Ugrás a tartalomhoz

Hulladékgazdálkodás műszaki alapjai

Dr. Csőke Barnabás (2011)

Az aljzatszigetelő-rendszer méretezésének a kérdései

Az aljzatszigetelő-rendszer méretezésének a kérdései

Az aljzatszigetelő rendszer egy egymástól függetlenül is hatékony védelmi elemek összessége. Ezt az elvet nevezzük a többszörös biztonság elvének. Az aljzatszigetelő rendszer elemei:

  • Természetes anyagú (ásványi) szigetelőréteg, geológiai védelem

  • Mesterséges anyagú szigetelőréteg, többnyire geomembrán

  • A csurgalékvízgyűjtő rendszer, amely a csurgalékvízgyüjtő rétegből és a dréncsőből épül fel

Az előző fejezetben megismerkedtünk az aljzatszigetelő rendszer felépítésének a szabályozásával. A vonatkozó rendelet lehetőséget biztosít az előírt rétegrendtől való eltérésre, azonban ekkor igazolnunk kell a két rendszer (előírt és alkalmazni kívánt) egyenértékűségét, ezért ebben a fejezetben a szigetelő rendszer egyes elemeinek méretezési kérdéseit tekintjük át.

A geotechnikai vizsgálatok

Mint az a 2.1. ábrán látható, a KvVM rendelet, igazodva az EU direktívához, a természetes anyagú szigetelőrétegnél elsősorban a földtani közegtől, az altalajtól kívánja meg a megfelelő vízzáróságot és a szennyezőanyag-visszatartó képességet, és csak ha ez nincs meg, akkor szükséges az épített természetes anyagú, többrétegű szigetelőréteg.

A szigetelőréteg minősítése, anyagának kiválasztása

A szigetelőréteg minősítése (természetes településű altalaj) vagy anyagának kiválasztása minden esetben egy vizsgálatsorozatot jelent, amikor azt kell eldöntenünk, hogy az altalaj vagy a beépítendő réteg rendelkezik-e a rendelet által megkívánt tulajdonságokkal. A természetes településű altalajnál a vizsgálatokkal az altalaj alkalmasságát kell igazolnunk, tehát a minősítés egy lépcsőben történik. Épített szigetelőrétegnél a minősítés többlépcsős:

  • alkalmassági vizsgálatok;

  • helyszíni próbatömörítés;

  • a kivitelezéskori ellenőrzés.

Az elvégzendő geotechnikai vizsgálatokat a 2.6 ábra foglalja össze. Mint látható, mind a természetes településű, mind az épített szigetelőrétegnél a vizsgálatsorozat az alkalmassági vizsgálatokat jelenti, amikor alapvető szempont, hogy a réteg vagy anyag természetes településben vagy beépítés után - figyelembe véve a meghatározás körülményeihez képest a depónia üzemelése során fellépő változásokat - a megkívánt szennyezőanyag visszatartó képességgel rendelkezzen. Ezt a kritériumot, a hulladék jellegétől, minőségétől és veszélyességi osztályától függő minimális szivárgási tényező értékkel adják meg. Önmagában a megfelelő szivárgási tényező nem jelent megfelelő szennyezőanyag visszatartó képességet. A hulladéktestből kijutó csurgalékvíz jelentősen megváltoztathatja az agyagásványok szerkezetét, átalakulásukat okozhatja.

2.6. ábra - A természetes anyagú aljzatszigetelő rétegek kutatása, tervezése, kivitelezése során elvégzendő geotechnikai vizsgálatok

A természetes anyagú aljzatszigetelő rétegek kutatása, tervezése, kivitelezése során elvégzendő geotechnikai vizsgálatok


A szigetelőréteg kiválasztásánál, különösen az egyenértékű réteggel való pótlásnál, helyettesítésénél figyelembe kell venni a szigetelőréteg és csurgalékvíz kompatibilitását. Az anyagnyerőhely kiválasztásánál mindig felmerül a kérdés, milyen talajok a legkedvezőbbek a szigetelőrétegként való beépítés szempontjából. Ha a vízzáróságot nézzük, akkor a minél nagyobb agyagásvány-tartalmú, különösen a nagy montmorillonit tartalmú, tehát a nagy plasztikus indexű (Ip) agyagok jönnek számításba. Ugyanakkor az is ismert, hogy minél nagyobb az Ip értéke, annál nehezebben tömöríthető a talaj, valamint annál inkább hajlamos a víztartalom változás hatására bekövetkező zsugorodásra. Mint látható, az optimális megoldást a kis- és közepes plaszticitású, de megfelelő agyagásvány-tartalmú és adszorpciós kapacitású iszap-agyag talajok adják. A szigetelőréteg anyagának kiválasztásához a 2.1 táblázat szerinti vizsgálatokat kell elvégezni.

2.1. táblázat - A szigetelőréteg anyagának minősítésekor elvégzendő vizsgálatok, ill. meghatározandó kőzetfizikai jellemzők

A meghatározandó paraméter A vizsgálat módja Alkalmassági, beépíthetőségi kritérium
Szemcseeloszlás MSZ 14043/3 Dmax=63 mm mm (max. rögátmérő beépítéskor) SD<0,002 ≥ 20% (agyagfrakció)
Konzisztencia jellemzők (folyási határ, sodrási határ, zsugorodási határ, plasztikus index, relatív konzisztencia index) MSZ 14043/4 javasolt wL ≥ 40-60 %; IP =20-30 %
A talajt alkotó fázisok (szilárd-víz-levegő) térfogat és súlyarányai MSZ 14043/5-6 -
Szervesanyag-tartalom (izzítási veszte­ség, nedves oxidáció) MSZ 14043/9 max. 5%
Vízfelvevő-képesség Enslin-Neff módszer wmax ≥ 80%
Mésztartalom Scheibler-készülékkel CaCO3 % < 10%
Ásvány-kőzettani vizsgálatok (agyagásvány-tartalom) röntgen és termikus elemzések Agyagásvány-tartalom nagyobb, mint 10%
Kationcserélő kapacitás 25 <T mekv/100g: nagyon jó; 15< T <25 mekv/100g: jó; T >15 mekv/100g: kedvezőtlen;


A 2.1. táblázatban felsorolt vizsgálatokat magyar jogszabály nem követeli meg, elvégzésük mégis célszerű, mert az eredmények alapján tudunk dönteni, hogy az altalaj vagy a kiválasztott anyagnyerőhely rendelkezik-e megfelelő agyagásvány-tartalommal, adszorpciós kapacitással. Különösen ajánlott ezen minősítő vizsgálatok elvégzése az anyagnyerőhely minősítésénél, mert a tapasztalat azt mutatja, hogy a felsorolt alkalmassági kritériumoktól való lényeges eltérés esetén a kiválasztott anyagból a szigetelőréteg a helyszínen nagy valószínűséggel nem építhető meg, a megkívánt vízzáróság nem biztosítható. A minősítő vizsgálat legfontosabb része a szivárgási tényező meghatározása. Az altalajnál igazolnunk kell az előírt vízzáróságot, az építendő szigetelőrétegnél a megvalósíthatóságot, és utóbbi esetben meg kell adnunk, hogy milyen körülmények (beépítési jellemzők) mellett biztosítható a megkívánt vízzáróság.

A szivárgási tényező meghatározása

A geotechnikai gyakorlatban a szivárgási tényező meghatározásának három módszere terjedt el:

  • a helyszíni (in situ) vizsgálatok,

  • a laboratóriumi kísérletek és

  • a tapasztalati összefüggések alapján.

A tapasztalati összefüggések nem alkalmasak a kötött talajok vízzáróságának megítélésére.

A szivárgási tényező meghatározása laboratóriumban

A kötött, kis átereszőképességű (vízzáró?) talajok szivárgási tényezője meghatározásának leggyakrabban alkalmazott módja a laboratóriumi kísérlet. Mellette szól az „in situ“ vizsgálatokkal szembeni viszonylagos olcsósága, s ennek megfelelően a nagyobb minta darabszám.

A nemzetközi gyakorlatban a szigetelőanyagként használt kőzetek áteresztőképeségének vizsgálatára mind a merev falú, mind a flexibilis falú permabiméterek számításba jöhetnek, azonban az elmúlt évtized tapasztalatai alapján ma szinte kizárólag az utóbbiakat használják. (2.7 ábra)

2.7. ábra - Az agyagok szivárgási tényezőjének meghatározása triaxiális cellában

Az agyagok szivárgási tényezőjének meghatározása triaxiális cellában


Ennél a kísérleti módszernél vagy közvetlenül a nyírószilárdsági vizsgálatokhoz használt triaxiális cellát, vagy annak módosított változatát használják, amelynél a mintát a cellában a triaxiális vizsgálatoknál is használt gumimembrán veszi körül, s egy folyadékkal (többnyire vízzel) biztosított cellanyomással a gumimembránt nekinyomják a mintának. A flexibilis falú permeabiméterek alkalmazásának számos előnye van merev falú készülékekkel szemben. Ezek:

  • megfelelő oldalfalnyomás mellett megakadályozható a minta és a készülék fala - jelen esetben a gumimembrán - közötti szivárgás;

  • megvalósítható az a követelmény, hogy a permeabilitás vizsgálatokat a tényleges értékeknek megfelelő feszültségviszonyok mellett végezzük;

  • az ún. "back pressure" technikával biztosítható a minta telítettsége, ami a kísérletek alapvető követelménye.

