 8 als Gassammler 8 vorgesehen. Die Anzahl der Gasbrunnen 8 wird entsprechend der Größe der Deponie, der Art des Mülls 7 und der voraussichtlich anfallenden Menge an Zersetzungsgasen gewählt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind in dem gezeigten Schnitt drei Gasbrunnen mit Abstand nebeneinander angeordnet, die im einzelnen mit 8.1, 8.2 und 8.3 bezeichnet sind. Jedem der Gasbrunnen 8 ist, eine Gasabsaugleitung 9 bzw. 9.1, 9.2, 9.3 zugeordnet, deren eines Ende etwa zentrisch bis etwa auf halbe Höhe in einen Gasbrunnen 8 hineinragt. Als Gassammler können auch horizontale Drainagen vorgesehen sein.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen die einzelnen Gasabsaugleitungen 9.1 bis 9.3 knapp unterhalb der Abdeckplane 4 längs der Decke und einer Böschung der Mülldeponie 1 und sind ins Erdreich des Bodens 2 geführt, wozu sie gasdicht durch die Bodenplane 3 im Bereich ihres Randes durchgeführt sind. Die Leitungen 9.1 bis 9.3 sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in der Schnittebene hintereinanderliegend angeordnet. Es kann zweckmäßig sein, die Leitungen in der Schnittebene übereinanderliegend zu führen.

Die Gasabsaugleitungen 9 sind - vorzugsweise im Erdreich liegend - einer Steuerzentrale 19 zugeführt, die in einem im frei wählbaren Abstand E von der Mülldeponie 1 errichteten Gebäude 20 oder einem abgesetzten Container 21 (Fig. 2) vorgesehen ist. Das Gebäude bzw. der Container ist vorzugsweise nahe der Mülldeponie aufgestellt. Die Leitungen 9 sind von unten in das Gebäude 20 bzw. den Container 21 geführt und münden ^>_'über Absperrorgane 11 bzw. 11.1, 11.2, 11.3 in einen als Rohr 12 ausgebildeten Sammler. Mittels einer Fördervorrichtung 13 (eine Pumpe, ein Gebläse, ein Kompressor oder dgl.) werden die Zersetzungsgase aus dem Gasbrunnen 8 abgesaugt und über eine Druckleitung 14 in Pfeilrichtung 15 einem Verbraucher zur technischen Nutzung zugeführt.

Die Gasabsaugleitungen 9 bestehen vorzugsweise aus PVC und haben einen Durchmesser von 60 mm bis 150 mm. Die von der Fördervorrichtung 13 beschickte Druckleitung 14 zum Verbraucher hat vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 100 mm bis 300 mm.

Das bei der Zersetzung des Mülls entstehende Gas hat einen hohen Anteil an Methan und dringt durch die gasdurchlässigen Wandungen der Gasbrunnen 8 in diese ein und wird durch Unterdruck abgesaugt. Bei zu hohem Unterdruck wird durch die nicht immer dichten Abdeckungen (Erdabdeckung oder Planen 3 und 4) Umgebungsluft und damit Sauerstoff in den Müll 7 angesaugt, was für die das Methangas freisetzenden Bakterien schädlich ist, da der Sauerstoff ihre Lebensbedingungen einschränkt oder gar vernichtet. Der Liefergrad an Methangas kann hierbei beträchtlich sinken.

Strömt hingegen mehr Zersetzungsgas in einen Gasbrunnen 8.1 ein als durch seine zugeordnete Leitung 9.1 mittels Unterdruck abgesaugt wird, so besteht die Gefahr, daß das Gas durch die nicht immer dichte Abdeckung (Planen 3 und 4) unkontrolliert in das umgebende Erdreich und die Umgebungsluft entweicht. Zusammen mit einem bestimmten Anteil Sauerstoff der Umgebungsluft bildet das Methan ein explosives Gemisch, was die Umgebung (geschlossene Räume, z. B. Keller von Gebäuden, die bis ca. 300 m von Deponien bestehen) gefährdet. Das in das Erdreich einströmende Methan schädigt umstehende Pflanzen.

In der in Fig. 1 dargestellten Steuerzentrale 19 sind in Strömungsrichtung des Gases hinter den als Regelventile ausgebildeten Absperrorganen 11.1, 11.2 und 1,1.3 in jeder Leitung 9 je ein Sensor 10.1, 10.2 und 10.3 angeordnet, der z. B. die Konzentration an Stickstoff (N), Kohlendioxyd (C0₂), Methan (CHg), vorzugsweise die Sauerstoffkonzentration (O₂) der durchströmenden Zersetzungsgase mißt. Die Sensoren 10 geben der N-, CO₂^-, CH₄r bzw. 0₂-Konzentration entsprechende Signale ab, die über elektrische Leitungen 16 einer Meß- und Regelvorrichtung 17 zugeführt sind. Diese Meß- und Regelvorrichtung 17 steuert in Abhängigkeit der ermittelten Meßwerte über Steuerleitungen 18 die Regelventile 11, um automatisch den Volumenstrom der aus einem Gasbrunnen 8 abgesaugten Zersetzungsgase zu regeln.

