2024. április 22., hétfő

UJ HONLAP BANNER 250 100

FirgiMagyarországon és a világ nagyobb részén a kommunális hulladékok ártalmatlanítása döntő részben épített lerakókban történik. Ezek biztonságos és gazdaságos üzemeltetéséhez, valamint a kialakuló hulladékdombok rekultivációjához, utólagos területhasznosításukhoz meg kell határoznunk a lerakott hulladék fizikai jellemzőit is. A feladat egy lehetséges – talajmechanikai alapú – megoldását a Pusztazámori Regionális Hulladékkezelő Központ példáján mutatjuk meg.

TelekesHULLADÉKOK HASZNOSÍTÁSA – LERAKÁSA – LERAKÓK HASZNOSÍTÁSA

A környezetgazdálkodás alapvető fontosságú része a hulladékgazdálkodás, hiszen tágabb értelemben majdnem minden környezetvédelmi, energia- és anyaggazdálkodási kérdés hulladékgazdálkodási kérdés is. Számos környezetszennyezés mögött valamilyen hulladékkezelési anomália áll, így kijelenthetjük, hogy a környezetvédelem egyik kulcskérdése a hulladékgazdálkodás.

Írásunkban a települési szilárd, nem veszélyes, különleges kezelést nem igénylő hulladékokkal foglalkozunk. E hulladékok lerakással történő ártalmatlanítása nem a legjobb megoldás, hiszen a hulladékgazdálkodás prioritási sorrendje: megelőzés – hasznosítás – környezetkímélő elhelyezés. Hosszú távon a hulladék keletkezésének megelőzése nyújthat megoldást, amely társadalmi, gazdasági és műszaki feladat. A hasznosítás az elkerülhetetlenül keletkező hulladék legtisztább kezelési módja.

Rövid távon a hulladékok lerakása a legkisebb költségű technológia, ezért nem véletlen, hogy – a 2001-es felmérés szerint [1] – 2667 lerakót örököltünk, amelyek nagy része a szigetelés hiánya és egyéb okok miatt kockázatos, így jelenleg már csak mintegy 60, műszaki védelemmel kiépített, regionális lerakó működik. E létesítmények elsődleges feladata, hogy megakadályozzák a káros anyagok környezeti transzportját, a környezeti elemek közvetlen szennyezését. Azt a tényt, hogy a társadalom felismerte a hulladéklerakás hátrányait, a „lerakási járulék" bizonyítja.

Ennek és egyéb intézkedéseknek (szelektív gyűjtés, társadalmi együttműködés stb.) köszönhetően csökken a lerakásra kerülő hulladék aránya (1. táblázat).

1tablazat

Ennek ellenére fontos a lerakókhoz kapcsolódó műszaki tudás, hiszen még hosszú ideig fognak üzemelni, illetve a rekultivációjukhoz és az ez utáni területhasznosításhoz is szükséges az új ismeret. A bezárt lerakó elsődleges funkcióját ellátja, de az így kialakuló hulladékdomb (dombfeltöltéssel készülő lerakók esetén), nemcsak megoldandó feladat a jövő generációja számára, hanem lehetőséget nyújthat a terület új hasznosítására, hiszen az eredeti – általában mezőgazdasági – funkciója nem visszaállítható. A területhasznosítás egyik motivációja lehet, hogy a település növekedése miatt, a külterületi lerakó belterületté válik. Ekkor akár lakó -vagy szabadidős tevékenységi területté is válhat, de ez a nagy kockázat miatt nem szerencsés, bár a világon sok példát láthatunk erre is. A másik lehetőség, hogy a lerakó területe tartósan külterület marad, ekkor energetikai hasznosítása indokolt (1. ábra). A képződő biogáz (deponiagáz) felhasználása mellett a hulladékdombon elhelyezhetők napelemek, szélerőművek, ezek a megújuló energiát hasznosító rendszerek kedvező esetben kiegészülhetnek geotermális energiahasznosítással is, így a bezárt lerakók zöldenergia-termelő szigetekké fejleszthetők. Ez az ún. energy hill concept. A dombforma előnyös napelemek és szélerőmű elhelyezésére is. További haszon, hogy nem foglalunk el újabb értékes területeket energiatermelési céllal.

1abra

A biztonságos üzemeltetés mellett tehát a terület hasznosításához is szükségesek a hulladékdomb mechanikai (hulladékfizikai) jellemzői, hiszen a mérnöki szerkezetek alapozását gazdaságosan csak ezek ismeretében lehet megtervezni, és ez esetben az „altalaj" a lerakott hulladék.

