|
Metode til risikovurdering af gasproducerende lossepladser 2 Fysisk-kemisk karakteristika af lossepladsgas
Lossepladser, hvor der er deponeret bionedbrydeligt affald, vil producere lossepladsgas i flere årtier efter, at deponeringen er ophørt. Som det fremgår af kapitel 3.1 i dette bilag, vil lossepladsgassens hovedkomponenter metan (CH4) og kuldioxid (CO2) ofte tilsammen udgøre mere ned 95 % af gasvolumenet med koncentrationer af metan på omkring 55 % v/v CH4 og kuldioxid på ca. 45 % v/v CO2. De øvrige komponenter i lossepladsgassen udgør typisk mindre end 1 % v/v. Under visse forhold kan andre stoffer også forekomme i høje koncentrationer, f.eks. brint (H2), kvælstof (N2) og svovlbrinte (H2S). Lugt Både metan og kuldioxid er klare lugtfrie gasser, som derfor ikke umiddelbart kan detekteres af de menneskelige sanser. Den karakteristiske lugt af lossepladsgas stammer fra sporgasser som f.eks. flygtige fede syre og svovlholdige forbindelser. Mercaptaner er en gruppe af svovlholdige organiske stoffer, der specielt ved yngre lossepladser kan give anledning til kraftige lugtproblemer, hvor det er nødvendigt at fortynde stofferne op til 1 million (106) gange for at komme under lugtgrænsen /1/. Densitet Kuldioxid, der er tungere end luft, har en relativ densitet i forhold til atmosfærisk luft på 1,53, medens metan, der er lettere end luft, har en relativ densitet i forhold til atmosfærisk luft på 0,55. Teoretisk set er lossepladsgas derfor lettere end atmosfærisk luft ved metankoncentrationer over 54 % v/v, og tungere end luft ved metankoncentrationer under 54 % v/v. Da lossepladsgas ofte har et højt vandindhold, er frisk lossepladsgas typisk tungere end luft. Lossepladsgas, der har migreret gennem jorden, vil oftest have ændret sammensætning, bl.a. vil forholdet mellem metan og kuldioxid være ændret, ligesom vandindholdet vil være reduceret. I tabel 2.1 er opstillet en række typiske værdier for de fysisk-kemiske egenskaber for hovedkomponenterne i losseplads og atmosfærisk luft. Tabel 2.1
I litteraturen anvendes ofte forskellige enheder for f.eks. tryk og koncentrationen jf. box 1. Box 1
2.1 Brandbare gasblandingerPå grund af lossepladsens indhold af metan og andre brandbare gasser, vil lossepladsgas oftest være en brandbar gas. Antændelsen af brandbare metanblandinger vil i det åbne rum bevirke hurtig forbrænding af gasblandingen. I et lukket rum, hvor produkterne af forbrændingen ikke kan undslippe, vil forbrændingen på grund af den varmeudvikling, der sker ved branden, virke som en eksplosionsbrand. Oftest vil en sådan eksplosionsbrand kun blive omtalt som en gaseksplosion. Som det fremgår af afsnit 3.1, vil lossepladsgassen være anaerob og indeholde væsentlige koncentrationer af metan under det meste af affaldscellen/lossepladsens livscyklus, også selvom der efter fase IV sker indtrængning af atmosfærisk luft i stigende mængder. Når atmosfærisk luft trænger ned i de øvre fyldlag, vil der opstår en blanding af metan og ilt i poreluften. Det er dog ekstremt sjældent, at man kan måle signifikante koncentrationer af både metan og ilt i poreluften. Dette skyldes, at metanoxiderende bakterier omsætter metan og ilt til kuldioxid efter ligningen vist i box 2. Reaktionen foregår normalt meget hurtigt og helt til ende, det vil sige til enten ilt eller metan er opbrugt. Box 2
Figur 2.1 For at en gasblanding skal være brandbar/eksplosiv, kræver det, at iltkoncentrationerne i gasblandingen er større en ca. 13 % v/v (punkt 1). Gasblandinger, der indeholder mindre end ca. 13 % v/v ilt, kan ikke antændes. Blandingerne kan dog muligvis blive brandbare, hvis der sker en yderligere opblanding med atmosfærisk luft, afhængig af metankoncentrationerne i blandingen. I figur 2.1 er indtegnet en ret linie mellem punkt 1 og punkt 2. Gasblandinger, hvis sammensætning ligger til højre for denne linie, kan ikke antændes, men de vil kunne danne brandbare blandinger ved en yderligere opblanding med atmosfærisk luft. Gasblandinger, der ligger til venstre for linien mellem punkterne 1 og 2, har så lave gaskoncentrationer, at de ikke vil kunne antændes, og de vil ikke kunne danne brandbare blandinger ved en yderligere opblanding med atmosfærisk luft. For gasblandinger uden ilt skal koncentrationen af metan være større end ca. 14 v/v. % (punkt 2) for, at der kan opstå brandbare gasblandinger ved opblandingen med atmosfærisk luft. Opsivende lossepladsgas/poreluft vil derfor ikke kunne danne brandbare gasblandinger ved opblanding i atmosfærisk luft, hvis