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埋立地は、米国やカナダを含む世界の多くの地域で廃棄物処理の主な方法です。バイオリアクター埋立地は、浸出液の量と管理に関連するコストを削減し、商業目的でのメタン（天然ガス）の生産率を高め、埋立地に必要な土地の面積を減らすことが期待されています。[1] [2]バイオリアクター埋立地は、微生物の活動による分解率を高めるために、酸素と水分のレベルを監視および操作します。
従来の埋立地とそれに伴う問題
埋め立ては、廃棄物処理方法として最も古くから知られています。[3] [4]廃棄物は、大きな穴を掘って埋められ（自然発生的な場所が利用できる場合を除く）、覆われます。細菌と古細菌が数十年かけて廃棄物を分解し、メタンガス（天然ガス）、浸出液、揮発性有機化合物（硫化水素（H 2 S）、N 2 O 2など）を含むいくつかの重要な副産物を生成します。
強力な温室効果ガスであるメタンガスは、埋立地内に蓄積し、セルから放出されなければ爆発につながる可能性があります。 [5]浸出液は分解による流動的な代謝産物であり、さまざまな種類の毒素と溶解した金属イオンが含まれています。[6]浸出液が地下水に漏れると、動物と植物の両方に健康上の問題を引き起こす可能性があります。 [7] [8]揮発性有機化合物（VOC）は、スモッグと酸性雨の原因とされています。[9]廃棄物の生産量が増加するにつれて、それを安全に保管する適切な場所を見つけることが難しくなっています。[10]
バイオリアクター埋立地の作業
バイオリアクターには、好気性、嫌気性、ハイブリッド（好気性と嫌気性の両方の方法を使用）の3つのタイプがあります 。これら3つのメカニズムはすべて、埋め立て地の水分レベルを維持するために水を補充した収集された浸出液を再導入します。これにより、分解を担う微生物が刺激され、有害な排出を最小限に抑えながら分解速度が速まります。[11]
好気性バイオリアクターでは、垂直または水平のパイプのシステムを使用して、空気が埋立地に送り込まれます。好気性環境では分解が加速され、VOC、浸出液の毒性、メタンの量が最小限に抑えられます。 [12]浸出液が循環する嫌気性バイオリアクターでは、埋立地は従来の埋立地よりもはるかに速く、より早くメタンを生成します。メタンの濃度と量が高いため、商業目的でより効率的に使用でき、埋立地でメタン生成を監視する時間を削減できます。ハイブリッドバイオリアクターは、埋立地の上部を好気性-嫌気性サイクルにさらして分解速度を上げ、埋立地の下部でメタンを生成します。[11]バイオリアクター埋立地は、H 2 Sを除いて、従来の埋立地よりもVOCの量が少なくなります。バイオリアクター埋立地はH 2 Sの量が多くなります。この増加の原因となる正確な生化学的経路は十分に研究されていません[1]
バイオリアクター埋立地の利点
バイオリアクター埋立地は分解のプロセスを加速します。[13]分解が進むにつれて、埋立地内の生分解性成分の質量が減少し、ゴミを投棄するスペースが増えます。バイオリアクター埋立地は、この分解速度を高め、埋立地に必要なスペースを最大30％節約すると期待されています。毎年生成される固形廃棄物の量が増加し、埋立地のスペースが不足している中、バイオリアクター埋立地は埋立地のスペースを最大限に活用する重要な方法を提供できます。これは費用対効果が高いだけでなく、埋立地に必要な土地が少なくなるため、環境にも優しいです。[1]
さらに、ほとんどの埋立地は、浸出液や埋立地ガスが埋立地周辺のコミュニティに漏れないように、少なくとも30年から40年間監視されています。対照的に、バイオリアクター埋立地は、10年未満で監視を必要としないレベルまで分解されると予想されています。したがって、埋立地は、場所に応じて、より早い時期に森林再生や公園などの他の目的に使用できます。[14]さらに、浸出液を再利用して埋立地を湿らせると、浸出液がろ過されます。したがって、浸出液の処理に必要な時間とエネルギーが少なくなり、処理がより効率的になります。[11]
バイオリアクター埋立地の欠点
バイオリアクター埋立地は比較的新しい技術です。新しく開発されたバイオリアクター埋立地では、ガス、臭気、地表への浸出液の浸透など、重要なものがすべて発見され、適切に管理されていることを確認するために、初期監視コストが高くなります。
バイオリアクター埋立地の水分含有量の増加は、廃棄物塊内の間隙水圧を上昇させ、埋立地の構造的安定性を低下させる可能性がある。[15]
バイオリアクター埋立地の目標は高い水分含有量を維持することであるため、ガス収集システムは廃棄物の水分含有量の増加によって影響を受ける可能性があります。
バイオリアクター埋立地の導入
バイオリアクター埋立地は新しい技術であるため、現在も開発段階にあり、実験室規模で研究されています。[16]バイオリアクター埋立地のパイロットプロジェクトは有望であり、世界各地で実験が進められています。バイオリアクター埋立地の潜在的な利点にもかかわらず、ガイドラインや運用手順を備えた標準化され承認された設計はありません。以下は、必要なガイドラインと手順を作成するためのデータ収集に使用されているバイオリアクター埋立地プロジェクトのリストです。[17]