A szivárgási tényező helyszíni meghatározása

A szigetelőréteg szivárgási tényezőjének helyszíni meghatározása számos méréstechnikai problémát vet fel. A hidrogeológiai gyakorlatban alkalmazott módszerek (próbaszivattyúzás, nyeletés, túlnyomásos besajtolás) többsége itt nem használható. A környezetvédelmi geotechnikában a leginkább alkalmazott és bevált módszer az ún. csőinfiltrométeres vizsgálat (2.8 ábra). A vizsgálatokat elvégezhetjük mind felszínen (a humuszréteg eltávolítása után), mind aknában.

2.8. ábra - Hulladéklerakók aljzatszigetelése szivárgási tényezőjének meghatározása a helyszínen csőinfiltrométerrel

Hulladéklerakók aljzatszigetelése szivárgási tényezőjének meghatározása a helyszínen csőinfiltrométerrel


A szigetelőréteg beépítése, kivitelezési előírások

A laboratóriumi úton meghatározott beépítési jellemzőket (lásd a 2.9 ábrán) a kivitelezés megkezdése előtt a helyszínen próbatömörítéssel ellenőrizni és pontosítani kell. A próbatömörítés során kapunk végleges választ arra, hogy

  • az előzetes alkalmassági vizsgálatok alapján kiválasztott anyagból a megkívánt vízzáróság biztosítható-e?

  • milyen tömörítő munka (gép, járatszám) szükséges az előírt értékek eléréséhez.

2.9. ábra - A szivárgási tényező, a nyírószilárdság és a zsugorodás szempontjából is megfelelő beépítési jellemzők meghatározása

A szivárgási tényező, a nyírószilárdság és a zsugorodás szempontjából is megfelelő beépítési jellemzők meghatározása


A laboratóriumi vizsgálatok alapján alkalmasnak ítélt anyag eredményes próbatömörítése után kezdődhet meg a természetes anyagú szigetelőréteg beépítése. A szigetelőréteg tömörsége alapvetően meghatározza a szivárgási tényezőt, ezért megfelelő eredményt csak az előírásokat messzemenően figyelembe vevő kivitelezéstől várhatunk. Ennek megfelelően a következők betartása szükséges:

  • A helyben készített szigetelőrétegnél a tömörítés rétegenként történjék, s az egyes rétegek vastagsága (d) tömörített állapotban: 20 cm < d < 25 cm legyen. 25 centimétert meghaladó (max. 30 cm) rétegvastagság esetleg optimális viszonyok esetén (megfelelő szemcseeloszlás, kedvező víztartalom, központi keverőtelep, hatékony tömörítőgépek) engedhető meg.

  • A beépítési víztartalom néhány százalékkal a Proctor vizsgálattal meghatározott optimális érték fölött legyen (a beépítés a Proctor görbe "nedves" ágának megfelelő legyen), mivel így kedvezőbb agyagszerkezet (2.10 ábra ) és kisebb szivárgási tényező érhető el. A kedvező beépítési víztartalomra érvényes kritérium: wopt < wbeépített < w95

2.10. ábra - A szigetelőréteg beépítésénél javasolt beépítési víztartalom

A szigetelőréteg beépítésénél javasolt beépítési víztartalom


  • A beépítési technológiára a földművek építésénél és az út-, vízépítésnél alkalmazott előírásokat teljes egészében átvehetjük. Alapvető, hogy a tömörítés átgyúrással (elsősorban juhlábhengerekkel) történjen, majd az utolsó fázisban az egyenetlenségek megszüntetésére (és nem tömörítési céllal!) egy simafalú hengerrel történő tükörkiképzés következik, csökkentendő a mesterséges szigetelőrétegre (pl. geomembrán) jutó egyenlőtlen terhelést.

Az aljzatszigetelő réteg anyaga

Természetes anyagú aljzatszigetelők

Mint azt az előzőekben láttuk a szigetelőréteg általában ún. kombinált szigetelőréteg, azaz két rétegből áll:

  • Természetes anyagú (ásványi) szigetelőréteg,

  • Mesterséges anyagú szigetelőréteg

A természetes anyagú szigetelőrétegnél elsősorban az előzőekben tárgyalt tulajdonságokkal, kőzetfizikai paraméterekkel (lásd 2.1 táblázatban) rendelkező, azaz minél nagyobb agyagásvány-tartalmú, különösen a nagy montmorillonit tartalmú, tehát a nagy plasztikus indexű (Ip) agyagok jönnek számításba. Gyakran előfordul, hogy megfelelő minőségű agyag, agyagbánya a területen vagy attól gazdaságos távolságon belül nem áll rendelkezésre. Ebben az esetben felmerül a természetes anyagú szigetelőréteg alternatív anyagból való megépítése.

Alternatív természetes anyagú szigetelőrétegek

Alternatív anyagként számításba jöhet:

  • agyagásvánnyal dúsított keveréktalaj,

  • agyagásvánnyal dúsított keveréktalaj polimer adalékkal,

  • geoszintetikus agyag szigetelők.

A törvényi szabályozás az alternatív anyagok alkalmazásának feltételeként az egyenértékűséget írja elő, azaz a két szigetelőrendszer azonos szennyezőanyag-visszatartó képességét, az azonos szennyezőanyag transzportot kívánja meg. A szigetelőrendszerek egyenértékűségét következő fejezetben adjuk meg.

Egyenértékű természetes anyagú szigetelőrétegként elsősorban a bentonit – talaj keverékek jönnek számításba. Előnyük az ismert, egyenletes anyagminőség, agyagásvány-tartalom és a könnyű tömöríthetőség. Hátrányuk az erózió érzékenység, a technológiai előírások szigorú betartása, a beépítési víztartalomra való érzékenység (HORN, 1986; 1988; 1989; BRANDL, 1989; CHAPIUS, 1990a; 1990b.) Hazai és nemzetközi tapasztalatok azt mutatják, hogy laboratóriumi körülmények között 6-8 % bentonit adagolás elegendő a k < 10-9 m/s szivárgási tényező eléréséhez.

A természetes anyagból készített szigetelések területén a 80-as évek végén jelentek meg és azóta egyre nagyobb szerephez jutnak az ún. geoszintetikus agyagszigetelők. A nemzetközi irodalomban, gyakorlatban általában csak a GCL megjelölést használják a Geosynthetic Clay Liner elnevezés alapján. A hazai szóhasználatban a bentonitos szigetelőlemez, bentonit-szőnyeg, bentonit-paplan elnevezés terjedt el.

A bentonitos szigetelőlemezek többnyire két geoszintetikus hordozó elem (geotextília vagy geomembrán) közötti bentonitrétegből állnak. A bentonitréteg vastagsága általában 5-10 mm, a töltési mennyiség típustól függően 3-5 kg/m2. Az előállítás során a bentonitot por alakban helyezik a geoszintetikus lemezek közé és további adalékanyagként ha szükséges – a lemez szerkezetétől függően – kötőanyagot is adagolnak.

Szigetelőlemezként való alkalmazásukat az teszi különösen vonzóvá, hogy a vízfelvétel (hidratáció) hatására a bentonit duzzad, azonban a két határoló geotextília száltűzéssel vagy tűnemezeléssel törénő összekötése a térfogatnövekedést gátolja, s így egy kis vastagságú, de igen kedvező vízzáróságú réteg alakul ki. A jellemző szivárgási tényező a 10-10 - 5 x 10-12m/s tartományba esik.

A bentonitszőnyegek alkalmazási területéből adódóan az egyik legfontosabb paraméter a vízzáróság. Bentonitszőnyegek vízzáróságának összefoglaló eredményei láthatók a 2.11. ábrán.

2.11. ábra - Bentonitszőnyegek vízzárósági vizsgálatának összefoglaló eredményei (ESTORNELL-DANIEL, 1992.; Miskolci Egyetem, 2002.; GEOSZABO, 2005.)

Bentonitszőnyegek vízzárósági vizsgálatának összefoglaló eredményei (ESTORNELL-DANIEL, 1992.; Miskolci Egyetem, 2002.; GEOSZABO, 2005.)


A geoszintetikus agyagszigetelők számos előnyös tulajdonsággal rendelkeznek a tömörített agyagrétegekkel szemben, amelyek közül külön is kiemelendő:

  • alkalmazásuk a helyi adottságoktól kevésbé függ;

  • kivitelezés közbeni helyszíni ellenőrző vizsgálatokat (vízzáróság) nem igényel;

  • a beépítése lényegesen egyszerűbb gépparkkal megvalósítható;

  • a kivitelezés üteme (előrehaladás) gyorsabb és kevésbé időjárásfüggő;

  • kis területek egyszerűbben szigetelhetők;

  • süllyedésre, süllyedéskülönbségre kevésbé érzékenyek, fagyérzékenységük kisebb, erózióval szembeni nagyobb ellenállóképesség;

  • könnyebb javíthatóság;

  • alacsonyabb építési költség.

Ugyanakkor hátrányuk a tömörített agyagréteggel szemben:

  • nagyobb sérülékenység;

  • kisebb adszorpciós kapacitás;

  • kisebb áttörési idő oldatok esetén;

  • nagyobb diffúziós fluxus.

Mint látható, a hátrányos tulajdonságok elsősorban a szennyezőanyag-visszatartó képesség területén jelentkeznek, amelynek az oka elsődlegesen a kis rétegvastagság.

