Gas flow through methane oxidation systems

Gas flow through methane oxidation systems: A laboratory and numerical study for optimising system design

van Verseveld, Charlotte (TU Delft Civil Engineering and Geosciences; TU Delft Geoscience and Engineering)

Gebert, Julia (mentor)
Heimovaara, Timo (mentor)
Hajibeygi, Hadi (mentor)

Delft University of Technology

Applied Earth Sciences

2018-07-06

English:
Landfills have been indicated as a major methane source. Methane oxidation systems are `low technology' systems that can treat these methane emissions. Yet, methane oxidation systems are herein still sub-optimal and leave room for improvement. A numerical model was established to research the effective gas permeability ratio between the gas distribution layer and the methane oxidation layer, and the centre-to-centre distance of the gas inlet points, necessary to achieve a spatial homogeneous methane load. In order to relate the permeability ratio to the design choice for the materials, laboratory experiments were performed to asses the influences of compaction level, hydraulic conditions and physical properties of a soil on the effective permeability of that soil. Overall, it is concluded that the effective permeability is predominantly influenced by the compaction level and soil texture. The water saturation only has a significant influence at near saturated levels. This means that the choice of suitable material and adequate construction practice has more effect on the effective permeability than seasonal changes in saturation levels in moderate climates. Furthermore, it is concluded that there are two parameters that govern the spatial homogeneity of the methane fluxes from the gas distribution layer into the methane oxidation layers: the permeability ratio between these layers, and the centre-to-centre distance between the inlet points. The required permeability ratio increases quadratically with an increasing centre-to-centre distance.

Nederlands:
Stortplaatsen zijn aangeduid als een belangrijke bron van methaanemissies. Methaanoxidatiesystemen zijn technisch simpele systemen die het stortgas kunnen saneren. Op dit moment zijn de bestaande methaanoxidatiesystemen nog weinig efficiënt en is het noodzakelijk om de homogeniteit van de laterale distributie van het stortgas te optimaliseren. Er is een numeriek model gegenereerd om inzicht te geven in de benodigde ratio tussen de effectieve permeabiliteit voor gas van de gasdistributielaag en van de methaanoxidatielaag, en in de maximale hart-op-hartafstand tussen de gasinlaatpunten om deze lateraal homogene methaan distributie te bereiken. Om de effectieve permeabiliteitsratio te relateren aan de materiaalselectie zijn er laboratoriumexperimenten uitgevoerd, die de invloeden van het compactieniveau, de hydraulische condities en de fysieke grondeigenschappen op de effectieve permeabiliteit voor gas vaststellen. Al met al kan worden geconcludeerd dat de effectieve permeabiliteit hoofdzakelijk wordt beïnvloed door het compactieniveau en de grondtextuur. Het watergehalte blijkt alleen significante invloed te hebben onder bijna verzadigde omstandigheden. Dit betekent dat een geschikte materiaalkeuze en adequate constructie de effectieve permeabiliteit voor gas meer beïnvloeden dan de seizoensgerelateerde veranderingen in het watergehalte in gematigde klimaten. Daarnaast kan worden geconcludeerd dat twee parameters bepalend zijn voor de laterale homogeniteit van de methaanstroom van de gasdistributielaag naar de methaanoxidatielaag: de ratio tussen de effectieve permeabiliteit voor gas tussen deze twee lagen, en de hart-op-hartafstand van de gasinlaatpunten. De benodigde permeabiliteitsratio neemt kwadratisch toe bij een toenemende hart-op-hartafstand.

Methane oxidation
Landfill
Gas flow
permeability

http://resolver.tudelft.nl/uuid:5c612a8b-b285-41b1-a8a4-0e42e4045a01

Student theses

master thesis

© 2018 Charlotte van Verseveld