Die Ausgangssignale der Sensoren 10 können kontinuierlich von der Meß- und Regelvorrichtung 17 erfaßt werden, um sofort entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten (geschlossene Regelschleife). Es kann aber zur Verminderung des elektronischen Aufwandes in der Meß- und Regelvorrichtung 17 vorteilhaft sein, die Sensoren innerhalb bestimmter Zeitintervalle nur einmal abzufragen und über die entsprechendensteuerleitungen 18 das entsprechende Regelventil 11 zu betätigen.

So ermittelt der Sensor 10.1 z. B. den Sauerstoffgehalt (0₂-Gehalt) der abgesaugten Zersetzungsgase und meldet diesen über eine elektrische Leitung 16 der Meß- und Regelvorrichtung 17. Sobald der vorgegebene Grenzwert für 0₂ in der Leitung überschritten wird, verringert die Meß- und Regelvorrichtung 17 über das entsprechende Regelventil 11 den Durchtrittsquerschnitt der zugeordneten Gasleitung 9, wodurch die abgesaugte Gasmenge reduziert wird, bis der Sauerstoffgehalt wieder unter den vorgegebenen maximalen Grenzwert fällt.

Fällt der vom Sensor 10 ermittelte 0₂-Gehalt unterhalb eines vorgegebenen minimalen Grenzwertes, so veranlaßt die Meß- und Regelvorrichtung 17 ein öffnen des zugeordneten Regelventils 11, um die abgesaugte Gasmenge zu erhöhen, bis der ermittelte 0₂-Wert wieder im Bereich der vorgegebenen Grenzwerte liegt.

Auf diese Weise wird der O₂-Gehalt des abgesaugten Zersetzungsgases innerhalb vorgegebener Grenzwerte gehalten, wodurch die Qualität des abgesaugten Gases, d. h. sein Anteil an Methan (CH₄), relativ hoch und konstant gehalten werden kann. Das abgesaugte Gas kann daher vom Verbraucher technisch optimal genutzt werden.

Darüber hinaus ist ferner gewährleistet, daß weder den Zersetzungsprozeß im Müll bremsende und die Methangasproduktion senkende Lufteinbrüche auftreten, noch Methangas unkontrolliert in die Umgebung oder in das Erdreich austreten kann.

Es kann auch zweckmäßig sein, wahlweise oder zusätzlich zu der Ermittlung des °₂-Gehaltes z. B. den N-Gehalt (Stickstoffgehalt), CO₂- oder CH₄-Gehalt zu erfassen und anhand dieser Größen die abgesaugte Gasmenge zu steuern.

Die als Vergleichswerte vorzugebenden Grenzwerte (maximaler und minimaler Grenzwert) werden über Eingabeglieder 27 an der Meß- und Regelvorrichtung 17 eingestellt. Mit der Meß- und Regelvorrichtung 17 können darüber hinaus Fehler erkannt werden. So kann ein Lufteinbruch in einen Gasbrunnen durch permanentes überschreiten des vorgegebenen O₂-Grenzwertes erkannt werden, da trotz von der Meß- und Regelvorrichtung 17 eingeleiteter Gegenmaßnahmen (Schließen des Regelventils) der 0₂-Wert nicht unter den vorgegebenen maximalen Grenzwert absinken wird.

In Fig. 2 ist ein Stahlcontainer 21 gezeigt, der mit entsprechenden Anschlüssen für die vorgesehenen elektrischen Leitungen und Gasleitungen versehen ist.

Der Container 21 kann so an jeden beliebigen Einsatzort gebracht werden, ohne daß umfassende Baumaßnahmen erforderlich sind. Der Container kann in einem Werk betriebsbereit hergestellt werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind fünf Gasabsaugleitungen 9.1 bis 9.5 gezeigt, über die die Zersetzungsgase aus nicht gezeigten Gasbrunnen gemäß Fig. 1 abgesaugt werden. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind in jeder Leitung vor Eintritt in das Sammelrohr 12 Regelventile 11.1 bis 11.5 angeordnet. Die Sensoren zur Ermittlung des 0₂-Gehaltes (N-Gehalt usw.) sind hier in Strömungsrichtung vor den Ventilen angeordnet. Die Steuerung der Gasabsaugung erfolgt wie bereits beschrieben.

