埋立地ガスモニタリング

埋立地ガス監視とは、埋立地から収集または放出されるガスを電子的に監視するプロセスです。埋立地ガスは、埋立地から排出されるときに測定される場合もあれば (「表面監視」)、収集されて発電所またはフレアにリダイレクトされるときに測定される場合もあります (「収集システム監視」)。

表面モニタリングは、廃棄物のキャップの完全性をチェックし、掘削孔のモニタリングをチェックするために使用されます。これにより、ガスが敷地外に移動した予備的な兆候が得られる場合があります。メタンの一般的な規制限度は、体積で500 ppmです（カリフォルニア州では、AB 32により、この限度が200 ppmまで引き下げられる可能性があります）。英国では、最終埋立地のキャップの限度は1 × 10 ⁻³ミリグラム/平方メートル/秒、一時的なキャップの場合は1 × 10 ⁻¹  mg/m ² /s (環境庁の「埋立地ガス表面排出物のモニタリングに関するガイダンス」LFTGN 07、EA 2004 を使用して測定)。表面モニタリングは、瞬間モニタリングと統合モニタリングに分類できます。瞬間モニタリングは、炎イオン化検出器(FID)を持ちながら埋立地の表面を歩きます。統合モニタリングは、サンプルをバッグに注入しながら埋立地の表面を歩きます。その後、サンプルは FID で読み取られるか、完全な分析のために研究所に送られます。統合規制限度は、通常 50 ppm 以下です。

ガス プローブ (境界プローブまたは移行プローブとも呼ばれる) は、地下の監視に使用され、プローブの周囲のローカル環境におけるガス濃度を検出します。1 つのポイントで複数のプローブが異なる深さで使用されることもあります。プローブは通常、埋立地の周囲にリングを形成します。プローブ間の距離はさまざまですが、300 メートルを超えることはほとんどありません。ここでのメタンの一般的な規制限度は、体積で 50,000 ppm ( 100 万分の1)、または英国の地質学的背景レベルより 1% のメタンと 1.5% の二酸化炭素です (「埋立地ガスの監視に関するガイダンス」LFTGN03、EA 2004 を参照)。

大気サンプラーは、埋立地周辺の空気に過剰な量のメタンやその他のガスが含まれていないかを監視するために使用されます。主な悪臭物質は硫化水素（これも有毒）で、5ppbを超える濃度にさらされた人の大半は苦情を訴えます（世界保健機関：WHO（2000年）。ヨーロッパの大気質ガイドライン、第2版、コペンハーゲン、世界保健機関地域刊行物、ヨーロッパシリーズ）、揮発性有機酸も同様です。

埋立地ガス自体のモニタリングは診断に使用できます。進行中の地下酸化イベントまたは埋立地火災の可能性が懸念される場合、そのようなイベントの高温 (500 °C 以上) でより安定した化合物が埋立地ガスに存在することは、そのようなプロセスが発生している証拠となります。数百℃以上の温度でプロパンから生成されるプロピレンの存在は、高温を裏付けています。埋立地ガス中の高濃度の水素二原子 (H ₂ ) の存在は、ガス抽出井から少し離れた遠隔地の温度上昇とも一致しています。H ₂の存在は、通常、有機酸の発酵によって生成されたすべての H _{2 をCO 2}と結合させてメタン (CH ₄ )を形成するCO ₂還元微生物の熱不活性化と一致しています。 H _{2生成微生物は CO 2}還元微生物よりも温度に対する感受性が低いため、高温により H 2 生成微生物は不活性化し、H ₂生成微生物よりも回復が遅れることがあります。これにより、H ₂生成は (通常は) 対応する消費なしに行われ、埋立地ガス中の H ₂濃度が上昇します(場所によっては最大 >25%[v:v])。CO _{2還元微生物の熱不活性化は、}都市固形廃棄物から CO ₂ (メタンではなく)を生成するために使用されています(Yu ら、2002)。

収集システム監視は、ガス抽出システムによって収集される埋立地ガスの特性を確認するために使用されます。監視は、個々のガス抽出井戸または発電所 (またはフレア) で行うことができます。いずれの場合も、ユーザーはガスの組成 (CH ₄、CO ₂、O ₂およびバランスガス) と温度、圧力、流量を監視します。