Mindezek alapján megállapítható, hogy a bentonitszőnyegek, mint alternatív természetes anyagú szigetelőrétegek aljzatszigetelőként önmagukban nem alkalmazhatók, kiegészítő elemként, igazolt egyenértékűség mellett alkalmazásuk megfontolandó lehet. Úgyszintén számításba jöhet felhasználásuk az egyébként nehezen tömöríthető támasztó töltéseknél, ahol a szennyezőanyag terhelés lényegesen kisebb mint az aljzatszigetelésen.A bentonitszőnyegek alkalmazásának elsődlegesen a hidraulikai egyenértékűségből adódóan a zárószigetelések területén van.

A polimer adalékanyagot tartalmazó ásványi anyagú keveréktalajok a már ismert összetevők mellett további adalékként általában üzleti titokként kezelt összetételű polimert adagolnak. A legismertebb ilyen polimer adalékú keveréktalaj a TROPLAST nevű szigetelőanyag (TD Umwelttechnik GmbH und Co. KG, Wentdorf), amelynek összetétele:

≤ 89,1% ásványi alapanyag (pl. homok)
≥ 10,7 % bentonit
> 0,2 % polimer

A százalékos összetétel száraz anyag tömegszázalékban értendő. A polimer adalékanyag receptje szabadalommal védett. A keverék beépítési víztartalma: 3,6-12,1 %.Németországi tapasztalatok a keverékkel rendkívül kedvezőek, amit kiterjedt laboratóriumi vizsgálatok támasztanak alá. Az eddigi tapasztalatok szerint átlagosan 30 éves stabil működőképességgel biztosan számolni lehet, azonban még további (különösen helyszíni) vizsgálatokra van szükség. A fentiekből adódóan veszélyeshulladék-lerakók aljzatszigetelő rétegeként való beépítése megfontolandó, és csak egyedi vizsgálat, mérlegelés után engedélyezhető. A mérlegelés alapja az egyenértékűség, hosszú távú időállóság, működőképesség, mechanikai állékonyság biztosítása.

A mesterséges anyagú szigetelőréteg (geomembrán)

A membránszigetelőkre, éppúgy mint a természetes anyagúakra, jelentős mechanikai, fiziko-kémiai és biológiai terhelés jut, amely hatásokkal szemben a megkívánt ideig ellenállónak kell lenniük. Nem megfelelő méretezés és anyagválasztás esetén a mechanikai igénybevétel hatására közvetlen tönkremenetel (szakadás, kilyukadás, stb.), a fiziko-kémiai és biológiai hatásokra folyamatos öregedés - és ennek következtében a mechanikai jellemzők és a vízzáróság megváltozása - következik be.

A geomembránok minősítése szabványban előírt vizsgálatokkal törté­nik, a kereskedelmi forgalomba kerülő fóliáknál a megadott határérté­keket a gyártók garantálják. Minden fóliát többnyire idegen, független, a vizsgálatokra feljogosított intézménnyel kell minősíttetni. A vizsgá­latok igen széles körűek, s a gyártó országok többségében szabványban rögzítettek. Nem részletezve a vizsgálatok végrehajtásának a módját, jó tudni, hogy azoknak, ill. a minősítő tanúsítványoknak többnyire ki kell térniük az alábbi jellemzõk meghatározására ill. értékének megadására:

  • méret,

  • névleges vastagság,

  • eltérés a névleges vastagságtól,

  • sűrűség,

  • olvadási index, folyási mutatószám,

  • vízfelvétel,

  • vízgőz-, gáz-áteresztőképesség (transzmisszió),

  • szakítószilárdság (hossz- és keresztirányú),

  • szakadási nyúlás,

  • továbbszakító erő (hossz- és keresztirányú),

  • ütési, lyukasztási ellenállás, pontnyomásállóság,

  • egytengelyű húzóerő 5% megnyúlásnál (hossz- és keresztirányú),

  • méretváltozás hőhatásra (hossz- és keresztirányú),

  • hidegállóság, viselkedés hidegen való hajtogatásakor,

  • varratszilárdság,

  • időjárással szembeni viselkedés,

  • biológiai ellenállóképesség,

  • talaj-geomembrán közötti súrlódás.

A geomembránok mechanikai jellemzői

Magyarországon jelenleg a legelterjedtebben alkalmazott geomembrán típus az ún. HDPE

(nagy sűrűségű polietilén), ami megfelel az egész világon kialakult gyakorlatnak. A HDPE membránok az aljzatszigetelésnél egyértelmű előnnyel bírnak, zárószigetelésnál már más jobb deformációs tulajdonságokkal (háromtengelyű nyúlás) rendelkező fóliák is számításba jönnek/jöhetnek. A HDPE mellett a mindennapi gyakorlatban a alkalmazott típusok: PVC, CSPE (kloroszulfonált polietilén, kereskedelmi neve Hypalon), LDPE (kis sűrűségű polietilén), EPDM (etilén propilén dién monomer).

A geomembránok vegyszerállósága, kompatibilitási kérdések

A membránszigetelők vegyszerállóságát külön vizsgálattal kell igazolni. A vizsgálathoz felhasználandó kísérleti folyadék összetétele függ a szigetelőlemez várható igénybevételétől. A hazai gyakorlatban leginkább alkalmazott HDPE és EPDM membránok kémiai ellenálló-képességét az alábbi ábra foglalja össze, megadva több szerző vizsgálati eredményét is. A táblázat utolsó két oszlopa az összesítő minősítést adja meg.

2.12. ábra - A HDPE és EPDM membránok kémiai ellenálló-képessége

A HDPE és EPDM membránok kémiai ellenálló-képessége


A megfelelő geomembrán kiválasztása

A kiválasztás első lépésében a kémiai ellenálló képességet, az ún. kompatibilitást kell mérlegelni, s az adott hulladékhoz, csurgalékvízhez leginkább alkalmas membrántípust kiválasztani.

A második lépésben a várható mechanikai igénybevételek elviselésére leginkább alkalmas membrántípust kell kiválasztani.

A harmadik lépésben a tényleges és várható igénybevételek alapján meg kell határozni az adott membrán-típuson belül a szükséges méretet.

A szigetelőlemez vastagságát elsősorban a mechanikai igénybevételek határozzák meg. A vonatkozó kormányrendelet legalább 2,5 mm vastagságot ír elő. Kritikus esetben ellenőrizni kell, hogy a mechanikai igénybevételből adódóan nem szükséges-e nagyobb lemezvastagság.

A méretezés menete:

  • a kritikus keresztmetszetre meghatározzuk a mértékadó igénybevételeket: hulladék terhelés, önsúly, súrlódó erők,

  • a membrán szilárdsági jellemzői alapján az eredő igénybevételből a szükséges keresztmetszet ill. membrán/lemez vastagság meghatározható.

A szigetelőréteg és a csurgalékvíz kompatibilitásának a kérdései

A hulladéklerakóhelyek kijelölésének szempontjai között világszerte szerepel olyan előírás, amely meghatározza, hogy a hulladékot milyen szivárgási tényezőjű rétegen szabad lerakni

Minden szabályozás feltételezi, hogy a talaj szivárgási tényezője időben állandó. A valóságban azonban a talaj szivárgási tényezője a hulladéklerakás következtében megváltozott körülmények között nem lesz állandó, hanem több tényező külcsönhatása alatt időben változni fog. Hulladéklerakók tervezésekor - amennyiben a környezet szennyezését el akarjuk kerülni - ezzel a ténnyel mindenképpen számolni kell. Amennyiben a kőzet és a szennyezőanyag kölcsönhatását vizsgálni akarjuk, figyelembe kell venni mind a szigete­lőanyagként használt kőzetek eltérő viselkedését, mind a csurgalékvíz jellegétől, összetételétől függő hatást.

LAMBE (1969.) szerint a szivárgási tényezőt a kőzet oldaláról alapvetően befolyásolja a következő öt tényező: a szemcseeloszlás, a hézagtényező, az ásványos összetétel, a kőzetszerkezet és a telítettség. A szigetelőanyagként számításba jöhető agyagoknál (megfelelően tömörített, ill. konszolidált réteg estén) a domináns két tényező az ásványos összetétel és a kőzet szerkezete.

A kőzet szerkezete szintén jelentős szerepet játszik a permeabilitás alakulásában. A flokkulált szerkezethez közelebb álló agyagoknak általában nagyobb a szivárgási tényezőjük, mint a diszpergált szerkezethez közelebb állóknak. Valójában az ásványos összetétel és a szerkezet együttes hatását nagyon nehéz különválasztani, előre jelezni.

Ahhoz, hogy a talajban lévő pórusfolyadéknak a szivárgási tényezőre gyakorolt hatását megértsük, szükségünk van az ún. diffúz kettős réteg vastagságára, illetve azokra a paraméterekre, amelyek a kettős réteg vastagságát befolyásolják. A diffúz kettős réteg vastagsága a következő összefüggéssel határozható meg:

d : a diffúz kettős réteg vastagsága
ε: permittivitás ( dielektromos állandó )
c0: az ion koncentrációja
z : ion töltésszám
T : abszolút hőmérséklet
e : egységnyi töltés
k : Boltzman állandó

A kőzetben lévő pórusfolyadékban a koncentráció megváltozása módosíthatja a szivárgási tényező értékét. Az erősen duzzadó kőzetek, mint pl. a bentonit az adszorbeált kation kicserélése következtében nagyobb permeabilitás változást mutatnak. Az agyagásványok felépítésénél láttuk, hogy a tetraéderes koordinációban a Si4+ -ot Al3+, az oktaéderes helyen az Al3+-ot az esetek többségében Mg2+ és Fe3+ helyettesíti. A helyettesítés által a réteg­szerkezet egyensúlya felborul, benne negatív töltésfelesleg lesz, aminek a kiegyenlítése a rétegkomplexumok közötti térbe illeszkedő kationok által történik. A réteg­komplexumok egymáshoz való kötődésének erőssége nagymérték­ben függ attól, hogy a töltésfelesleg kiegyenlítődése egy vagy többértékű kationok révén megy-e végbe.

