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Siedlungsabfall

Siedlungsabfall

Forschungsthemen

  • Biologische Degradation und Wärmeentwicklung
  • Transportmodelle
  • Mechanisches Modell

Siedlungsabfall wird als poröses Material modelliert, dessen Feststoffskelett aus mehreren Komponenten mit unterschiedlichem, auch anisotropem, Verhalten besteht und einen mit Sickerwasser und Deponiegas gefüllten Porenraum bildet.

Zusammensetzung des Siedlungsabfalls

Granulare, bodenähnliche Partikel, sind von länglichen, eher faserartigen Bestandteilen zu unterscheiden. Darüber hinaus kann das Feststoffskelett in Abhängigkeit der Biodegradabilität grundsätzlich in inerte und organische Fraktionen sowie in Biomasse eingeteilt werden. Die beiden Fluid-Phasen enthalten chemische Substanzen, deren Anteile sich in Abhängigkeit der fortschreitenden Degradation und physikalischer Austauschprozesse ändern.


Biologische Degradation und Wärmeentwicklung

Chemische Prozesse im Siedlungsabfall

Die Degradationsprozesse in Deponien finden überwiegend unter anaeroben Bedingungen statt. Degradationsmodelle unterschiedlicher Komplexität werden in die Beschreibung der gekoppelten THMC-Prozesse über Massenaustauschterme integriert.
In Schritt R1 reagiert organisches Material DO mit Wasser zu Essigsäure und Kohlenstoffdioxid. Die Reaktion ist durch ein Anwachsen der Biomasse begleitet. In Schritt R2 reagiert die Essigsäure zu Wasser, Kohlenstoffdioxid, Methan und Biomasse. Schritt L beschreibt die Lysis der Biomasse. Verdunstung, Kondensation und Zerfall werden mit den Prozessen P1 und P2 erfasst.


Transportmodelle

Theorie poröser Medien beim Siedlungsabfall

Die Drainage des Porenraums führt zu überwiegend ungesättigten Verhältnissen in Fluid- und Gasphase. Aufgrund der unterschiedlichen Komponenten muss das Transportmodell Mehrphasen- und Mehrkomponententransport beschreiben. Der konvektive Transport wird mithilfe eines generalisierten Darcy-Gesetzes erfasst, welches die ungesättigten Verhältnisse über relative Permeabilitäten und dynamische Viskositäten modelliert.


Mechanisches Modell

Das mechanische Modell beschreibt das Material Siedlungsabfall als Verbundwerkstoff, bestehend aus einer Boden ähnlichen Grundmatrix mit eingebetteten Fasern.

Siedlungsabfall als Komposit

Experimente zeigen ein besonderes Verfestigungsphänomen des Abfalls: Der Winkel der inneren Reibung steigt mit wachsendem Druck in der Grundmatrix, was dem Bewehrungseffekt der Fasern zugeschrieben wird. Das mechanische Modell berücksichtigt darüber hinaus sowohl die aufgrund der Degradation zeitabhängigen Setzungen (s. Bild unten) als auch die Anisotropien im Materialverhalten, die aus dem lagenweise Einbringen des Abfalls auf der Deponie resultieren. Große Deformationen und daraus erwachsende Kopplungseffekte sind für alle Prozesse erfasst.

Setzungsverhalten des Siedlungsabfalls über die Zeit

Abgeschlossene Forschungsprojekte

  • S. Bente: Interaction of Degradation, Deformation and Transport Processes in Municipal Solid Waste Landfills, Dissertation, TU Braunschweig, 2010
  • V.Krase: Stability of Municipal Solid Waste Landfills, Dissertation, TU Braunschweig, 2008
  • J. Ebers-Ernst: Modellierung des inelastischen Verformungsverhaltens von Siedlungsabfalldeponien, Dissertation, TU Braunschweig, 2001
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