Co je to flux box a jak se používá pro měření emisí metanu ze skládek?

Skládky komunálního odpadu jsou významnými zdroji znečišťování ovzduší, se zejména z metanu a oxidu uhličitého. V souvislosti s platností zákona č. 86/2002 Sb. musí tyto skládky odpadů mimo jiné také sledovat množství emisí unikající z povrchu tělesa skládky a zajistit jejich omezování. Jednou z hlavních znečišťujících látek, ovlivňujících stav ozonové vrstvy země, je methan. Jako významným skleníkovým plynem, je nutné co nejvíce omezit jeho emise.

Po uplynutí tří let od účinnosti vyhl. č. 356/2002 Sb. bude stanoven emisní limit pro methan, jehož výše bude výrazně ovlivňovat náklady na provoz skládek odpadů. V příloze č. 1 k zákonu č. 86/2002 Sb. je totiž stanoven poplatek 1000 Kč za tunu methanu vypuštěnou do ovzduší.

Jednou z možností stanovení emisí methanu ze skládek jsou výpočtové metody. Jejich základem jsou druhy a množství ukládaných odpadů. Výpočet předpokládaného množství emisí je možno provést metodou podle Hogga a Mansella z jednotlivých uložených odpadů. Druhou metodou je výpočet předpokládaného množství emisí methanu včetně časového výhledu pomocí zpracování plynové prognózy vývoje skládkového plynu podle modelu Rettenberger-Tabasaran. Množství emisí je vypočteno na základě množství, druhů, stáří uložených odpadů a způsobu jejich ukládání.

Výpočtové metody stanovení emisí methanu ze skládek mají nevýhodu v teoretickém stanovení množství emisí. Skutečné množství emisí methanu ze skládky odpadů se ve skutečnosti může diametrálně lišit od výpočtů v závislosti na místních podmínkách jednotlivých skládek odpadů (tvoření puklin na povrchu skládky s výrony bioplynu, stupeň hutnění povrchu odpadů, vlhkost, homogenizace uložených odpadů apod.).

Měření emisí metanu

Jednou z metod stanovení emisního toku z povrchu skládek je měření povrchových úniků methanu. Jedná se o metodu kvalitativního vyjádření toku methanu na jednotku plochy tzv. "flux-box" metoda.Na základě výsledků měření je možno každou skládku zatřídit do pěti tříd podle úniků methanu z povrchu skládky odpadů. Terénní měření povrchových úniků je jednou z metod stanovení emisí methanu ze skládek, je však velmi závislá na zvolení optimální sondážní sítě (množství a umístění sondážních míst) a časově náročná.

Čtěte také: Kladenská skládka: Vše, co potřebujete vědět

Musíme mít na mysli, že toto povrchové měření může být výrazně ovlivněno změnami barometrického tlaku a kvalitou překryvu tělesa skládky. Další terénní metodou měření skládkového plynu jsou podpovrchová měření na zárazných sondách. Jedná se metodu odběrů vzorků skládkového plynu z různých hloubkových úrovní pod povrchem tělesa skládky. Odebrané vzorky plynu jsou následně podrobeny analýze přenosnými analyzátory na obsah majoritních složek skládkového plynu - methan, oxid uhličitý, kyslík a dusík je stanovován dopočtem.

Převrat v názorech na emise plynů ze skládek odpadů způsobily práce odborných pracovišť zabývající se biologickou oxidací methanu v površích skládek odpadů ve druhé polovině devadesátých let. Tyto práce potvrdily, že dobře zhutněné těleso skládky nemusí být překryto vrstvou kompostu a přesto jeho povrch funguje jako účinný filtr zachycující nejen methan, ale i pachové složky plynu. V hloubkových úrovních přibližně 0,20-0,25m se nachází vrstva dobře přístupná difúzi kyslíku ze vzduchu, v níž se množí methanotrofní bakterie, které velmi účinně spotřebovávají methan z pronikajícího skládkového plynu. Tyto skutečnosti plně vysvětlují dosti častý nesoulad měření toku a složení skládkového plynu v podpovrchových vrstvách skládky s metodikou měření povrchových úniků. V povrchu skládky odpadů může být odbouráváno někdy 20 %, ale většinou i vysoko přes 80 % z veškerého methanu vzniklého ve skládce.

Použitím jednotlivých metod stanovení emisí (výpočtová metoda, povrchové měření, podpovrchové měření) odděleně není možné kvalifikovaně stanovit množství emisí methanu ze skládek odpadů. Ke stanovení migrace metanu na tělese skládky byla vyvinuta metoda FLUX BOX, umožňující stanovit únik plynu a celkovou difuzi metanu ze skládky.Na povrchu skládky je vzduchotěsným poklopem překryta plocha 1 m2. Vznikne tak uzavřený prostor o známém objemu. Zkušební laboratoř uvádí od dubna 2020 do provozu nový analyzátor měřící na principu Fourierovi transformace (FT-IR) GASMET DX4000 pro měření emisí anorganických a organických látek.