Az egyértékű kation töltéskiegyenlítődésnél (pl. Na+) az erősebb hidratáltság nagyobb rétegkomplexum-közi teret és így az agyagrészecskék jobb diszperzióját eredményezi, mint a kétértékű kation (pl. Ca2+ ), amelynek kisebb az első vízrétegre vonatkoztatott hidratációs sugara. Az agyagásványok kationaffinitása az iontöltés növekedésével nő. Mindamellett az oldatban lévő kisebb töltésű ionoknak a nagy koncentrációja semlegesítheti a nagyobb töltésű ionok nagyobb helyettesítési energiáját. A kationcsere befolyásolja a kettős réteg vastagságát. Mindezek eredményeként a talajszerkezet meg­változik, térfogata változhat, r epedések makropórusok jelenhetnek meg.

ALTHER és szerzőtársai (1985.) a bentonit szivárgási tényezőjének több mint egy nagyságrendnyi növekedéséről számolnak be a nátrium-, kálium- és kalciumklorid koncent­rációjának a növekedésével.(2.13 ábra) Hasonló eredményt kaptak szulfát oldatokkal is. Az egy pozitív töltésű kationok esetében a koncentrációnövekedéssel közel lineáris volt a k‑tényező növekedése, míg a két pozitív töltésű kationoknál a koncentráció kismértékű változása után a folyamat stabilizálódni látszik. A GOUY-CHAPMAN elmélet szerint a pórusfolyadék koncentrációjának növekedése a kettős réteg vastagságának a csökkenésével jár, ami viszont egy erősebben flokkulált szerkezetet eredményez.

2.13. ábra - A különböző koncentrációjú és összetételű vizes sóoldatok hatása a bentonitminták szivárgási tényezőjére (Alther et al., 1985.)

A különböző koncentrációjú és összetételű vizes sóoldatok hatása a bentonitminták szivárgási tényezőjére (Alther et al., 1985.)


Az iontöltés növekedés - ha a többi változó konstans - úgyszintén a kettős réteg vastag­ságának a csökkenését okozza. Így a kétértékű kationokat tartalmazó sóoldat, azonos koncentráció esetén, szintén erősebben flokkulált szerkezetet eredményez.

Mint azt tudjuk, a permittivitás/dielektromos állandó növekedésével a diffúz kettős réteg vastagsága jelentősen lecsökken. A csökkenés nemcsak a "folyadék-csatornák" növekedését, hanem, mint tudjuk, az agyagszemcsék flokkulációját is okozza, aminek eredményeként a kolloid méretű részecskék homokszemcse méretű pelyhekké állnak össze, így még nagyobb pórusteret hozva létre. Eközben az agyag zsugorodik, s hatására a szivárgási tényező értéke nagyságrendekkel is növekedhet, mint azt az 2.14 ábra is mutatja.

2.14. ábra - A pórusfolyadék dielektromos állandójának (permittivitásának) hatása a szivárgási tényező értékére

A pórusfolyadék dielektromos állandójának (permittivitásának) hatása a szivárgási tényező értékére


A pórusfolyadéknak a talaj (szigetelőréteg) szerkezetére és a szivárgási tényezőre gyakorolt hatását foglalja össze az alábbi ábra (MÁRK, 1992.).

2.15. ábra - A pórusfolyadék egyes paramétereinek növekedtével a talajszerkezetben és a szivárgási tényező értékének változásában várható változások (MÁRK, 1991.)

A pórusfolyadék egyes paramétereinek növekedtével a talajszerkezetben és a szivárgási tényező értékének változásában várható változások (MÁRK, 1991.)


A hulladéklerakók kilúgozódása során nagy valószínűséggel többféle vegyszer jut egyidejűleg a szigetelt rétegbe. Sajnos, az ilyen keverékeknek a szivárgási tényezőre gyakorolt hatásáról még keveset tudunk, s nem is valószínű, hogy erre vonatkozóan hamarosan általános érvényű következtetéseket tehetünk.

Mindamellett az utóbbi időben biztató eredmények születtek a szigetelőréteg és a csurgalékvíz kompatibilitását befolyásoló paraméterek egyidejű figyelembevételére. Biztatónak látszik a MANASSERO és SHACKELFORD (1994.) által javasolt módszer. Szerintük a szigetelőrétegnek egy adott vegyülettel szembeni alkalmasságát, ellenállóképességét az ún. kompatibilitási index-szel (Ic) jellemezhetjük. Az Ic meghatározása a következő összefüggés alapján történik (MANASSERO, 1995):

ahol:
A: a talaj SKEMPTON-féle aktivitása (értéke 0,1-7,0 között változik);
ε: a dielektromos állandó (értéke 1-80,4 között változik);
c/cs: a relatív oldhatóság mértéke (0,1-1,0 közötti érték);
<: a sűrűség (értéke általában 0,157-1,62 g/cm3 között változik);
<ν: a víz sűrűsége (az összefüggésben <ν = 1 g/cm3).

Ha a szélső értékeket behelyettesítjük, akkor azt kapjuk, hogy 1 ≤ Ic ≤ 100 Eddigi tapasztalatok azt mutatják, hogy adott vegyülettel, csurgalékvízzel szemben a szigetelőréteg várhatóan ellenálló, azaz vízzáróságát megtartja, ha Ic < 25.

Szigetelőrendszerek egyenértékűsége

Az egyenértékűség definíciója, a meghatározás alapelve és nehézségei

A hulladéklerakók kialakítását, üzemeltetését szabályozó 20/2006.(IV.5.) KvVM rendelet az altalaj (földtani közeg) esetében 1,0-5,0 m vastag, k<10-9 m/s szivárgási tényezőjű, természetes településű réteget kíván meg. Amennyiben ez a réteg nem áll rendelkezésre, úgy az előírttal egyenértékű és legalább 0,5 m vastag kiegészítő szigetelő réteget ír elő. Ez azt jelenti, hogy az altalaj adottságok hiánya csak természetes anyagú és építet réteggel pótolható.

Az egyenértékűség meghatározása esetén abból kell kiindulni, hogy mind vízzáróság, mind a szennyezőanyag visszatartó képesség szempontjából az alternatív szigetelő-rendszernek azonos vagy kedvezőbb tulajdonságúnak kell lennie, mint a rendeletileg előírt szigetelés. Azaz a hidrodinamikai folyamatokon kívül a szennyezőanyag transzport szempontjából is teljesülniük kell az egyenértékűségi kritériumoknak.

Definíció szerint: két szigetelőrendszer akkor tekinthető egyenértékűnek, ha a kialakuló szivárgási térben kialakuló kumulatív szennyezőanyag-áramok azonosak (LAKATOS-SZABÓ, 1997). Ez annyit jelent, hogy a szigetelőréteg alján időegység vagy egy vizsgált időszak alatt kilépő kémiai anyagmennyiség az alternatív szigetelőrendszer esetén nem érheti el a rendeletben meghatározott (standard) szigetelőrendszer esetén időegység alatt kilépő kémiai anyagmennyiséget.

Az egyenértékűség meghatározásánál tehát a végcél az időben változó szennyezőanyag-áramok által szállított kémiai anyagmennyiség, illetve ennek egy időintervallumra meghatározott kumulatív, azaz összegzett nagyságának meghatározása, ami csak a rendszerben kialakuló koncentrációk ismeretében lehetséges.

Problémát jelent, hogy a rendelet a megadja a standard szigetelőrendszer esetén a megkívánt vízföldtani jellemzőket, ugyanakkor nem számszerűsíti a megkívánt terjedési tulajdonságokat, ezért a rendeletben előírt réteg esetén becsült, mértékadó terjedési jellemzőkkel kell számolni.

Az advektív, diszperzív anyagáramok, illetve a szorpció és bomlás miatt módosuló anyagmérleg segítségével írható fel a transzport-egyenlet, amelynek segítségével végezzük az egyenértékűségi vizsgálatokat. A kumulatív anyagáram a transzportfolyamat-elemek anyagáramai összegeként irható fel:

a jelölések:
Jk a kumulativ anyagtranszport eredője,
Ja az advektív,
Jdiszp a diszperzív,
Jdiff a diffúzív,
JHdiszp a hidrodinamikai diszperzió,
J* a szorpció miatti, Jb a bomlás következtében fellépő szennyezőanyag áram.

A szigetelő rendszereken keresztül történő szennyezőanyag-mozgás során a transzport-folyamatok mindegyike szerepet játszik, ugyanakkor az egyes folyamatok miatt kialakuló szennyezőanyag-áramok jelentős mértékben eltérnek egymástól. Amennyiben a szivárgás sebessége jelentős (áramló talajvíz esete), akkor az advektív transzport mellett a hidrodinamikai diszperzió okozza a szennyezőanyag szóródását, melyhez képest a diffúzió okozta anyagáramok elhanyagolhatóvá válnak. Ha azonban a szivárgás sebessége kicsi, akkor a d iffúzió válik dominánssá, mivel a hidrodinamikai diszperzió-állandó ekkor sebesség-arányosan kicsi. 2.16 ábra A szennyezőanyag diszperziója, szóródása ezért mindenképpen bekövetkezik, azonban a diszperziót okozó domináns folyamat különbözhet.

