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Titelaufnahme

Titel
Quantification of methane emissions from biological waste treatment operations using laser absorption spectroscopy and an inverse dispersion technique : eingereicht vn DI (FH) DI Marlies Hrad
Weitere Titel
Quantifizierung von Methanemissionen bei biologischen Abfallbehandlungsanlagen mittels Laserspektroskopie und einer inversen Ausbreitungsmodellierung
VerfasserHrad, Marlies
Begutachter / BegutachterinKranert, Martin ; Bockreis, Anke
Betreuer / BetreuerinHuber-Humer, Marion
ErschienenWien, Jänner 2016
UmfangIX, 92 Seiten : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftUniversität für Bodenkultur Wien, Dissertation, 2016
Anmerkung
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)diffuse Emissionen / Methan / open-path tunable diode laser / inverse Dispersionstechnik / Vergärung / Kompostierung
Schlagwörter (EN)fugitive emission / methane / open-path tunable diode laser / inverse dispersion technique / anaerobic digestion / composting
Schlagwörter (GND)Organischer Abfall / Methanemission / Messung
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-16302 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Quantification of methane emissions from biological waste treatment operations using laser absorption spectroscopy and an inverse dispersion technique [7.57 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Dissertation beinhaltet die Validierung und Anwendung eines Monitoringtools zur Quantifizierung von diffusen Methan(CH4)-emissionen aus biologischen Abfallbehandlungsanlagen (Kompost- und Vergärungsanlagen). Dabei stehen die Bestimmung der Anlagen-Gesamtemission sowie die Erfassung von CH4-Verlusten aus diversen Anlagenteilen (z.B. offene Gärrestlager) durch eine sogenannte Mehrquellenrekonstruktion im Fokus. Die angewandte inverse Dispersionstechnik bestimmt basierend auf den Konzentrationsmessungen (in Luv und Lee einer Emissionsquelle) und den vor Ort gemessenen meteorologischen Parametern (mittels 3D-Ultraschallanemometer) unter Anwendung eines Ausbreitungsmodells die Emissionsrate. Die modellbasierte Ermittlung der Methanemissionen erfolgt mit dem Lagrange'schen Partikelmodell LASAT (Lagrangian Simulation of Aerosol-Transport). Zur Messung der CH4-Konzentration über mehrere hundert Meter lange Messstrecken wird das optische Fernmessgerät Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (OP-TDLS) eingesetzt. Die Quantifizierungsmethode erwies sich als vielversprechendes und geeignetes Tool zur Erfassung diffuser CH4-Emissionen von Biogasanlagen bzw. Kompostwerken. Die Methode bietet die Möglichkeit sowohl Gesamtemissionen als auch Verluste aus einzelnen Anlagenteilen zu quantifizieren. Die Mehrquellenrekonstruktion konnte erstmalig am komplexen Standort einer Biogasanlage erfolgreich angewandt und implementiert werden. Zudem wurden zum ersten Mal Gesamtemissionen von Kompost- bzw. Biogasanlagen bei unterschiedlichen Betriebszuständen (z.B. Füllung oder Homogenisierung der offenen Gärrestlager, Umsetzung der Kompostmieten) erhoben, die eine aussagekräftige Effizienzbewertung der Anlage ermöglichen. Schlüsselfaktoren bei der Anwendung des Tools sind eine genaue Messung der Gaskonzentrationen und meteorologischen Bedingungen, repräsentative Instrumentenplatzierung sowie geeignete meteorologische (z.B. ausreichend starke Windgeschwindigkeit) und topographische Gegebenheiten. Das Quantifizierungstool kann zukünftig auch für Emissionsmessungen von Treibhausgasen in unterschiedlichen Einsatzbereichen (z.B. Deponien, Kläranlagen, etc.) Anwendung finden.

Zusammenfassung (Englisch)

The overall aim of the dissertation is to validate and apply a monitoring tool for quantification of fugitive methane (CH4) emissions from biological waste treatment facilities including composting and anaerobic digestion (AD) plants. Main emphasis lies on the determination of total emission rates of the plants as well as individual component emissions (e.g. open digestate storage tanks) based on the multi-source reconstruction. The inverse dispersion technique derives emission rates from measured concentrations at a point upwind and downwind from the source combined with meteorological data (3D ultrasonic anemometer) using a dispersion model (LASAT - Lagrangian Simulation of Aerosol-Transport). In this work an open-path tunable diode laser spectroscopy (OP-TDLS) is used to measure CH4 concentration over a path length up to several hundred meters. The applied method can act as a useful tool for quantifying fugitive CH4 emissions from biological waste treatment facilities. The method provides the opportunity to quantify whole plant and component emission. The dissertation offers insight into deriving emission rates from multi-sources (e.g. open digestate tanks) within a real-world industrial setting relevant to a range of systems, not only biogas plants. In addition, methane emissions were quantified for the first time considering different operating conditions (e.g. filling level or agitation of the openly stored digestate, turning of compost windrows) at composting and AD plants, thereby providing valuable information to evaluate plant-specific efficiencies. Key factors in implementing this method include accurate measurement of gas concentrations and meteorological data, representative instrument placement as well as suitable meteorological (e.g. sufficiently strong wind speed) and topographical conditions. In principle, the approach can be applied at other fugitive emission sources, such as landfills or waste water treatment plants, as well as for other gaseous emissions.