ESETTANULMÁNY

Írásunkban a SZIE-YMÉTK és a BME közös kutatásának (JÁP) alakváltozás-vizsgálati részét ismertetjük, amelyet megelőzött többek között a kiválasztott lerakó állékonysági vizsgálata [2], melynek eredményeit a modellezéshez felhasználtunk.

2abraVizsgálati helyszín

A vizsgált kommunális hulladéklerakó a Pusztazámori Regionális Hulladékkezelő Központ, a „budapesti" lerakó, mely Magyarország egyik legnagyobbja, és már 17 éve üzemel. A lerakó Budapesttől 23 km súlyponti távolsággal, DNy-ra található (2. ábra).

 

3AabraÉpítése 1999 áprilisában kezdődött a 91 hektáros korábbi mezőgazdásági területen és 2000 augusztusában fejeződött be a lerakótér, a komposztáló, a fogadóterminál, az irányítási és üzemviteli épületek átadásával. A lerakó az EU vonatkozó irányelvei és a hazai szabályozásnak megfelelő műszaki védelemmel épített, aminek a legfontosabb ismérve, hogy rendelkezik aljzatszigeteléssel, a csurgalékvíz és a depóniagáz kezeléséhez szükséges szerkezetekkel, berendezésekkel (3A. ábra, 3. ábra).

3abra

A lerakót a Fővárosi Közterület Fenntartó Zrt. üzemelteti. Naponta átlagban 1000–2000 t hulladékot raknak le, a mennyiséget hídmérleggel mérik és regisztrálják. Az átvett hulladék összetételét szúrópróbaszerűen vizsgálják. Kompaktor segítségével tömörítik, 2-3 m vastag prizmába rendezve, napi takarást alkalmazva építik be. A lerakó 5 ütemben (eredeti tervek szerint 3 ütemben), 19 millió m3 névleges kapacitással üzemel. Az első ütem (18,3 ha, 4 millió m3) 2012 végére elérte a 99%-os feltöltöttséget, magassága az 50 métert. Jelenleg a második ütem feltöltése történik (4. ábra).

4abra

Elméleti háttér, feltárás, laboratóriumi vizsgálatok, helyszíni mérések

Kutatási célunk a hulladéktest alakváltozásának tér és idő szerinti becslése, ehhez a műszaki feladatok egyik általános módszerét, a modellezést választottuk. A szakirodalomból [1] megállapítható, hogy a kidolgozott modellek négy csoportba sorolhatók: talajmechanikai alapú, reológiai, biodegradációs és empirikus modellek. A talajmechanikai alapú modellezés mellett döntöttünk, jóllehet a talajanalógia nem teljes, hiszen a hulladék nem talaj, de a geotechnikai vizsgálati és számítási módszerek módosításával eredményt érhetünk el. Az alkalmazható modellezések közül a még elfogadható pontosságú legegyszerűbbet kerestük, hiszen gyakorlati célokból ez a legkedvezőbb.

Az alapadatrendszer felépítése során, a talajmechanikában szokásos utat járva közvetlen feltárást, majd laboratóriumi vizsgálatokat végeztünk. A modellezéshez kiegészítettük az így szerzett ismereteket az altalaj ismert talajfizikai jellemzőivel, a lerakó saját felszínsüllyedési méréseivel és a párhuzamos minták nyírószilárdsági (BME) és egyéb vizsgálati eredményeivel.

A hulladéktestet 4 db nagyátmérőjű fúrással (12–21 m-es talpmélységgel) tárták fel. A 22 db mintából – degradációs fokuk figyelembevételével – átlagmintákat képeztünk. A degradációs fok fejezi ki a hulladék fizikai-kémiai-biológiai átalakulási fokát, ahol a friss hulladék 1. degradációs fokú, a teljesen átalakult, lebomlott hulladék pedig 5. degradációs fokú.

A laboratóriumi vizsgálatokhoz speciális, nagyméretű ödométert építettünk (5. ábra), mivel a hulladék nagyobb „szemcséket" tartalmaz, mint a talajok általában. Egy olyan eszközre volt szükség, amely képes működtetni különböző nagyságú függőleges terheket, és mérni a minta kompresszió hatására létrejövő összenyomódását.

5abra

Annak érdekében, hogy a mérésekből több információt nyerjünk a modellezéshez, a doboz oldalfalába 2 db acélmembrános vízszintes irányú nyomásérzékelőt is építettünk. Az eszközzel a minták rövid idejű kompressziós viselkedése mérhető, a hosszú idejű, degradációs összenyomódást, illetve az ezt jellemző tényezőt a szervesanyagtartalom degradációs fok szerinti változása alapján becsültük, illetve a modell validálásakor a helyszíni mérésekből pontosítottuk, számoltuk vissza.

