Tomasz Kwiatkowski, Maria Żygadło
DOI: 10.15199/17.2025.10.2, GWiTS 10/2025, październik 2025
Pobierz w PDF (Open Access)
Streszczenie:
Składowiska odpadów traktuje się jako „bioreaktor”, w którym zachodzą procesy zmierzające do zaplanowanej i kontrolowanej stabilizacji masy składowanych odpadów. Wynikiem rozkładu biomasy odpadów są substancje stałe, płynne i gazowe, m.in. metan. Nieodłącznym elementem eksploatacji składowisk odpadów są podstawowe emisje biogazu oraz odcieków. Eksperyment obejmował 10 rzeczywistych składowisk odpadów, które monitorowano w okresie 5 lat. Pozyskana baza danych z badań odcieków i biogazu oraz danych meteorologicznych posłużyła do badań z wykorzystaniem narzędzi statystycznych, tj. statystyka Pearsona i model drzew decyzyjnych. Celem badania było wykazanie związku pomiędzy parametrami odcieków, wiekiem składowiska, warunkami eksploatacji składowiska, a składem biogazu. Wyznaczono główne czynniki (parametry wskaźnikowe) decydujące o efektywności metanowej składowiska. Pod pojęciem efektywności metanowej należy rozumieć udział procentowy metanu w biogazie emitowanym ze złoża odpadów. Do prognozowania efektywności metanowej zastosowano algorytm indukcji drzew decyzyjnych.
Słowa kluczowe: składowisko odpadów, prognoza emisji metanu, statystyka Pearsona, drzewa decyzyjne
Abstract:
The landfills are meant as a “bioreactor” in which the processes of processing and controlled stabilization of the landfilled mass are processed. The results of the decomposition of waste biomass are solid, liquid and gaseous, e.g. methane. Basic emissions of biogas and leachate are an inseparable element of the operation of landfill. The experiment led during the period of 5 years allowed to acquire database from leachate and biogas tests and meteorological data which were used for research using statistical tools, i.e. Pearson statistics and decision tree model. The aim of the study was to demonstrate the relationship between leachate parameters, landfill age, landfill operating conditions, and biogas composition. The main components (indicative parameters) of the term on the methane efficiency of the landfill were determined. The term methane efficiency should be interpreted as the percentage share of methane in the biogas emitted from the waste deposit. As a result of statistical modeling, for the additional classification – the tree structure was created for predicting methane efficiency.
Keywords: landfil, methane emission forecast, Pearson statistics, decision tree
Bibliografia
[1] Biszek, M., Pawłowska, M., Czerwiński, J., 2006, Evaluation of Measurement Methods and Estimation of Biogas Emission from Landfills, Rocznik Ochrona Środowiska 8, 27 – 43.
[2] Boeckx, P., Cleemput, O.V., and Villaralvo, I., Methane emission from a landfill and the methane oxidizing capacity of its covering soil, 1996, Soil, Biol. Biochem., 28, 1397-1405.
[3] Chen, I.C., Hegde, U., Chang, C.H., and Yang, S.S., Methane and carbon dioxide emissions from closed landfill in Taiwan, 2008, Chemosphere, 70, 1484-1491
[4] Czepiel, P.M., Shorter, J.H., et. al., The influence of atmospheric pressure on landfill methane emissions, 2003, Waste Management, 23 (7), 593-598.
[5] Faour AA., Reinhart D.R., You H. First-order kinetic gas generation model parameters for wet landfills, 2007, Waste Management, 27, 946–953.
[6] Gaj K., Cybulska H., Modelowanie emisji biogazu ze składowisk odpadów komunalnych, 2002, Chemia i Inżynieria Ekologiczna, 9, 91-99.
[7] Jędrczak A., Biologiczne przetwarzanie odpadów, 2007, Wydawnictwo Naukowe, PWN,
[8] Jokela J.P.Y., Kettunen R.H., Rintala, J.A., Methane and leachate emission potential from variousfraction of municipalsolid waste (MSW), 2002, Waste Management & Research, 20(5), 424–453.
[9] Kalantarifard A, Yang G.S., Estimation of Methane Production by LANDGEM Simulation Model from Tanjung Langsat Municipal Solid Waste Landfill, Malaysia, 2012, International Journal of Science and Technology, 1(9), 481 – 487.
[10] Kamalan H., Sabour M., Shariatmadari N. A review on available Landfill gas models, 2011, Journal of Environmental Science and Technology, 4(2), 79-92.
[11] Kwiatkowski T., Żygadło M., Analiza korelacji między parametrami wód odciekowych, warunkami zewnętrznymi, a emisją biogazu na składowisku odpadów bytowych (VII Krakowska Konferencja Młodych Uczonych Kraków 2012), 663-671.
[12] Kwiatkowski T., Żygadło M., Determining Pearson’s linear correlation coefficient in order to establish the relation between the value of the leachate water reaction and the methane emission from a domestic waste disposal site, (TRANSCOM 2011 9th European Conference of Young Research and Scientific Workers Proceedings Section 7 Civil Engineering – Żylina 2011), 79 – 84.