2.16. ábra - A konvektív transzport, a diffúzió és a mechanikai diszperzió okozta anyagáramok összevetése a szivárgási sebesség (szivárgási tényező) függvényében

A konvektív transzport, a diffúzió és a mechanikai diszperzió okozta anyagáramok összevetése a szivárgási sebesség (szivárgási tényező) függvényében


A szigetelőrétegek (gátak) típusai, az egyenértékűség általános feltételei

Általánosságban a transzport-egyenlet alapján felírható egy A és egy B szigetelőrendszer egyenértékűségének általános feltétele:

azaz

A szennyezőanyagok szigetelőrendszeren keresztül történő mozgásában három folyamatot célszerű elkülöníteni (LAKATOS-SZABÓ, 1997):

Hidrodinamikai transzportfolyamatok, amelyek a szigetelőrendszer két oldala között mérhető nyomáskülönbség, illetve a hidraulikus gradiens hatására alakul ki (advektív transzport, hidrodinamikai diszperzió).

Diffúziós transzportfolyamatok, amelyek hajtóereje a gát két oldala között fellépő koncentráció-különbség, illetve koncentráció gradiens.

A szigetelőrendszerben lejátszódó fizikai és kémiai folyamatok (szorpció, szennyezőanyag mechanikai visszatartása, kémiai átalakulások) miatt a gát szennyezőanyag forrásként vagy nyelőként való működése.

A három folyamat alapján a szigetelőrendszerek lehetnek: inaktív-, és reaktív gátak.

Inaktív gátak

Amennyiben a gátban forrás/nyelő jellegű transzportfolyamatok nem játszódnak le, akkor inaktív gátról vagy inaktív szigetelőrendszerről beszélhetünk, amennyiben igen, úgy reaktív gátról (szigetelőrendszerről) van szó. Az inaktív gátakban csak hidrodinamikai és diffúzív transzportfolyamatok játszódhatnak le. Általában inaktív gátaknak tekinthetők a geomembránok, illetve ide sorolhatók a kis vastagságú szigetelőrendszer elemek is.

Az inaktív gátakat a vízvezető képességűk alapján három csoportba célszerű osztani: áteresztő vagy permeábilis rendszerek, féligáteresztő vagy szemipermeábilis rendszerek, illetve vízrekesztő vagy impermeábilis rendszerek.

A permeábilis, inaktív gátak esetén a szennyezőanyag terjedése uralkodóan a hidrodinamikai transzportfolyamatok következtében megy végbe. Az ilyen gátakban a szivárgási sebesség 10-7 m/s-nál nagyobb. Ebben az esetben a diffúzió miatti anyagáramok elhanyagolhatók, ezért az egyenértékűség feltétele:

A féligáteresztő, inaktív gátként működő szigetelőrendszerek esetén a hidrodinamikai és a diffúzív anyagáramok összemérhetők, ezért az egyenértékűség általános feltétele:

A vízrekesztő, inaktív szigetelőrendszerekben a szivárgás sebessége kisebb, mint 10 -10 m/s. Ebben az esetben a hidrodinamikai transzport alárendelt a diffúzióhoz képest, ezért az egyenértékűség feltétele:

Reaktív gátak

A reaktív gátak a szennyezőanyag-transzportra nézve – kémiai értelemben – nem indifferensek. Azaz reaktív gátakban a szigetelőrendszer szennyezőanyag-forrásként vagy -nyelőként is szerepet játszik.

A kémiai szerep szerint a gátakat két csoportra célszerű osztani (LAKATOS-SZABÓ, 1997):

A fizikai vagy szorpciós gátak jelentős szennyezőanyag visszatartó képességgel rendelkeznek, adszorpciós, kemiszorpciós vagy mechanikai kiszűrődést eredményező tulajdonságúak. Ide sorolhatók az agyagszigetelő rétegek, speciális hidrogél-gátak. A fizikai vagy szorpciós gátak jellemzője, hogy a szigetelőrendszer a működés elején igen jelentős szennyezőanyag-nyelő képességgel rendelkezik, majd a gát anyaga a szennyezőanyagra nézve lassan telítődik, ezért a szigetelő képesség idővel jelentősen lecsökken.

A kémiai reaktív gátak speciális anyagokból épülnek fel, melyek egy speciális szennyezőanyag környezetre kevésbé veszélyes, vagy veszélytelen anyaggá történő átalakítására alkalmasak. Ezek a rendszerek permeábilis gátak, ahol fontos, hogy a szennyezőanyag átjusson a gáton, miközben a kémiai átalakulás megtörténi. A gát tehát a szennyező anyagra nézve nyelőként, az átalakított anyagra nézve forrásként üzemel. A kémiai reaktív gátak idővel kimerülnek, a nyelő és forrásképesség lecsökken, azaz a gát ideiglenes hatású. A kémiai gát hatékonysága szivárgási sebesség függő, gyors szivárgás esetén nincs meg a szükséges tartózkodási vagy kölcsönhatási idő.

A hulladékelhelyezés területén elsősorban szorpciós gátakat alkalmaznak, a kémiai reaktív gátak legfontosabb alkalmazási területe a szennyezett területek kármentesítése.

Az egyenértékűség számítás gyakorlati lehetőségei

Az inaktív és a szorpciós reaktív gátak esetében számos egyszerű számítási lehetőség kínálkozik, melyekkel a szigetelőrendszerek egyenértékűsége igazolható, nagy valószínűséggel becsülhető.

Itt kell megállapítani, hogy általánosan érvényes egyenértékűség két szigetelőgátra sosem állhat fenn, ezért szükséges a számítások specifikus körülményeit, a kiindulási feltételeket, az alkalmazás körülményeit és a vizsgált szennyezőanyagot megadni, amire az egyenértékűség fennáll. A reaktív gátak esetében az egyenértékűségnek időbeli korlátja is van.

Az egydimenziós transzportegyenlet OGATA-BANKS-féle megoldása

A szigetelőrendszereken keresztül történő szennyezőanyag mozgás jó közelítéssel egydimenziós folyamat. Ennek az 1D folyamatnak a követése számos egyenértékűségi számítás elvégzésére nyújt lehetőséget. Ebben az esetben az 1D transzport-egyenletet az alábbi peremfeltételek mellett oldjuk meg:

A szivárgás iránya megegyezik az x tengellyel és a közeg homogénnek tekinthető. A megoldást OGATA (1970), OGATA és BANKS (1961), valamint GUPTA és PANDEY (1980) adta meg egymástól alig eltérő formában:

(2.1)

ahol C0 a belépő (influens) koncentráció, ami esetünkben a csurgalékvíz koncentrációjának felel meg,

és erfc a standard hibafüggvény komplementere. A megoldással a szorpciós reaktív gátak viselkedését is vizsgálhatjuk, feltételezve, hogy nincs bomlás és hogy a szorpció lineáris, mert ebben az esetben a szorpciós folyamatokat az R késleltetés írja le.

Amennyiben a gát inaktív akkor a 2.1 egyenletben R=1.

Nagy Peclet-számok, azaz reaktív vagy inaktív permeábilis gátak esetén, amikor

a 2.1 egyenlet jól közelíthető az alábbi formulával:

(2.2)

Amennyiben a nem bomló szennyezőanyag az áramlási közeg felületén nem adszorbeálódik (inaktív permeábilis gátak) (R=1 és λ=0), a (2.2) összefüggés tovább egyszerűsödik:

(2.3)

Az OGATA-féle oszlopkísérlet megoldásából indult ki SHACKELFORD (1990), amikor a szigetelőrétegen való átjutáshoz szükséges idők számítására alkalmas megoldást fejlesztett ki. A megoldás alapja a (2.2.4.) egyenlet, amely a (2.2.1.) egyenletből származtatható:

(2.4)

ahol

a Courant-szám és

a Peclet-szám.

⊽: az átlagos szivárgási sebesség ( v= k·I a Darcy törvény alapján) Szemipermeábilis és impermeábilis gátak esetén D*=Deff+ ⊽ · αL, permeábilis gátaknál Deff<<⊽ · αL, ezért D*≌⊽· αL diszperzió-állandó használható.

A megoldás során az a kérdés, hogy konstans C0 koncentrációjú influens oldat (csurgalékvíz) esetén egy adott x távolságban (azaz az x vastagságú szigetelőréteg mentett oldalán) mekkora t idő elteltével válik a koncentráció C értékűvé.

A feladat tehát inverz: nem a koncentrációt keressük a hely és az idő függvényében [C=C(x,t)], hanem a t időpontot egy adott x helyen a bemenő és a kialakuló koncentráció függvényében [t=t(C,C0)].

A keresett t időpontot csak a TR Courant-szám ismeretében kaphatjuk meg, ez azonban zárt alakban a 2.4 egyenletből nem vezethető le. A számításokhoz egy nomogramot használunk fel, amely az adott Peclet-számok esetére a Courant-szám és a C/C0 relatív koncentráció közötti összefüggést ábrázolja a 2.17 ábra.

A megoldás lépései:

1.      Az adott x távolságra (pl. szigetelőréteg vastagságra) meghatározzuk a

2.      Meghatározzuk a szigetelőrendszer védett oldalán megengedett, vagy a vizsgált C koncentrációhoz tartozó C/C0 relatív koncentrációt.

3.      A C/C0 koncentrációérték mellett a 2.17 ábráról leolvassuk az 1. lépésben számított Peclet-számhoz tartozó TR értéket (az ún. Courant-számot).

