Design of a Landfill Gas Collection Layer Using Recycled Materials

This thesis focuses on the design of a landfill biogas collection layer (BCL) considering the use of recycled materials, aiming to address the increasing demand for sustainable and environmentally friendly solutions in various industries. Moreover, this study, especially in its final section, seeks to outline an effective approach to choosing the right material for the BCL construction. The research methodology aims to identify existing practices and technologies related to the design of this layer with the purpose of decreasing biogas dispersion in the environment, which may pose risks to humans and the ecosystem. In the first place, the various components and considerations involved in designing an effective landfill cover will be explored, including engineering principles and regulatory requirements. This work will evaluate the different cover system components and finally concentrate on the BCL. This layer, located in the top cover, works as a homogenization for the biogas collection, helping the gas to flow into the collection points avoiding the formation of potential local runaways. A significant portion of this paper will focus on the analysis of the landfill body's stability, which must be guaranteed in the presence of uplifting pressures on the top cover caused by biogas migration from the underlying waste mass. For this purpose, the infinite slope approach and the Koerner & Soong (1998) method will be applied for the analyses. After the evaluation of an allowable biogas pressure, the method proposed by Thiel (1998) will be used as the groundwork to calculate a suitable coefficient of permeability of the granular filter forming the BCL. Moreover, in the final sections, an acceptance procedure for choosing a proper material will be carried out. Throughout this work, a case study will be examined regarding the stability of the top cover of an existing landfill located in Torretta di Legnago (VR), Italy. The final objective of this work is to provide a framework for the development of an approach that considers factors such as gas flow dynamics and geotechnical properties, giving instructions for an effective and sustainable BCL design.

Questa tesi è incentrata sulla progettazione dello strato di drenaggio del biogas da discarica considerando l'uso di materiali riciclati, con l'obiettivo di rispondere alla crescente domanda di soluzioni sostenibili ed ecologiche nei vari settori civili e industriali. Inoltre, questo studio, in particolare nei capitoli finali, cerca di delineare un approccio efficace per quanto riguarda la scelta del materiale idoneo da utilizzare nella costruzione dello strato di drenaggio del biogas. La ricerca è mirata a identificare le pratiche e le tecnologie esistenti relative alla progettazione di questo strato, con l'obiettivo di minimizzare la dispersione di biogas nell'ambiente, evitando quindi rischi per l'uomo e l'ecosistema. In primo luogo, verranno esplorate le varie componenti coinvolte nella progettazione di un'efficace copertura di discarica, considerando i fondamentali principi ingegneristici e i requisiti normativi, presentando i diversi componenti del sistema di copertura e concentrandosi infine sullo strato di drenaggio del biogas. Questo strato, situato nella copertura superiore, fornisce un’omogeneizzazione dell’afflusso del biogas tramite un filtro poroso, favorendo il deflusso verso i punti di raccolta evitando la formazione di potenziali instabilità locali. Una parte significativa sarà dedicata all'analisi della stabilità della discarica, che deve essere garantita in quanto è da tenere in considerazione la presenza di pressioni sulla copertura superiore causate dalla migrazione del biogas dalla massa di rifiuti sottostante. A tal fine, per le analisi di stabilità verranno applicati l’approccio del pendio indefinito e il metodo di Koerner & Soong (1998). Dopo la valutazione della pressione ammissibile del biogas, il metodo proposto da Thiel (1998) sarà utilizzato come base per calcolare l’adeguato coefficiente di permeabilità del filtro granulare che costituisce lo strato di drenaggio del biogas. Nelle sezioni finali verrà infine presentata una possibile procedura di accettazione per garantire una corretta scelta del materiale. Inoltre, verrà preso in considerazione come caso studio quello relativo alla stabilità della copertura superiore della discarica di Torretta di Legnago, in provincia di Verona. L’obiettivo finale di questo lavoro è di fornire un riferimento e un approccio progettuale sistematico che considera fattori quali la dinamica del flusso di gas e le proprietà geotecniche, fornendo indicazioni per una progettazione efficace e sostenibile dello strato di drenaggio del biogas.