表面監視の場合、モニターは次のいずれかになります。

• 埋立地ガス組成のポイント読み取り値を示す単一の読み取りモニター、または
• 連続ガスモニターは、ボーリングホール内に設置され、埋立地ガスの組成と生成量を長期間にわたって継続的に測定します。

収集システムのモニタリングでは、ユーザーはガスの組成 (%CH ₄、%CO ₂、%O ₂およびバランスガス) に加え、温度、圧力、流量もモニタリングします。収集されたガスを測定する方法は 3 つあります。

• ハンドヘルドの単一読み取りモニター - 個々のガス収集井戸からのポイント読み取り値を表示します。このタイプのメーターの大部分を提供している会社は、LANDTEC と Elkins Earthworks の 2 社です。
• 有線連続読み取りモニター - これらの有線モニターは、通常、フレアまたは埋立地ガスエネルギープラントのいずれかに設置されています。有線連続読み取りモニターを提供している企業は多数あります。
• ワイヤレスの連続読み取りモニター - これらのワイヤレス モニターは、通常、個々の埋立地ガス収集井戸に設置されていますが、ガス収集システムのどこにでも設置できます。Loci Controlsは現在、ワイヤレスの連続読み取りモニターを提供する唯一の会社です。

埋立地ガス（浸出液ではなく）が地下水サンプル中の揮発性有機化合物（VOC）の発生源であるかどうかを評価するための技術がいくつか開発されています。^[1]浸出水は背景地下水と比較してトリチウム 濃度が高いことが多く、浸出液（水）の放出は影響を受けた地下水サンプル中のトリチウム濃度を上昇させますが、埋立地ガスはそうではないことが示されています。埋立地ガスの成分は鉱物と反応して、アルカリ度、カルシウム、マグネシウムなどの地下水サンプル中に存在する無機成分を変化させる可能性がありますが、浸出液の主要成分である塩化物を使用して、浸出液がサンプルに影響を与えたかどうかを評価できます。

MtBE、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどの溶解度の高い VOC は、水に溶けすぎて埋立地ガスに移行できないため、浸出液の影響の証拠です。フェノールなどの溶解度の高い半揮発性有機化合物の存在も、サンプルに対する浸出液の影響と一致しています。溶解 CO ₂の濃度の上昇は、埋立地ガスの影響の症状であることが示されています。これは、埋立地ガス内の CO ₂のすべてが帯水層鉱物とすぐに反応するわけではないのに対し、浸出液では廃棄物に日々覆われている土壌があるため、このような反応が完結するためです。監視井戸などの特定の場所で VOC が地下水に分配されているかどうかを評価するには、ヘッドスペースガスと溶解 VOC の濃度を比較することができます。ヘンリーの法則定数に水の濃度を乗じた値が測定されたガス濃度よりも大幅に低い場合、データは埋立地ガスから地下水に分配された VOC と一致しています。^[要出典]

^{正確な割合の配分}は埋立地の築年数によって変わる。

ほとんどの埋立地は物理的にも生物学的にも非常に不均質な環境であり、採取されたガスの組成は数メートル以内で劇的に変化する可能性がある。^[3]

さらに、地表近くのモニタリングは、短期間では天候の影響を受けやすい。大気圧が上昇すると、埋立地からのガスの放出速度が低下し、負の値になることさえあり、上層に酸素が侵入する可能性がある（同様の効果が、潮の満ち引き​​に応じて河口の水の組成に発生する）。拡散差とガス溶解度（温度とpHによって大きく変化する）により、この挙動はさらに複雑になる。トンネル効果により、大きな物体（モニタリング用のボーリング孔を含む）が埋立地内部への迂回路を作り、この変動が局所的なゾーンのより深いところまで広がる可能性がある。このような現象により、生物活性とガス組成が実際よりもはるかに急激かつ急速に変化しているという印象を与える可能性があり、この変動により、一連の個別の時点の測定は信頼できない可能性が高い。

埋立地ガスには硫化水素や二酸化硫黄などの腐食性物質が含まれていることが多く、これらは水分と反応してほとんどの監視機器の寿命を短くします（これは埋立地ガス利用計画でも問題となります）。

廃棄物が分解するにつれて物理的沈下が起こると、物質の重量が移動して機器が破損するため、ボーリングホール監視システムが破損しやすくなります。

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