4.      A C koncentráció eléréséhez szükséges t időt a

egyenlet alapján számítjuk:

5. Összehasonlítjuk a kapott t időtartamot a megkívánt időtartammal. Amennyiben a kapott t érték kisebb, mint a szükséges 30 vagy 50 éves időszak akkor a szigetelőréteg vastagsága kevés az egyenértékűséghez, azaz vastagabb szigetelőréteg beépítése szükséges. A számítást addig ismételjük, amíg az adott koncentráció eléréséhez szükséges t idő nagyobb lesz, mint a minimálisan megkívánt időtartam.

2.17. ábra - Összefüggés a Courant-szám és a C/C0 relatív koncentráció között (SHACKELFORD, 1990.)

Összefüggés a Courant-szám és a C/C0 relatív koncentráció között (SHACKELFORD, 1990.)


A mértékadó csurgalékvíz-összetétel meghatározása

A hulladéklerakó aljzatszigetelésének egyenértékűség vizsgálatát megelőzően meg kell határozni a mértékadó csurgalékvíz-összetételt. A mértékadó csurgalékvíz-összetétel maghatározása alapulhat:

  • egy a területen korábban üzemeltetett másik, korábbi hulladéklerakó csurgalékvizének kémiai analízisén,

  • ennek hiányában egy másik hazai, hasonló környezetben épült, hasonló összetételű hulladékot befogadó, üzemelő hulladéklerakó csurgalékvizének vegyelemzésén,

  • végső esetben pedig szakirodalmi adatokon: pl. SZABÓ (1995), GAEKE et al. (1977), MÜNK et al. (1989) munkái alapján meghatározott értékeken.

A csurgalékvíz összetétel alapján hat eltérő viselkedésű anyagcsoportot szükséges vizsgálni.

1. csoport: alkáli fémek és alkáli földfémek kationjai (Na+, K+, Ca++, Mg++, Ba++, stb.)
2. csoport: halogenidek ionjai (elsősorban Cl-, I-)
3. csoport: nehézfémek (Ni, Cu, Zn, Fe, Mn, Cr, Cd)
4. csoport: klórozott szénhidrogének (diklór-etán, triklór-etilén, tetraklór-etilén, diklór-propán, klórbenzol, széntetraklorid, kloroform, stb)
5. csoport: alkoholok vagy alkohol-származékok (metanol, etanol, glicerin, aldehidek, ketonok, esetleg éterek)
6. csoport: aromás vegyületek (benzol, toluol, xilol)

A hat anyagcsoport közül az első vizsgálata csak akkor szükséges, ha a csurgalékvízben – a lerakott hulladék specialitása folytán – az anyagcsoport bármelyik eleme kiugróan magas koncentrációit lehet mérni, mivel ezen anyagcsoport elemeire szennyezettségi, intézkedési határértékek nincsenek.

A 2-5. csoportok tekintetében a csurgalékvíz összetétel alapján legveszélyesebbnek ítélt 1-1 komponenst célszerű minimálisan vizsgálni, amennyiben a csoport elemei a csurgalékvízben megtalálhatók. A felsorolt anyagcsoportokból mindig csak a transzportfolyamatok szempontjából legkedvezőtlenebb komponensre szükséges a számítást elvégezni, ahol a kedvezőtlenség mértékét a csurgalékvízben várható koncentráció maximumának és a mentett oldalon 30 vagy 50 év múltán megengedhető koncentráció hányadosa adja (ez a mérőszám megfelel a Shackelford módszernél használt C/C0 mennyiségnek).

Advektív-diszperzív egyenértékűség számítása

Az advektív-diszperzív egyenértékűség bizonyítása a Shackelford-módszerrel történhet. A számítást a (2.4.) egyenlet alapján a leírt lépések szerint, a 2.17. ábra segítségével kell elvégezni. Sajnos ez a számítás is csak homogén rétegre végezhető el. Több, eltérő tulajdonságú réteg esetén a számítás korrekt módon csak numerikus úton végezhető el. Amennyiben az alternatív szigetelőrétegről bebizonyítható, hogy mind az advekció, mind a diffúzió, mind a diszperzió szempontjából az egyenértékűség kritériumai egyidejűleg fennállnak, akkor a szigetelőrendszer alternatív eleme a 20/2006.(IV.5.) KvVM rendelet értelmében egyenértékűnek tekinthető. Amennyiben az említett számítások ilyen módon nem végezhetők el, akkor bonyolultabb numerikus számítások elvégzése szükséges.

A csurgalékvízgyűjtő rendszer felépítése, méretezése

Az aljzatszigetelő rendszernek szerves része egy, a csurgalékvizek gyűjtésére, elvezetésére és ellenőrzésére szolgáló hatékony szivárgórendszer, amit összefoglaló néven csurgalékvízgyűjtő rendszernek nevezünk. Mint már a neve is jelzi, itt is egy több, önálló funkcióval rendelkező elemből felépülő rendszerről van szó.

A hulladék és az első szigetelőréteg közé kerülő szivárgórendszer (szivárgópaplan) is legalább két rétegből épül fel. A szigetelőrétegre kerül a csurgalékvízgyűjtő és elvezető rendszer, majd e réteg és a hulladék közé egy szűrő-védő réteget építenek be. Funkciója - mint a neve is mutatja - kettős: egyrészt elősegíti a csurgalékvíz bejutását a gyűjtő és elvezető rendszerbe, másrészt védi azt a hulladékból bemosódó finom szemcsék bejutásától, megakadályozva eltömődését. A réteget - akár természetes anyagú (laza szemcsés kőzet), akár műanyag (műszaki vagy geotextília) - méretezni kell. Ugyancsak méretezni kell a csurgalékvízgyűjtő rendszert, hogy a szigetelőrétegnél a megengedettnél nagyobb hidraulikus gradiens ne alakuljon ki, azaz a lejutó csurgalékvizeket visszaduzzasztás nélkül tudja elvezetni.

A második szivárgóréteg, ha van, az első szigetelőréteg alá kerül, és úgyszintén kettős célt szolgál: elsődleges az ellenőrzési funkció (jelzi a szigetelőrendszer meghibásodását) és másodlagos a gyűjtő-elvezető funkció.

A 20/2006.(IV.5.) KvVM rendelet 1.sz. mellékletének 1.3.3. pontja szerint a csurgalékvízgyűjtő kialakítására vonatkozó előírásokat az alábbi táblázat foglalja össze.

2.2. táblázat - A csurgalékvízgyűjtő kialakítására vonatkozó előírások

Inert hulladéklerakó Nem veszélyes hulladékok lerakója Veszélyeshulladék-lerakó
    Felső szivárgó paplan Második szivárgó-ellenőrző réteg
Vastagsága (m) 0,3-0,5 0,3-0,5 0,3-0,5 0,3
Anyaga 16/32 v. 24/40 mosott kavics 16/32 v. 24/40 mosott kavics 16/32 v. 24/40 mosott kavics _
Megkívántk tényező (m/s) >10-3 >10-3 >10-3 >10-3


Ha az előzetes felmérések alapján a hulladéklerakó környezetre gyakorolt hatását követően megállapítást nyert, hogy a hulladéklerakó nem jelent potenciális veszélyt a földtani közegre, a felszín alatti vagy felszíni vízre, azaz a csurgalékvízgyűjtő rendszer vastagságát, a dréncső-távolságot, az esésviszonyokat elfogadott méretezés alapján határozzuk meg, akkor lehetőség van a kisebb vastagsági érték választására. A 0,5 méternél kisebb rétegvastagságot méretezni kell.

Abból adódóan, hogy a csurgalékvízgyűjtő rendszer eleget tegyen a vonatkozó rendelet előírásának, de ugyanakkor a kialakítása is a lehető leggazdaságosabb legyen, a méretezéskor az alábbi problémákkal kell foglalkoznunk:

  • a csurgalékvízgyűjtés hatékonyságának a hosszútávú biztosítása;

  • a megfelelő anyag kiválasztása;

  • hatékony csurgalékvízelvezetést biztosító dréncsőtávolság - rétegvastagság-esés viszony megválasztása.

A szűrő-védő réteg méretezése

A szűrő-védő réteg, - ha van - általában a hulladék és a felső geomembrán fölötti szivárgópaplan közé kerül, de egyszerűbb esetekben szerepét betöltheti maga a szivárgóréteg is. Feladata kettős:

  • biztosítani a csurgalékvíz bejutását a szivárgórétegbe;

  • megakadályozni a hulladékból kimosódó finom szemcsék révén a szivárgóréteg eltömődését.

Anyaga lehet:

  • természetes és

  • mesterséges (geotextília).

A természetes anyagú szűrőréteg: meghatározott, a szűrőszabálynak megfelelő szemcse-eloszlású homokból, homokos kavicsból vagy kavicsból épített réteg. A szűrőréteg szemeloszlását alapvetően a hulladék szemcsemérete és szemeloszlása fogja meghatározni, s alkalmazhatunk bármely, már jól bevált szűrőszabályt (pl. kútszűrők, szivárgók méretezése). A klasszikus megoldás a TERZAGHI féle szűrőszabály, ami a következőket kívánja meg: D15sz/d85h < 4 < D15sz/d15h

A szűrőréteg szemeloszlása megfelelő, ha a szemeloszlási görbén a 15 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő (D15sz) legalább négyszerese a hulladék megfelelő szemcseméretének (d15h), de legfeljebb negyede a 85 súly %-hoz tartozó hulladék szemcseátmérőjének (d85h). A TERZAGHI módszerén kívül számos egyéb szűrőszabály is ismert, alapgondolatuk lényegében ugyanaz, nevezetesen, hogy a szűrőréteg szemeloszlási görbéjének lefutása közelítőleg párhuzamos legyen a védendő rétegével. Ugyanezen az elven alapul a hulladéklerakóknál jól bevált amerikai ajánlás is (EPA, 1985.), amely alapgondolatában a TERZAGHI szabálynak megfelelő:

D15sz / d85h < 5

D50sz / d50h < 25

4 < D15sz / d15h < 20

Amennyiben a hulladék (vagy az alulra kerülő finomabb réteg) szemeloszlása nagyon egyenletes (pl. monodepóniák, pernye), azaz U < 1,5, úgy

D15sz / d85h < 6

Egyenlőtlen szemcseeloszlásnál (U > 4) használható:

4 < D15sz / d15h < 40

A szűrőszabály alkalmazásánál leginkább problematikus, hogy ritkán ismerjük a lerakandó hulladék ténylegesen várható szemeloszlását, s néhány hulladékfajtánál a "szemcse"-méret is rendkívül tág határok között változhat.

