A Miskolci Egyetem Közleménye, A sorozat, Bányászat, 81. kötet (2011)
EGY HULLADÉKLERAKÓ MAGASÍTÁSÁNAK TAPASZTALATAI Dr. Szabó Imre, Faur Krisztina Beáta egyetemi tanár, tanszéki mérnök Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, Hidrogeológiai-Mérnökgeológiai Intézeti Tanszék, 3515 Miskolc, Miskolc-Egyetemváros,
[email protected] [email protected]
Kivonat A cikkben egy magyarországi hulladéklerakó további magasításának lehetőségét vizsgáltuk rézsűállékonysági szempontból. Abstract The possibility of the further heightening of a landfill in Hungary is examined in this article in terms of slope stability.
1. Bevezetés A hulladéklerakók állékonyságvizsgálata egyre nagyobb jelentőséget kap, ahogy nő az igény arra, hogy minél kisebb helyen, minél nagyobb mennyiségű hulladékot lehessen gazdaságosan elhelyezni. Egyre több meglévő depónia magasítására kérnek engedélyt, és egyre meredekebb oldalrézsűket próbálnak kialakítani. A jelenlegi – a további magasítás lehetőségét vizsgáló – számítások előzménye egy 2010 februárjában készített állékonyságvizsgálat, amelyben megállapítottuk, hogy az üzemelés során kialakított 30 m magas depóniaprofil állékonysági biztonsága megfelelő. A depónia jelenlegi, üzemelés közbeni generálrézsűje alig tér el az 1:2 hajlástól. Tekintettel arra, hogy a további magasításra vélhetően még a rekultiváció előtt sor kerül, a számításaink során a 30 méter magas depóniánál 1:2 rézsűhajlással számoltunk, és nem vettük figyelembe a rekultiváció után kialakítandó és az előző vizsgálatok során a rekultivációra tett javaslatunkat.
2. A lerakott hulladékok fizikai paraméterei A depóniatest állékonyságvizsgálatánál az elsődleges probléma a méretezésnél használt nyírószilárdsági paraméterek minél pontosabb meghatározása, ugyanis a depóniatest állékonyságvizsgálatánál a lerakott hulladék fizikai paramétereire, 311
Dr. Szabó Imre, Faur Krisztina Beáta
elsősorban a nyírószilárdsági paraméterekre (kohézió; belső súrlódási szög), valamint a hulladék térfogatsűrűség értékére van szükségünk. A térfogatsűrűség értéke igen tág határok között változik és függvénye a hulladék összetételének, nedvességtartalmának, a lebomlás fokának, a napi takarás vastagságának, a lerakás módjának, az alkalmazott tömörítő eszköznek, a depónia magasságának, az egyszerre lerakott hulladék terítési vastagságának, a hulladék korának, stb.. Jelen munkánk során 1,3 t/m3 átlagos hulladék térfogatsűrűség értékkel számoltunk. A nyírószilárdsági paramétereknek talán még a térfogatsűrűség értékeknél is nagyobb a szórása. Korábbi vizsgálataink során különböző eredetű és összetételű hulladékok különböző módszerekkel meghatározott kohézió és belső súrlódási szög értékeit tüntettük fel (1. ábra) a nemzetközi irodalomban fellelhető adatok alapján (JESSBERGER, 1990., SINGH – MURPHY, 1990., SZABÓ, 1999., VILAR ÉS CARVALHO 2002., CAICEDO 2002.). Mint látható, az értékpárok igen széles tartományban fordulnak elő. Az 1. ábrán kék színű pontok jelölik a kiválasztott, azonos valószínűséggel előforduló értékpárokat, amelyek az x és y koordinátatengelyekről leolvashatóak, de az 1. táblázatban összefoglalva is megadjuk. 200
Kohézió, c [kPa]
150
100
50
0 0
5
10
15
20 25 Belső súrlódási szög, φ [o]
30
35
40
45
1. ábra. A 10 db azonos valószínűséggel előforduló nyírószilárdsági paraméter értékpár meghatározása.