Die Meß- und Regelvorrichtung 17 ist ferner mit einer Anzeige 25 versehen, über die die Menge und der Energiegehalt des in der Druckleitung 14 geförderten Gases angezeigt werden kann. Die Meß- und Regelvorrichtung erhält die hierzu erforderlichen Werte von einem in der Druckleitung angeordneten Durchflußmeßgerät 24, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 22 der Meß- und Regelvorrichtung 17 zugeführt ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die von den Sensoren 10.1 bis 10.5 ermittelten Werte und/oder die Menge des geförderten Gases über eine Leitung 26 einer nicht dargestellten Betriebszentrale zuzuführen, die mehrere Steuerzentralen 19 überwacht und die von ihnen gemeldeten Werte für statistische Auswertungen, Verbrauchsermittlung etc. speichert und weiterverarbeitet. Anhand der übermittelten Daten können von der Betriebszentrale auch Fehler erkannt werden. Die Betriebszentrale kann z. B. ohne weiteres 100 km bis 500 km oder weiter von der Mülldeponie 1 entfernt liegen, da nur elektrische Signale zu übertragen sind. Zur störungsfreien Übermittlung kann es vorteilhaft sein, die Signale zu digitalisieren. Die in der Steuerzentrale 19 anfallenden Meßwerte werden vorzugsweise gespeichert und z. B. nur einmal am Tag oder in anderen frei wählbaren Zeitintervallen der Betriebszentrale fernübermittelt. In topographisch ungünstigen Verhältnissen kann es zweckmäßig sein, die Daten statt über eine Leitung 26 über Funk der Betriebszentrale zu übersenden.

Ferner ist es vorteilhaft, entsprechend der vom Verbraucher geforderten Gasmenge die Förderleistung der Fördervorrichtung 13 anzupassen. Hierzu können über die Leitung 26 der Meß- und Regelvorrichtung 17 Förderleistungen vorgegeben werden. Die Meß- und Regelvorrichtung wird dann über die Steuerleitung 23 den Liefergrad der Fördervorrichtung 13 entsprechend variieren. Darüber hinaus kann durch eine Variation der Förderleistung auch der Abzug der Zersetzungsgase aus den Gasbrunnen 8 kumulativ gesteuert werden. So könnte mit der Fördervorrichtung 13 eine grobe Vorsteuerung des gesamten Gasstroms und mit den Regelventilen 11 eine feine Nachsteuerung jedes einzelnen Gasstroms einer Leitung 9 erfolgen.

Ein Sensor 10 kann in Strömungsrichtung einer Gasabsaugleitung 9 vor oder nach einem Regelventil 11 vorgesehen sein. Auch kann es vorteilhaft sein, den Sensor unmittelbar im oder am Gasbrunnen 8 anzuordnen und dessen elektrische Ausgangssignale über Leitungen, die vorzugsweise auch in der Gasabsaugleitung geführt werden können, der Meß- und Regelvorrichtung 17 in der Steuerzentrale 19 zuzuführen. Ferner kann es für bestimmte Anwendungsfälle zweckmäßig sein, die Sensoren 10, die Meß- und Regelvorrichtung 17 und die Ventile 11 der Gasabsaugleitungen 9 sowie die Fördervorrichtung 13 in unmittelbarer Nähe der Mülldeponie 1 vorzusehen. Die mit den Sensoren 10, den Ventilen 11 und ggf. der Fördervorrichtung 13 elektrisch verbundene Meß- und Regelvorrichtung 17 kann dann entfernt in einer Steuerzentrale 19 eingerichtet sein. Auf diese Weise brauchen die Gasabsaugleitungen 9 nicht bis zur Steuerzentrale 19 geführt werden.

Es kann vorteilhaft sein, zur Steuerung des anaeroben Zerrottungsprozesses im Müll ein Rohrsystem zur Wärmezuführung (Warmwasser) vorzusehen. Auch kann ein Drainagesystem zur Be- und Entwässerung des in der Kammer eingeschlossenen Mülls 7 zweckmäßig sein.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind mit Abstand nebeneinander angeordnete, vorzugsweise senkrechte Gasbrunnen 8 vorgesehen. Es kann zweckmäßig sein, anstelle der Gasbrunnen voneinander getrennte Gas-Drainage-Rohrsysteme vorzusehen. So könnte es bei bestimmten Arten des Mülls vorteilhaft sein, voneinander getrennte Gas-Drainage-Rohrsysteme in unterschiedlichen Lagen der Mülldeponie vorzusehen. Jedes Gas-Drainage-Rohrsystem einer Lage wäre dann mit einer getrennten Absaugleitung zu verbinden, die wie im gezeigten Äusführungsbeispiel bis zu einer Steuerzentrale zu führen und entsprechend zu regeln ist.