アメリカ合衆国
- カリフォルニア
- ヨロ郡
- フロリダ
- アラチュア郡南東埋立地
- ハイランド郡
- ニューリバー地域埋立地、レイフォード
- ポーク郡埋立地、ウィンターヘイブン
- ケンタッキー
- アウターループ埋立地
- ミシガン州
- セントクレア郡
- ミシシッピ
- プランテーションオークスバイオリアクター実証プロジェクト、シブリー
- ミズーリ州
- コロンビア
- ニュージャージー
- ACUA のハネマン環境公園、エッグ ハーバー タウンシップ
- ノースカロライナ
- バンコム郡埋立地プロジェクト
- バージニア州
- メープルウッド埋立地とキングジョージ郡埋立地
- バージニア州埋立地プロジェクト XL 実証プロジェクト
カナダ
- ケベック州サントソフィーバイオリアクター実証プロジェクト
オーストラリア
- ニューサウスウェールズ州
- ウッドローン、ゴールバーン
- クイーンズランド
- ティ ツリー バイオエナジー、イプスウィッチ
参照
参考文献
- ^ abc ヒンクリー固形廃棄物および有害廃棄物管理センター、フロリダ大学環境工学科学部、セントラルフロリダ大学土木環境工学部。(2008)。フロリダバイオリアクター埋立地実証プロジェクト：概要。2010年2月3日閲覧、[1]
- ^ Berge, Nicole D.; Reinhart, Debra R .; Batarseh, Eyad S. (2009-05-01). 「バイオリアクター埋立地のコストと利点の評価」。廃棄物管理。環境管理、エンジニアリング、計画、経済に関する最初の国際会議。29 (5): 1558–1567。doi :10.1016/ j.wasman.2008.12.010。PMID 19167875 。
- ^ 「埋立地 | Encyclopedia.com」www.encyclopedia.com . 2022年6月17日閲覧。
- ^ タメマギ、ハンス（1999年）。『廃棄物危機：埋立地、焼却炉、そして持続可能な未来の探求』オックスフォード：オックスフォード大学出版局。pp.4。ISBN 9780195351682. OCLC 466431800.
- ^ Christensen, TH (1999). 廃棄物の埋め立て：バイオガス
- ^ ワシントン州環境局。(nd)。固形廃棄物埋立地設計マニュアル。2010年2月3日閲覧。[2] 2009年10月17日アーカイブ、Wayback Machineより
- ^ Abdel-Shafy, Hussein I.; Mansour, Mona SM (2018-12-01). 「固形廃棄物問題：発生源、構成、処分、リサイクル、および価格設定」。Egyptian Journal of Petroleum . 27 (4): 1275–1290. doi : 10.1016/j.ejpe.2018.07.003 . ISSN 1110-0621.
- ^ Kjeldsen, PM (2002). MSW埋立地浸出液の現在および長期的な組成：レビュー。環境科学技術の批評的レビュー、297-336。
- ^ Brosseau, JH (1994). 都市埋立地衛生施設からの微量ガス化合物排出; 大気環境. 大気環境、pp. 285-293。
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- ^ abc ヒンクリー固形廃棄物および有害廃棄物管理センター。(2006) Bioreactor.org - 一般情報。2010年2月3日、Bioreactor.orgより取得: [3]
- ^ Murphyb, SR (1992). 好気性埋立地コンセプトのライシメータ研究. Waste Management & Research, 485-503.
- ^ Reinhart, Debra R.、Timothy G. Townsend。埋立地バイオリアクターの設計と運用。フロリダ州ボカラトン：ルイス、1998年。印刷。
- ^ バード、S. (2002)。過去からの声：香港。香港大学出版局、1842-1918。
- ^ 持続可能な埋立地の設計と運用の実践。廃棄物管理の原則と実践。Springer。2015年。ISBN 9781493926619。
- ^ Nair, VV, Dhar, H., Kumar, S., Thalla, AK, Mukherjee, S., Wong, JWC (2016). 人工ニューラルネットワークに基づくモデリングによる、実験室規模の嫌気性バイオリアクターにおけるバイオガスからのメタン生成量の評価。バイオリソーステクノロジー 217, 90 – 99. doi: https://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2016.03.046
- ^ Kjeldsen, PM (2002). MSW 埋立地浸出液の現在および長期組成: レビュー。環境科学技術批評レビュー、pp. 297-336
外部リンク
- 21 世紀の埋立地に向けて - ヨロ郡のバイオリアクター研究プロジェクトの Web ページ。
- バイオリアクターランドフィル.org