312
Egy hulladéklerakó magasításának tapasztalatai
3. Az állékonyságvizsgálatok során alkalmazott paraméterek A hulladéktest állékonyságvizsgálatának ma még nincs egységesen kialakult gyakorlata, többnyire a földművek méretezésénél elfogadott és bevált módszereket (BISHOP, JANBU) használjuk. A feladat megoldása a lerakóknál ugyanazon a mechanikai alapokon nyugszik, azonban mint a fentiekben már említettük, alapvető különbség, hogy míg az egyik esetben egy jól definiálható kőzetfizikai paraméterekkel rendelkező, többnyire homogén/kvázi homogén közeggel van dolgunk, addig a lerakott hulladék fizikai paraméterei nagyon széles tartományban változnak, és meghatározásuk nagyon költséges. 1. táblázat. Az állékonyságvizsgálatoknál a hulladékrétegekre meghatározott, azonos valószínűséggel előforduló nyírószilárdsági értékpárok. Az eset Belső sorszáma a súrlódási szög, 4. ábrán φ [°] 0 1 4 2 8 3 15 4 19 5
Kohézió, c [kN/m2] 61 76 43 26 43
Az eset Belső sorszáma a súrlódási szög, 4. ábrán φ [°] 21 6 25 7 31 8 35 9 40 10
Kohézió, c [kN/m2] 38 21 18 13 15
Az állékonyságvizsgálat eredményét alapvetően meghatározzák a méretezésnél használt bemenő paraméterek. Egy hulladéklerakó állékonysági biztonsága egyetlen mérőszámmal nem jellemezhető, a várható biztonságot a tönkremenetel bekövetkezési valószínűségéhez kell kötni. Egy általunk kidolgozott új állékonyságvizsgálati módszerrel lehetőség van a hulladék fizikai paraméterei változékonyságának a figyelembe vételére és a depóniatest állékonysági biztonsága egy adott valószínűségi szinthez köthető. A most elvégzett állékonyságvizsgálatoknál homogén rézsű (hulladékdomb) felépítéssel számoltunk. A változékonyságot úgy vettük figyelembe, hogy az állékonyságvizsgálatot elvégeztük mind a tíz, az 1. ábrán feltüntetett és az 1. táblázatban magadott kohézió (c) és a belső súrlódási szög (φ) értékpárra. Meghatároztuk az állékonysági biztonságot MANASSERO és szerzőtársai, valamint SANCHEZ-ALCITURRI és az ÖNORM ajánlása szerint is. További számításokat (állékonyságvizsgálatokat) végeztünk arra az esetre, ha a depóniát felépítő hulladék nyírószilárdsági paraméterei egy adott tartományba esnek (c=12-25 kPa; φ=15-30°), feltételezett eloszlásuk lognormális, átlagértékük a nemzetközi gyakorlatban általánosan elfogadott cátlag= 20 kPa; φátlag= 20° (lásd a 2. a. és b. ábrákon).
313
Dr. Szabó Imre, Faur Krisztina Beáta
Az állékonyságvizsgálatoknál kör csúszólappal dolgoztunk, a figyelembe vett rézsűkialakításokat (magasításokat) a 3. ábrán tüntettük fel. Mint az ábrán is látható, az állékonyságvizsgálatoknál a következő rátöltési variációk esetében vizsgáltuk az új hulladékdomb állékonyságát: az alsó hulladékdomb minden esetben 30 méter magas, 1:2 hajlású rézsűvel kialakítva; a magasítás 10, illetve 20 méter; a magasításnál az alsó rézsűn kialakítandó vizsgált padkaszélesség 10-15-20 méter; a felső hulladékdomb hajlása 1:2, illetve 1:2,5. Probability Dens ity Function
Probability Density Function 0.15
0.1
0.1 Probability
Probability
0.15
0.05
0.05
0 0
10
20
X Log Normal(Mean=20,SD=3,Min=0,Max=25) Calculated Mean=19.6, 50th Percentile=19.6
a.
0 15
30
b.
20
25
30
X Log Normal(Mean=20,SD=3,Min=15,Max=30) Calculated Mean=20.2, 50th Percentile=19.9
2. ábra. A hulladék kohéziójának, valamint belső súrlódási szög értékének a számításoknál figyelembe vett eloszlása.
Hfelső= 10 ill. 20 m
Halsó= 30 m
3. ábra. Az állékonyságvizsgálatoknál figyelembe vett rézsűkialakítások.
4. A depóniatest állékonyságvizsgálatának eredményei A 4. ábra összefoglalja mind a korábban 30 méter magas depónia állékonyságvizsgálatának eredményeit, mind a 20, valamint 10 méteres magasítás
314
Egy hulladéklerakó magasításának tapasztalatai
különböző eseteinek (10-15-20 méteres padkaszélesség és 1:2, valamint 1:2,5 rézsűhajlás) eredményeit a Bishop állékonyságvizsgálati módszer alkalmazásával. A 4. ábrán a vizsgált esetek sorszámai a biztonsági tényező meghatározásának a következő módjait takarják: 1-10. sorszám alatt az 1. táblázatban szereplő nyírószilárdsági paraméterekkel; 11. sorszám alatt: MANASSERO és szerzőtársai (1998., 2000.) szerint, kis közepes normálfeszültségek esetében; 12. sorszám alatt: MANASSERO és szerzőtársai (1998., 2000.) szerint, nagy normálfeszültségek esetében; 13. sorszám alatt: az ÖNORM alapján; 14. sorszám alatt: SANCHEZ-ALCITURRI és szerzőtársainak (1993.) javaslata alapján. A depónia 10 méteres magasításának eredményei
3
3
2.5
2.5
2
2
Biztonsági tényező, FBishop
Biztonsági tényező, FBishop
A depónia 20 méteres magasításának eredményei
1.5
1
1.5
1 Magasítás nélkül Padka 10 m, 1:2 hajlás Padka 10 m, 1:2,5 hajlás Padka 15 m, 1:2 hajlás Padka 15 m, 1:2,5 hajlás Padka 20 m, 1:2 hajlás Padka 20 m, 1:2,5 hajlás
0.5
0
Magasítás nélkül Padka 10 m, 1:2 hajlás Padka 10 m, 1:2,5 hajlás Padka 15 m, 1:2 hajlás Padka 15 m, 1:2,5 hajlás Padka 20 m, 1:2 hajlás Padka 20 m, 1:2,5 hajlás
0.5
0 0
1
2
3
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A vizsgált eset sorszáma
0
1
2
3
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A vizsgált eset sorszáma
4. ábra. Az állékonyságvizsgálatok eredményei konstans nyírószilárdsági paraméterekkel.