Flux box - princip a provedení měření

Sestavena podrobná metodika měření a vyhodnocování dat, jinými dostupnými technikami (flux-box, měření pachových látek) dle legislativy ČR. Pro stanovování povrchové koncentrace metanu se používá metoda založená na měření jiné veličiny, spojené s tokem. Pro měření se používá adaptér (flux box) ve tvaru talíře o vnitřním průměru 20 cm a objemu cca 450 cm3. Adaptér je vybaven pružným těsněním, umožňujícím lepší přilnutí k měřenému povrchu. Konstrukce adaptéru byla navržena s ohledem na možné komplikace při měření. Část adaptéru je rozdělena příčným žebrováním, což omezuje riziko vzniku pístového efektu. Přesnost metody má zásadní význam dodržení předepsané doby délky měření. Z tohoto důvodu byl na okraji adaptéru umístěn tlakový spínač s časovačem.

Pro sběr plynu se používá čerpání vzorku k analýze. Byl použit přenosný analyzér Ecoprobe 5 firmy RS Dynamics, který umožňuje velmi přesné měření koncentrací metanu v rozpětí hodnot 50 ppm až 60 %obj. Součástí přístroje je výkonná pumpa s nastavitelným výkonem. Nastavení přístroje jsou nedílnou součástí metodiky měření.

Čtěte také: Kvalita dřeva a skladování

Zdrojem metanu je tlaková nádoba s technickým plynem o čistotě 99,5 %. Systém je založen na principu vytlačování plynu z uzavřeného zásobníku proudem vody. Do experimentální skládky je plyn pouštěn přímo z tlakové lahve, ale skrz plastový zásobník o objemu 30 l a vyrovnávacím ventilem. Rychlost doplňování odpovídajícího emisního toku metanu je řízena přečerpáváním vody do zásobníku. Minimální doba ekvilibrace systému byla určena experimentálně, v případě potřeby je možné zásobník doplnit i během experimentu. Celý systém je propojen potrubím a přívodem z tlakové lahve, a zajištěno odvětrávání do atmosféry.

Samotná experimentální skládka má rozměry 80 cm a výšce 40 cm. Je vybavena otvory pro přívod plynu a výstupním pro měření koncentrace plynu ve skládce. V horní části je umístěna disperzní vrstva s minimální tlakovou ztrátou. Povrch skládky je možné pokrýt zeminou nebo jiným materiálem dle charakteru experimentu. Před zahájením laboratorních prací byla experimentálně ověřena těsnost systému při různém průtoku plynu a ověřena těsnost systému. Pro validaci metody je nutné porovnat výsledky měřením na povrchu skládky a látkovým tokem metanu a důsledné dodržení metodiky měření.

Postup měření na umělé skládce

Pro měření byl proměřen celý povrch umělé skládky. Povrch byl rozdělen do 12 výsečí a označena dle hodinového ciferníku. Měřící body byly rozmístěny v bodech 1 - 2 - 5 - 7 - 8 - 11 - střed - 3 - 6 - 9 - 12 a střed. Po umístění flux boxu se čeká 5 minut, což by měla být dostatečná doba k obnovení stabilního proudění plynu, narušeného v průběhu předchozího měření. Poté se spustí čerpání vzorku do plynového analyzátoru (zhruba 30 sekund). Po stabilizaci hodnot se flux box přiloží na povrch skládky a přitlačí, čímž dojde k sepnutí časového spínače a spustí čerpání vzorku do analyzátoru. Po uplynutí nastaveného času je možné přejít k dalšímu bodu.

Je nutné si uvědomit, že na měřeném povrchu existují velké rozdíly v koncentracích metanu. Je to způsobeno emisemi metanu z povrchu umělé skládky, které si hledají cest a kanálkování. To vede k nerovnoměrnému proudění plynu a s tím související tvorba míst s větší či menší koncentrací metanu. Z tohoto důvodu je nutné provádět několik sérií měření v jednotlivých sérií měření, v rámci opakovaného měření na jednom místě. Mezi jednotlivými měřeními se doporučuje měření s časovým odstupem 5 minut.