metankoncentrationen i poreluften er lavere end 14 % v/v (punkt 2). Specielt i forbindelse med ældre lossepladser og ved gasmigration fra nyere lossepladser er dette et vigtigt forhold at inddrage i risikovurderingen. Da lossepladsgas er iltfri, vil iltindholdet i en gasblanding af atmosfærisk luft og lossepladsgas være afhængig af, hvor stor en andel den atmosfæriske luft udgør af gasblandingen, og dermed også af hvor stor en del af gasblandingen, som lossepladsgassen udgør. Iltindholdet i gasblandingen er derfor direkte proportional med blandingsforholdet mellem lossepladsgas og atmosfærisk luft. I figur 2.2 er derfor både iltkoncentrationen, og "den andel som lossepladsgassen udgør af gasblandingen" afbildet på Y-aksen, hvilket ikke umiddelbart ændrer figurens udseende. Årsagen til, at figur 2.2 ser anderledes ud, er, at X-aksen (metankoncentrationen) er forlænget fra 20 til 60 % v/v. I figur 2.2 er desuden indtegnet isolinier for gasblandinger mellem atmosfærisk luft og lossepladsgas med forskellige gaskoncentrationer (15 %, 30 %, 45 % og 60 % v/v). Iso-linierne viser det fortyndingsforløb, som lossepladsgassen gennemgår ved fortynding med atmosfærisk luft. På figur 2.2 er det således muligt at aflæse metan- og iltkoncentrationerne i en gasblanding med et kendt blandingsforhold, og en kendt metankoncentration i lossepladsgassen. Figur 2.2Forholdet mellem lossepladsgassens andel af gasblandingen og brandbarheden af gasblandingen Af figur 2.2 kan det ses, at en blanding af atmosfærisk luft og lossepladsgas med et indhold af 60 % v/v metan vil danne brandbare gasblandinger, når lossepladsgas udgør mellem ca. 8 og ca. 19 % af gasblandingen, medens lossepladsgas med et indhold af metan på 30 % v/v danner brandbare gasblandinger med atmosfærisk luft, hvis lossepladsgassen udgør mellem ca. 18 og ca. 32 % af gasblandingen. 2.2 KuldioxidForuden risikoen for antændelse som beskrevet i forrige afsnit vil lossepladsgas i høje koncentrationer kunne udgøre en risiko for mennesker på grund af gassens høje indhold af kuldioxid og lave iltindhold. Kuldioxid er en kvælende gas, der i høje koncentrationer kan være livstruende og i lavere koncentrationer kan give utilpashed og f.eks. synsforstyrrelser. Ved indånding af kuldioxid vil virkningen på mennesker være en jævn overgang mellem en simpel tilpasningsproces til toksiske reaktioner, som vil afhænge af det enkelte individ, og hvor længe påvirkningen varer. I tabel 2.2 er listet typiske påvirkninger ved forskellige koncentrationer af kuldioxid. Tabel 2.2
2.3 Betydning af gaskoncentrationer i bygningBeregninger af forbrændingsprodukter og forbrændingstemperaturer viser, at der selv ved store luftoverskud vil kunne blive så varmt i et rum, at det kan være livstruende for mennesker. Beregningen viser, at hvis 10 % af et rum er fyldt med gas ved nedre eksplosionsgrænse, vil en forbrænding medføre en gennemsnitstemperatur i rummet på ca. 143 ° C, medens der lokalt kan være væsentlig højere temperatur. I beregningen er der ikke taget hensyn til varmetab fra forbrændingsprodukterne til bygningen. Ved ulykken i Skellingsted (jf. bilag 5) var dødsårsagen netop forbrændinger, og undersøgelser af brandstedet tyder på, at rummet kun har været delvist fyldt med en brandbar blanding, idet der primært er sod langs panelerne. Til sammenligning kan det anføres , at 120 ° C vil kunne tolereres i ca. 15 minutter, 140 ° C vil kunne tolereres i ca. 5 minutter /9/. 150 ° C vil ikke være dødelig ved kortvarig påvirkning, men 126 ° C og 150 ° C vil give besvær med vejrtrækning gennem næsen hhv. munden. På denne baggrund kan det ikke udelukkes, at der kan forekomme dødsfald i rum, hvor kun ca. 10 % af rummet er fyldt med lossepladsgas, som antændes ved LEL. Fyldes ca. 30 % af et rum med lossepladsgas, vil der kunne forekomme kvælning pga. fortrængning af luftens ilt (iltkoncentration under 15 vol-%). Selvom der ikke er taget hensyn til samspillet med CO2 og iltoptagelse, vurderes det ikke at være sandsynligt, at der ophobes så store gaskoncentrationer i et rum, medmindre selv naturlig ventilation er udelukket. Mht. gener vurderes det ud fra foregående afsnit, at 0,5-1 % kuldioxid i rummet vil kunne give anledning til gener. Dette svarer til, at 1-2 % af rummet er fyldt med lossepladsgas. Denne vurdering er baseret på koncentrationen af kuldioxid. Det har ikke været muligt at finde oplysninger om gener pga. metan, og der er derfor heller ikke taget hensyn til en evt. samvirkning imellem gener pga. metan og kuldioxid.
|
Co2
+ 2H2O