[13] Kwiatkowski T., Żygadło M., Forecasting Models for The Biogas Emissions from Landfills, 2016, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization and Environmental Effects, 38(18), 2720-2726. https://doi.org/10.1080/15 567036.2015.1109011.
[14] Kwiatkowski T., Żygadło M., Forecasting the methane emission on the municipal waste landfill with using theoretical LandGEM model. (TRANSCOM 2013 10 th European Conference of Young Research and Scientific Workers Proceedings Section 7 Civil Engineering – Żylina2013).
[15] Kwiatkowski T., Żygadło M., Modelling a landfill energy potential based on the monitoring investigation results, 2012, Structure and Environment 4, (1), 43-51.
[16] Manczarski P. Odgazowanie składowisk odpadów komunalnych – zagadnienia techniczno – technologiczne, 2008, Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy, Nafta-Gaz, nr 13-10.
[17] Manczarski P. Odgazowanie składowisk odpadów komunalnych – zagadnienia techniczno-technologiczne, I Symp, Energia z odpadów, Gdańsk 1999.
[18] Nair A., Sartaj M., Kennedy K., Coelho N. M., Enhancing biogas production from anaerobic biodegradation of the organic fraction of municipal solid waste through leachate blending and recirculation, 2014, Waste Management & Research, 32(10), 939-946.
[19] Nalimow W. W., Czernowa N.A., Statystyczne metody planowania doświadczeń ekstremalnych, 1967, WNT.
[20] National Pollutant Inventory, Emission estimation technique manual for Municipal Solid Waste (MSW) Landfills, 2010), Version 2.0.
[21] Pestman W. R., Mathematical Statistics, Second revised edition, (New York 2000).
[22] PN-ISO 5667-10:1997, Jakość wody – Pobieranie próbek – Wytyczne pobierania próbek ścieków.
[23] Qu X, He PJ, Shao LM, Lee DJ., Heavy metals mobility in full-scale bioreactor landfill: Initial stage, 2008, Chemosphere, 70(5), 769-777.
[24] Quinlan, J.R., Induction of decision trees, 1986, Machine Learning 1, 81-106.
[25] Rafey A., Siddiqui F.,Z., Modelling and simulation of landfill methane model, 2023, Cleaner Energy Systems 5.
[26] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach (Dz. U. 2015, poz. 1277).
[27] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 kwietnia 2013 r. w sprawie składowisk odpadów (Dz. U. 2013 nr 0 poz. 523 ze zm.).
[28] Sanchez R., Tsotsis T. T., Sahimi M., Computer simulation of gas generation and transport in landfills. IV Modeling of liquid–gas flow, 2010, Chemical Engineering Science, 65, 1212–1226.
[29] Scharff H, Jacobs J., Applying guidance for methane emission estimation for landfills, 2006, Waste Management, 26(4), 417–429.
[30] Swati M., Kurian J., Settlement analysis of fresh and partially stabilised municipal solid waste in simulated controlled dumps and bioreactor landfills, 2007, Waste Management 28, 1355–1363.
[31] Tchobanoglous G., Salvato J.A., Nemerov N.L., Agardy F.J, Environmental Engineering, 2003, 5nd ed., John Wiley & Sons, Inc., Hoboken.
[32] Tregoures, A., Beneito, A., Berne, P., Gonze, M.A., Sabroux, J.C., Savanne, D., Pokryszka, Z., Tauziede, C., Cellier, P., Laville, P., Milward, R., Arnaud, A., Levy, F., and Burkhalter, R., Comparison of seven methods for measuring methane flux at a municipal solid waste landfill site, 1999, Waste Manage. & Res., 17(6), 453-458.
[33] US EPA, dostęp 19.11.2023, www.epa.gov/ttnatw01/landfill/landflpg.html.
[34] Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach (Dz. U. z 2013 r. poz. 21 ze zm.).
[35] Warith M. A., Bioreactor landfills: experimental and field results, 2002, Waste Managament, 22(1), 7–17.
[36] Warith M. A., Solid waste management: new trends in landfill design, 2003, Emirates Journal for Engineering Research, 8(1), 61-70.
[37] Wens P., Vercauteren T., De Windt W., Verstraete W., Factors inhibiting anaerobic degradation in a landfill, 2001, The Eighth International Waste Management and Landfill Symposium, 13-20.
[38] Yoshida M., Sothom A., Souissi N., Bousselmi L., Jedidi N., Ghrabi A., Ferchichi M. Characterization of leachate from Henchir El Yahoudia closed landfill, 2002, Solid Waste Landfill and Soil/Sediment Contamination: Case Studies in Tunisia, I, 1-9.
[39] Zaleska-Bartosz J., Gaz składowiskowy jako źródło energii, 2014, Nafta-Gaz12, 932–937.
[40] Zhang H., He P., Shao L., Methane emissions from MSW landfill with sandy soil covers under leachate recirculation and subsurface irrigation, 2008, Atmospheric Environment 42, 5579-5588.
[41] Żygadło M., Principles of solid waste treatment and management, 2013, Ed. Kielce Iniv. Techn.