Abban a szerencsés helyzetben voltunk, hogy közvetlenül az üzemeltetőtől (FKF Zrt.) kaptuk az alapadatokat, amit ezúton is köszönünk Mile Gábor főmérnök úrnak. Megkaptuk a lerakóba szállított hulladék tömegét évenkénti bontásban (hídmérlegadatok) és a lerakó fél évenkénti felszínfelmérését, amit LEICA 1200 GPS-szel mérnek, továbbá a modell validálásához elengedhetetlenül szükséges süllyedési adatokat, amelyeket őrkövek évi kétszeri felmérésével állítanak elő.

A mérési eredmények értékelése és a végeselemes modellezés

A kompressziós vizsgálat elvégzése után a mérési eredményeket a talajmechanikában ismert módon kiértékeltük. Így az adott hulladéktestre a degradációs fokot is figyelembe véve összenyomódási modulust, Poisson-tényezőt, kompresszió és konszolidációs görbéket határoztunk meg. Kiértékeltük a degradációs fok, az előterhelés, a tehermentesítés, a mintavételi zavarás, a talajtól eltérő viselkedés és a trend jellegű változások okait, következményeit [3].

6abra

Megállapítottuk többek között, hogy a hulladék kompresszió szempontjából lágyabb, mint a talajok általában (6. ábra), konszolidáció szempontjából pedig az összenyomódásban az azonnali és a kuszás jellegű összenyomódás a domináns, szemben a talajok domináns elsődleges konszolidációs összenyomódásával. A hulladék sajátossága, hogy fizikai (és egyéb) tulajdonságai időben változnak, mely a fizikai-kémiai-biológiai bomlás, azaz degradáció következménye, ez a jelenség talajok esetén kevésbé jellemző.

A meghatározott hulladékfizikai jellemzők (kiegészítve a szilárdsági és egyéb paraméterekkel) bemenő adatként szolgáltak az alakváltozás számításához. A modellezés eszközéül a Plaxis 2D FEM programot választottuk, mivel az alakváltozások becsléséhez, figyelembe véve a bemenő adatok megbízhatóságát és pontosságát, a 2D modell is elegendő pontosságúnak bizonyult. A feladat nem szokványos és adathiányos, így egy prekoncepción alapuló modellezési munkafolyamat útját jártuk. A véges elemes módszert alkalmazó programot egy eszköznek kell tekinteni, és a hulladék sajátosságaihoz kell igazítani.

Az anyagmodell megválasztása döntő kérdés. Egyszerűsége és történelmi hagyományai miatt az első lehetőség a Mohr-Coulomb (MC) anyagmodellnek nevezett lineárisan rugalmas, tökéletesen képlékeny anyagmodell alkalmazása.

Egy másik lehetőség, a talajok esetén alakváltozás szempontjából pontosabb eredményt adó, fel keményedő talajmodell (HS) alkalmazása, amelynek jellemzője, hogy hatvány-függvényekkel veszi figyelembe a feszültségek talajmerevségre gyakorolt hatását. A kúszó puha talajmodell (SSC) egy speciális lehetőséget tartalmaz, mivel a kúszás is figyelembe vehető alkalmazásakor.

A geometria felvétele kapcsán természetesen célszerű bizonyos egyszerűsítéseket tenni (7. ábra), mivel egyrészt a végeselemes számítás instabillá válik helyi geometriai anomáliák miatt, másrészt kevés gyakorlati haszonnal jár, és nem is ismert a feltöltés napi szintje.

7abra

Az alapadat-rendszer felépítése és a számítási koncepció után a numerikus számítások elvégzése következett, amit ez esetben végeselemes módszerrel végeztünk el. Az alkalmazott program alkalmas az alakváltozások meghatározására a teher (önsúly és külső terhek) hatására, és ez időben is modellezhető (konszolidáció). Egyszerűsége folytán egyfajta (esetleg kettő: friss és érett) hulladékfizikai jellemzővel lehetne számolni, de a valósághoz közelebb áll a modellezés, ha a réteges feltöltésnek és így a degradációnak megfelelően rétegekre osztjuk a hulladékdombot. Ezt követően a rétegeket az idő előrehaladtával léptetjük a következő degradációs fázisba, és mindig az adott degradációs fokhoz és mélységhez (nyomáshoz) tartozó fizikai jellemzőket adjuk meg (erre a Plaxis lehetőséget ad). Ezzel a léptetéssel követhető a hulladékfizikai jellemzők időbeli változása is.

A lerakási ütemet és a degradáció időbeli előrehaladását is figyelembe véve a léptetés a vizsgált esetben évenként volt célszerű.