A geotextíliák kiválasztása

A szűrő-réteget az esetek többségében egy a csurgalékvízgyűjtő réteg fölé kerülő geotextília jelenti, amit a csurgalékvízgyűjtő hatékonyságának hosszú távú fenntarthatósága érdekében célszerű méretezni.

A geotextíliák választásánál jelen esetben a következőket kell mérlegelni, vizsgálni:

  • biológiai, kémiai, fotokémiai és hőmérsékleti stabilitás;

  • megfelelő húzószilárdság, szakadási-nyúlás;

  • pontszerű erővel szembeni ellenállóképesség;

  • fajlagos tömeg;

  • vízáteresztő-képesség;

  • szűrőképesség.

Szűrő-védő rétegként való méretezésnél kettős szerepét (legyen áteresztő, de akadályozza meg az eltömődést) kell figyelembe venni, ugyanakkor méretezni kell a várható mechanikai igénybevételekre is.

A geotextíliák áteresztőképessége (éppúgy, mint a kőzeteknél) a pórusméret-eloszlásnak lesz a függvénye, ami vizsgálatokkal egyszerűen meghatározható (KOE

2.18. ábra - Geotextíliák pórusméret-eloszlási görbéi. Az O95-érték értelmezése (KOERNER, 1986.)

Geotextíliák pórusméret-eloszlási görbéi. Az O95-érték értelmezése (KOERNER, 1986.)


A szűrőrétegként való méretezésénél felhasználhatjuk a pórusméret-eloszlási görbét (amit a gyártók is rendszerint megadnak), de elegendő csak egyetlen pórusméret ismerete is. Az O95 értelmezése a fenti ábrán található, s nem más, mint az a pórusméret, aminél a szövet pórusainak 95%-a kisebb. Meghatározása a pórusméret-eloszlási görbe hiányában kísérleti úton történik. A gyártók gyakran adják meg az O95 helyett az AOS (apparent opening size) vagy az EOS (equivalent opening size) számot, ami valójában ugyanazt jelenti, de nem szemcseméretben (mm), hanem szabvány szerinti szitaszámmal kifejezve.

Hasonlóan a laza-szemcsés kőzetekre vonatkozó szűrőszabályhoz, a geotextíliák szűrőképességére is számos kritérium ismert, de ezek többségét is talajokra dolgozták ki, így alkalmazásuk némi óvatosságra int. A legátfogóbb ajánlási rendszert GIROUD (1982.; 1988; 1994.) adja, amit az alábbi táblázatban találhatunk.

2.3. táblázat - A geotextíliákra vonatkozó szűrőszabály (GIROUD, 1982; 1988; 1994.)

Relatív tömörség 1 < U < 3 U > 3
Laza O95 < U0,3 × d85h O95 < 9 × d85h /U1,7
Közepesen tömör O95 < 1,5 × U0,3 × d85h O95 < 13,5 × d85h /U1,7
Tömör O95 < 2 × U0,3 × d85h O95 < 18 × d855h /U1,7

ahol:

d85h:a 85 súly %-hoz tartozó szemcseátmérő (hulladék vagy a geotextília fölötti szemcsés réteg);
U:egyenlőtlenségi modulus (U = d60 / d10);
095:pórusméret, amelytől a geotextília pórusainak 95%-a kisebb.

A geotextília vízátbocsátása megfelelő, ha kgt>10-kh-i

ahol

kgt :a geotextília "szivárgási tényezője";
kh :a hulladék alsó rétegének (vagy a geotextília feletti talajrétegnek) a szivárgási tényezője;
i:a hidraulikus gradiens értéke (hulladéklerakók csurgalékvízgyűjtőjénél iátlag»1,5).

Kétségtelen, hogy a szűrőrétegként használt geotextíliák a hulladékkal érintkezve hajlamosak az eltömődésre, a fentiekben ismertetett szűrőszabályok tehát elsősorban tájékoztató értékűek, igazán jó eredményt csak a tényleges, előzetes laboratóriumi vizsgálatoktól várhatunk.

.

A szivárgóréteg (paplan) alapvető rendeltetése, hogy

a fölötte lévő szűrő-védő rétegen átjutó csurgalékvizet a lehető legkisebb ellenállással gyűjtse össze és vezesse el;
akadályozza meg a megengedettnél nagyobb folyadéknyomás (általában hmax > 30-50 cm) kialakulását;
csökkentse a csurgalékvíznek az alatta lévő szigetelőrétegre jutó káros hatását.

A szivárgóréteg tervezésénél kiindulhatunk a KÖM rendelet előírásából, hogy vastagsága 30-50 cm, szivárgási tényezője pedig legalább 10-3 m/s, vagy nagyobb legyen. Amennyiben a réteg a szűrő és szivárgó funkciót is betölti, vagyis nincs felette külön szűrőréteg, úgy az előzőekben ismertetett szűrőszabály szerint is méretezni kell az eltömődés megakadályozása érdekében.

A szivárgóréteg anyaga

A csurgalékvízgyűjtő (szivárgó) réteg anyaga 16/32 vagy 24/40 osztályozott, mosott kavics. A szemcséknek jól koptatottnak kell lenniük, éles törésű ún. kőzúzalék alkalmazása nem megengedett. Az iszaptartalom max. 0,5 súly %, azon szemcsék aránya amelyeknél az l/d viszonyszám nagyobb mint 3, nem lehet több 20 súly %-nál, ahol:

l: a szemcse hosszmérete;

d: a szemcse keresztirányú mérete.

Durva kavicsnál a töredezett szemcsék aránya nem haladhatja meg a 10 súly %-ot.

A szivárgóréteg anyagának a karbonáttartalma (CaCO3) 20 % súlyszázaléknál legyen kevesebb.

A szivárgóréteg méretezése

Az előírások és a szűrőszabály betartásával megtervezett és beépíteni kívánt szivárgóréteg hatékonyságát célszerű konkrét számítással is ellenőrizni, hogy meggyőződjünk róla, hogy a szigetelőréteg fölött nem alakul-e ki a megkívántnál nagyobb víznyomás.

A méretezésnél a következő probléma megoldására keressük a választ:

a hulladékból adott intenzitással kijutó csurgalékvíz elvezetéséhez milyen legyen a csurgalékvízgyűjtő rendszer felépítése (áteresztőképessége, hossz- és keresztirányú esése, a dréncsövek távolsága), hogy egy megadott hmax értéknél nagyobb víznyomás ne alakuljon ki a depónia aljzaton?

A fenti paraméterekből a csurgalékvíz intenzitás (e) és a hmax megengedhető nyomómagasság értéke adott. Utóbbinál általában azt kívánjuk, hogy értéke ne haladja meg a 30-50 cm‑t, azaz a maximális nyomásszint a szivárgórétegen belül maradjon, a hulladék aljának folyamatos vízben állásának megakadályozása érdekében. A keletkező csurgalékvíz intenzitása többnyire számítható (becsülhető). A tervezés során némi mozgástér a dréncsőtávolság, a hossz- és keresztirányú esés, a szivárgó paplan k tényezőjének a megválasztásánál adódik, a három paraméterből kettő rögzítése meghatá­rozza a harmadik értékét.

Az alábbi ábra a csurgalékvízgyűjtő rendszer modelljét szemlélteti. A dréncsövek távolsága L, a szigetelőréteg a dréncsövek felé a α szöggel lejt. A hulladékból a szivárgórétegbe bejutó csurgalékvíz intenzitása legyen e. Ha feltételezzük, hogy a szigetelőrétegen keresztül nincs elszivárgás (ha van, az akkor is nagyságrendekkel kisebb, mint a dréncsőben távozó vízmennyiség), akkor a dréncsőtől L/2 és távolság között egységnyi széles sávon lejutó vízmennyiség egyenlő a dréncső felé a h függőleges metszeten távozó vízmennyiséggel, azaz:

A differenciálegyenletet megoldva a hmax értéke meghatározható.

2.19. ábra - A csurgalékvízgyűjtő rendszer méretezésének modellje I. (McBean et al., 1981.)

A csurgalékvízgyűjtő rendszer méretezésének modellje I. (McBean et al., 1981.)