Výsledky měření a jejich interpretace

Výsledek měření je zobrazen na obrázku č.2. Z výsledků vykazovala místa s vyšším průtokem plynu, vyhodnotitelné s tokem 0,5 až 3 l CH4/m2/hod (v extrémních případech až 5 l CH4/m2/hod). Byla provedena měření na umělé skládce o menším průměru (zpravidla 4 až 6 na sebe navazujících sérií měření). Během měření byl sledován stav a těsnost systému měřením koncentrace metanu v dolní části umělé skládky. Naměřená data ukazují rozptyl dat mezi povrchovou koncentrací a látkovým tokem metanu. Přesto může být tato metoda použita jako přepočetní faktor. S ohledem na účel měření lze tuto nepřesnost zanedbat. Klasifikace Straky (2003) odpovídá I. životní prostředí.

Čtěte také: Slzí Plačice: Co skrývá tato skladba?

Srovnání s metodou statického fluxboxu

Pro srovnání byla použita metoda statického fluxboxu, konkrétně obráceného komolého kužele o objemu 5,25 l a účinné ploše 0,035 cm2, bez vracení analyzovaného plynu zpět do akumulačního prostoru. Pro experimentů, byl na stejné místo přiložen flux-box a po uplynutí 5 a 10 minut změřen. Je nutné si uvědomit, že přesnost měření je ovlivněna přesnost měření odčerpáním části plynu, což vede k měření povrchové koncentrace. Výsledky měření jsou zobrazeny na obrázku č.4. Z grafu je patrné, že v místech s vyšším tokem plynu, měření z flux-boxů tyto hodnoty systematicky podhodnocují. Dále se ukázalo, že s rostoucí dobou jímání plynu dochází ke snižování měřených hodnot. Tento jev je přičítán poklesu látkového toku v průběhu času, kdy plyn již musí překonávat odpor akumulovaného plynu. Chyba měření je úměrný koncentraci plynu, a tedy i délce měření. Problémy nastávají i při nízkých koncentracích a detekčního limitu použité přístrojové techniky. Z experimentu jsou jasně patrná omezení metody statického flux-boxu. Měření statickým fluxboxem nejsou se sebou úměrná a vzájemně porovnatelná.

Z grafu je patrné ovlivnění proudění plynu atmosféry, což je dobře patrné z obrázku č.5. Koncentrace metanu je po měření před přiložením flux-boxu a po 10 minutovém jímání plynu, 1,5 až 2-násobně vyšší než před jeho položením. To je důležité pro návrh metodiky měření a výběru místa měření. Měření ovlivňují i použité materiály, jako jsou například plasty, asfaltové lepenky a podobně, které mohou ovlivnit látkový tok a tím i přesnost měření.

Měření na skládkách komunálního odpadu

Měření bylo provedeno na skládkách komunálního odpadu Přibyšice, Kosova Hora a Radim. Nicméně, bylo nejdříve provedeno na předem připravených experimentálních plochách. Porovnávalo se měření pomocí přímého měření a statického flux-boxu. Cílem bylo zjistit, jak se obě metody znivelizují. Měření je vhodné pro potřeby stanovení měrné emise metanu ze skládky. Celkem bylo provedeno 97 měření, průměrný emisní tok činil 0,5 l/m2/hod. Zjištěno, že emise metanu jsou rozmístěny značně nepravidelně. Maximální naměřená hodnota byla 17,03 l CH4.m-2.hod-1. Je to způsobeno tím, že skládkový plyn, který pak proudí prostředím s nejmenším odporem, ne prostou difuzí.

Závěrem lze konstatovat, že metoda flux box je použitelná v běžné praxi pro měření emisí metanu z povrchu. Tato metoda je vhodná pro terénu na provozovaných skládkách komunálního odpadu. Měření pomocí flux-boxu poskytuje přesnější výsledky než použití běžného flux-boxu a je tedy vhodná pro měření emisí metanu ze skládek v praxi.

Použitá literatura

• overview of issues and research needs. Stockholm, 1999.
• Straka F. Walker, B. L. Florida, Orlando, Florida.
• Bogner, J. and Smith, K.A. Harriss, R.C., Kolb, C.E., Lamb, B.K. Pressure on Landfill Methane Emissions,” Waste Management 23, 593-598.
• Straka F.
• Článek vyšel ve sborníku ODPADOVÉ FÓRUM 2010 (21. - 23.
• Citace tohoto článku:NOVÁK, Pavel, KOVÁŘ, Lukáš: Povrchové emise metanu ze skládek komunálního odpadu a jejich měření pro provozní praxi. Biom.cz [online]. 2011-12-14 [cit. 2026-03-05].

tags: #flux #box #skladka #co #to #je

Oblíbené příspěvky:

• Podrobnosti o výjimce pro provozovatele vozidel
• Problémy s odpadní hadicí Beko
• Symbol štěstí
• Informace o autobusovém nádraží v Českém Těšíně
• Odpor prostoru ekologie