A kapott biztonsági tényezők alapján a következőket állapítottuk meg: 20 méteres további magasítás esetében a minimális biztonsági tényező csak legalább 20 méteres padkaszélesség mellett emelkedik az 1,0 érték fölé. 10 méteres 315
Dr. Szabó Imre, Faur Krisztina Beáta
további magasítás mellett a kapott biztonsági tényező értékek lényegesen kedvezőbbek. Az elvárt értéknél (magyar előírás nincs, a német gyakorlat elfogadja az F≥1,3 kritériumot) kisebb biztonsági tényező csak a φ=0° értéknél adódott. Annak a valószínűsége, hogy a megvalósuló hulladékdomb ilyen paraméterű hulladékból épüljön fel, nagyon kicsi. A 2. a. és b. ábrákon feltüntetett eloszlásokkal számolva lényegében azonos eredmények adódtak a biztonsági tényező értékére, mind a 10 db nyírószilárdsági értékpárral számolva (5. ábra). Az nyilvánvaló, hogy itt a számított minimális biztonsági tényező értékek nagyobbak, mivel a nyírószilárdsági paraméterek eloszlásának meghatározásánál azzal a korlátozással éltünk, hogy az értelmezési tartomány: c=12-25 kPa; φ=15-30°, azaz azt feltételeztük, hogy a lerakóban nincsenek nagyon kis súrlódási szögű hulladékok. 20
Frequency (%)
Frequency (%)
20
15
10
5
15
10
5
0
0 1.424 1.464 1.504 1.544 1.584 1.624 1.664 1.704 1.744 1.784 Factor of Safety
1.435 1.475 1.515 1.555 1.595 1.635 1.675 1.715 1.755 1.795 Factor of Safety
5. ábra. Az állékonyságvizsgálatok eredményei valószínűségi változóként meghatározott nyírószilárdsági paraméterekkel (Monte Carlo módszer, 10 m magasítás, 15 m padka, a. 1:2, b. 1:2,5 felső rézsű).
5. Összefoglalás A vizsgálatok eredményeit összefoglalva, az alábbiakat állapítottuk meg: A depónia 20 méteres magasítása a kapott biztonsági tényezők alapján túlságosan kockázatos, még nagyobb padka kialakítása mellett is. Ezen megállapításnál figyelembe kell venni azt is, hogy az alsó 30 méter magas rézsű állékonysági biztonsága is éppen hogy elegendő (95%-os valószínűségi szinten F=1,42). A számításoknál mindig ideális feltételekkel számolunk, amit egy üzemzavar, visszamaradó gáznyomás, csurgalékvíz lencse lényegesen megváltoztathat. A 10 méteres további magasítást, 15 méter széles padka kialakítása mellett biztonságosnak ítéltük meg, még 1:2 hajlásszög mellett is. (ld. az eredményeket az 5. ábrán). 316
Egy hulladéklerakó magasításának tapasztalatai
10 méteres további magasítás 10 méteres padka kialakítással: a biztonsági tényező értéke elvileg elfogadható, de figyelembe véve a számítások, a hulladékfizikai paraméterek meghatározásának, ismeretének megbízhatóságát, kialakítását nem javasoltuk.
6. Köszönetnyílvánítás A kutatómunka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. Irodalomjegyzék Faur K. B., Szabó I., Szabó A.: Slope stability analysis of municipal solid waste landfills 11th International Conference on Mining, Petroleum and Metallurgical Engineering, Egypt, Sharm el Sheikh Manassero, M. Parker, R. Pasqualini, E. Szabó, I. Almeida, M. Bouazza, A. Daniel, D.E. Rowe, R.K. (1998): Controlled Landfill Design (Geotechnical Aspects), TC55SC4 Report, 3rd Int. Conf. of Environmental Geotechnics, Lisboa, 1998. ÖNORM 2074. TEIL 2. (1990): Geotechnik im Deponiebau Szabó, A. (2008.): Hulladéklerakók lezárásának aktuális kérdései, PhD értekezés, Miskolci Egyetem Szabó A. Szabó I. (2002.): Field and laboratory experiances related to mineral barriers of waste disposal sites 12th Danube-European Conference Geotechnical Engineering, (ed.: DGGT), Passau, 27.-28.05.2002. Szabó I., Faur K. B., Szabó A.: Hulladéklerakók állékonyságvizsgálata MÉLYÉPÍTÉS, Business Média Kiadó, 2008./04, pp. 28-33. Sanchez-Alcitturi, I.M. Palma, I. Sagesta, C. Canizal, I. (1993): Mechanical properties of wastes in a sanitary landfill. Proc. Int. Conf. Green ’93, Bolton University, Bolton Balkema, Rotterdam
317