A numerikus számítások kapcsán paraméterérzékenységi vizsgálatot végeztünk, valamint a helyszíni mérések alapján validáltuk a számítási modellt. A validált modellt alkalmazva a számítás eredményeit a kontrollpontok süllyedéseinek összevetése alapján értékeltük (8. ábra).

8abra

Az anyagmodelleket illetően a MC modell egy belső pontot vizsgálva még elfogadhatónak tűnt, felszíni pontra már nem.

A HS modell jellegében leírja a valóságos mozgásokat, de a hosszú idejű kúszás (degradáció) miatt modellezésére nem alkalmas. Az SSC modell az, ami a valóságot legjobban közelíti, ezért alkalmazása ajánlható. A számítás tovább pontosítható a lerakási fázisok és degradációs fok szerinti sűrűbb felosztással és nagyminta-kísérletek alapján a fizikai paraméterek pontosításával.

ÖSSZEFOGLALÁS

Hivatkozások
[1] Szabó I. – Szabó A. (2012): Hulladéklerakók rekultivációja, utógondozása. Miskolci Egyetem.
[2] Varga G. (2011): Geotechnical Aspects of Bioreactor Landfilles. Periodica Polytechnica, Ser.Civ. Eng. doi: 10.331/pp. ci.2011-1.05. Vol. 55, 1:39–44.
[3] Imre E. – Firgi T. – Telekes G. (2014): Evaluation of the Oedometer Test of Municipal Landfill Waste Material. Ybl Journal of Built Enviroment, 2 (1) pp. 42–64.

A települési szilárd hulladékok lerakása rendezett, műszaki védelemmel kiépített lerakókban sem az ideális megoldás, de jelenleg szükségszerű. Kutatásunkkal a biztonságosabb és gazdaságosabb hulladékdomb építését és későbbi területhasznosítását kívántuk segíteni, elsősorban az energiadomb-koncepció megvalósításához szükséges mechanikai, hulladékfizikai jellemzők laboratóriumi meghatározásával, valamint szilárdsági és alakváltozási számítási módszer kidolgozásával. Röviden ismertettünk egy módszert, amellyel a kiválasztott települési hulladékdomb (PRHK I. ütem) önsúly és felszíni teher hatására létrejövő alakváltozása (és állékonysági biztonsága) jól becsülhető, talajmechanikai alapú modell alkalmazásával. A modellezési lépéseket értelemszerűen bármely lerakóra lehet alkalmazni, az egyes lépések utáni esetleges visszacsatolással, figyelembe véve a lerakó egyedi sajátosságait.

 

 

 

Bemutatkozás

A Magyar Építéstechnika az Építési Vállalkozók Országos Szakszövetsége (ÉVOSZ), valamint a Magyar Építőanyag és Építőipari Termék Szövetség (MÉASZ) hivatalos lapja. Iránymutató szakfolyóirat a magyarországi építőipar teljes szférájára. Gyakorlati beállítottságú, az építőipar valamennyi területével – a tervezéstől az alapanyaggyártáson keresztül a magas- és mélyépítő-ipari kivitelezéséig, ezek műszaki fejlesztéséig – számos szakmai témával foglalkozó, általános építőipari műszaki-kereskedelmi szakfolyóirat. Beszámol a szakterület műszaki fejlődéséről, az új technológiákról és termékekről, megoldást kínál a felvetődő problémákra. Rendszeresen tudósít az építőipar fontosabb hazai és külföldi eseményeiről, kiállításokról, kongresszusokról, szakmai tanácskozásokról. Különös figyelmet fordít olyan szakterületek példákkal illusztrált bemutatására, amelyek a tervezőknek, a kivitelezőknek, a kereskedőknek és a felhasználóknak, valamint a legkorszerűbb ismereteket elsajátítani kívánó tanulóifjúságnak egyaránt fontosak.

Eseménynaptár

április 2024
H K Sz Cs P Szo V
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
29 30 1 2 3 4 5

Keresés

banner kne 180 240

mehi-banner-media 120x240

Partnereink

EVOSZ-logo

measzlogo fb

 

 

logo rigips-w 

proidea-logo-fb

VarepitoPalyazat logo-web

 

 

bme logo-kicsi

 

Ybl-logo-kicsi

  mapasz-logo-web

 

zeosz-logo-webebsz logo 2

 

 

 HuGBC LOGO kicsi

 

TEGY-web

 Burkolattechnika-egyesulet-logo-web

 Hazicincer logo

    Kivet-logo-web

 

 

 

 

Construmalogo-web

  emsz-logo-web180

mti hirfelhasznalo

 

dimag logofinal-web

 
 
 observer logo-web