Mint látjuk a csurgalékvíz-felszín nyomásgörbéje felírható a következő általános formában:

A drénréteg szivárgási tényezője (kd), vastagsága (valójában hmax,, mert a csurgalékvíz felszínének a szivárgó rétegen belül kell maradnia) többnyire szabályozott, a magyar előírásban kd > 10-3 m/s; hmax < 30-50 cm. A hulladékból kijutó csurgalékvíz mennyisége (e) az üzemelési szakaszban egy le nem zárt lerakónál jelentősen nem változtatható. Mindezeket figyelembe véve nyilvánvaló, hogy egy adott aljzateséshez (tgα ) meghatározható a még megengedhető dréncsőtávolság (L) vagy fordítva. A leírtak alapján lehetőségünk van a KvVM rendelet 1.sz. mellékletében megadott 30-50 cm rétegvastagság meghatározására. Jó tervezéssel esetleg gazdaságosabb lehet az aljzat esését (tgα ) és a dréncső távolságot (L) úgy megválasztani, hogy a felső határnál (0,5 m) kisebb vastagságú szivárgó réteg is elegendő legyen, ami sok esetben jelentős gazdasági megtakarítást jelenthet.

Geokompozitok alkalmazása szivárgórétegként

A depóniaépítésnél számos esetben előtérbe kerülhet, vagy megfontolandó lehet a geokompozitok alkalmazása a szemcsés anyagú szivárgóréteg helyett. Ilyen lehetőségek például:

rézsűs kialakításnál, medencék oldalfalán a meredekebb aljzaton gondot okozhat a szivárgóréteg stabilitása, megcsúszása,
támasztótöltések szigetelésének a kialakításakor,
zárószigetelések szivárgórétegeként,
a két geomembrán közötti második, ún. szivárgó-ellenőrző rétegként.

Ugyanakkor általános elvként kimondhatjuk, hogy felső (első) szivárgórétegként, kis esésű aljzaton alkalmazásuk nem megengedett, mert kis szerkezeti vastagságuk miatt nem teljesül az a feltétel, hogy az elvezetendő csurgalékvíznek a szivárgórétegen belül kell maradnia. A geokompozit szivárgórétegek általában két szűrőréteg (ami többnyire geotextília) között lévő műanyag szivárgórétegből (geoháló, georács, stb.) épülnek fel. Hulladéklerakóknál alkalmazásuk számításba jöhet, ha a transzmisszivitásukra (a vastagság és az áramlási iránynak megfelelő szivárgási tényező szorzata) teljesül a következő feltétel (HEERTEN, 1988.):

ahol: T: a geokompozit transzmisszivitása; e: a lejutó csurgalékvíz intenzitása; i: a hidraulikus gradiens.

Az Amerikai Környezetvédelmi Hivatal ajánlása a transzmisszivitás értékére:

hulladéklerakóknál: T> 3 × 10-5 m2/s; felszíni zagytározóknál: T > 3 × 10-4 m2/s.

Két geomembrán között veszélyeshulladék-lerakók aljzatszigetelésénél második szivárgó-ellenőrző rétegként alkalmazása számításba jöhet, ha megfelelő folyadékszállítóképességgel rendelkezik ahhoz, hogy a felső geomembrán meghibásodása révén átjutó csurgalékvizet el tudja vezetni, azaz:

t2 max> tgk

ahol: tgk: az alkalmazott geokompozit hatékony vastagsága; t2max: a geokompozit szivárgóban kialakuló áramló vízréteg vastagság. A maximális vízréteg vastagság (t2max) a hibahely (lyuk, szakadás) közelében alakul ki, és a következő összefüggés alapján határozható meg (GIROUD et al., 1997.):

ahol: Qmax: a hibahelyen átszivárgó csurgalékvíz hozam kgk: a geokompozit réteg áramlási irányú szivárgási tényezője

A dréncső eltömődés elleni méretezése

A szivárgórendszer méretezésénél ügyelni kell arra is, hogy a dréncső se tudjon eltömődni, hatékonysága megmaradjon. A mechanikai eltömődés megakadályozásához a következő kritériumokat kell figyelembe venni: hasítékolt szűrőcsöveknél:

kör alakú perforációnál:

ahol: D85sz: a szivárgóréteg szemeloszlásánál a 85 súly %-hoz tartozó szemcseátmérő, dh: a hasíték szélessége és dp: a perforáció átmérője.

Az inkrusztáció elleni védekezés

A szűrőrendszerek (szűrőréteg, geotextília, dréncsövek) a leggondosabb tervezés mellett is idővel veszítenek hatékonyságukból, eltömődhetnek. Az eltömődés okai a következők lehetnek:

mechanikai,
fiziko-kémiai,
mikrobiológiai.

A mechanikai okokra visszavezethető eltömődést a finomabb szemcsék bemosódása okozza. Ez a hatás elkerülhető, ha a szivárgóréteg megfelelő mechanikai és szűrő stabilitással rendelkezik. A mechanikai stabilitás gyakorlatilag a megfelelő szemcseméretű réteget, míg a szűrő stabilitás a megfelelő szemcseeloszlású réteget jelenti. A mechanikai stabilitás az előírásoknak megfelelő szemcseméretű szűrőrétegnél a szűrőszabály betartása mellett biztosítható.

A fiziko-kémiai és mikrobiológiai hatások általában együtt jelennek meg az eltömődéssel, és az eredménye az ún. inkrusztáció, amikoris elsősorban vasoxidok és karbonátok kiválása révén a hatékony pórustér jelentősen csökken. Az inkrusztáció folyamata a víztermelő kutaknál régóta ismert jelenség, s az onnan vett analógia alapján megállapítható, hogy a kiválás, kérgesedés erősebben jelentkezik, felgyorsul, ha a csurgalékvíz:

pH-ja nagyobb, mint 7,5;
karbonát keménysége nagyobb, mint 300 mg/l;
vastartalma a 2,0 mg/l értéket meghaladja;
mangántartalma nagyobb, mint 1 mg/l.

Mint tudjuk, a fenti értékek a csurgalékvíznél nem jelentenek különösen szélsőséges értékeket. A mikrobiológiai folyamatok során a csurgalékvízben jelenlévő vas és mangánbaktériumok oxidálják és kicsapják az oldott vasat és mangánt (okkeresedés), és a folyamat eredményeképpen felszabaduló energiát hasznosítják. A baktériumok jelenlétét nagymértékben segíti, hogy a csurgalékvíz egyébként is nagy mennyiségben tartalmaz számukra hasznosítható tápanyagot.

A szűrőréteg fiziko-kémiai és mikrobiológiai okokra visszavezethető inkrusztációja ellen védekezni nehéz, mert a csurgalékvíz összetételét, pH és redox-potenciál értékét, hőmérsékletét befolyásolni nemigen tudjuk. A folyamatot lehet lassítani, ha:

növeljük a szűrőrétegben az áramlási sebességet;
növeljük a szűrőréteg hézagméretét;
csökkentjük a szűrőréteg fajlagos felületét.

A fentieket elősegíthetjük azáltal, ha:

a szűrőréteg megfelelő vastagságú (0,3-0,5 m) és anyaga mosott, jól kopatott, kis karbonáttartalmú (< 20 %), gömbölyded szemcsékből áll;
megakadályozzuk a finomabb szemcsék bemosódását;
a csurgalékvízgyűjtő rendszer megkívánt kereszt és hosszirányú esését biztosítjuk;
megfelelő méretű dréncsövet alkalmazunk, amelynél a perforált felület aránya a mechanikai stabilitást még biztosító lehető legnagyobb;
a dréncső hálózat lehetőleg ellenőrizhető és utólagosan tisztítható.

Különösen fontos, hogy a hézagméret növelésével, a fajlagos felület csökkenésével csökken az inkrusztrációra való hajlam, ezért nagyon fontos a KvVM rendeletben előírt szivárgási tényező (k>10-3 m/s) kritérium mellett a szemcseméretre (16/32-24/40 mosott kavics) vonatkozó követelmény teljesítése is, mert a k>10-3 m/s szivárgási tényezőt már egy homokos kavics réteggel is biztosítani lehet.

A második szivárgó-ellenőrző réteg

A második szivárgó-ellenőrző réteg a két geomembrán lemez közé kerül, vastagsága az előírás szerint 30 cm, szivárgási tényezője k >10-3 m/s. Anyaga, szemcseösszetétele megegyezik a szivárgó paplannál leírtakkal.

Külön egyedi vizsgálat alapján, esetenként számításba jöhet geokompozit réteg alkalmazása is, ami lényegesen gazdaságosabb megoldást jelent, különösen nagy szállítási távolságok esetén. A geokompozitok alkalmazási feltételeit, lehetőségeit az előzőeken bemutattuk.

Kavics anyagú szivárgó-ellenőrző réteg esetén a geomembrán szigetelőlemezt/fóliát az átlyukadás elkerülése érdekében geotextília (min 1200 g/m102) közbeépítésével kell védeni.

A csurgalékvíz várható mennyiségének a meghatározása

Egy új hulladéklerakó tervezésénél, egy meglévő rekultivációjánál alapvető fontossággal bír, hogy minél pontosabban tudjuk meghatározni a lerakó vízháztartását. Ennek segítségével tudjuk meghatározni a várható csurgalékvíz mennyiségét, ami egy új lerakónál alapja a csurgalékvízgyűjtő hálózat méretezésének, a rekultivációnál pedig a pótlólagosan megépítendő műszaki védelem mértékének.

A következőkben a várható csurgalékvíz mennyiség meghatározhatósága érdekében áttekintjük a depóniák vízháztartásának a vizsgálatát.

A hulladéklerakók vízháztartását a módosított vízháztartási egyenlettel írhatjuk le:

2.20. ábra - A hulladéklerakó vízháztartása

A hulladéklerakó vízháztartása


Cs - P - E - L -R ∓ K - Vcs + Vb+ Vk = 0

ahol: Cs: a csapadék, P: a párolgás, E: az evaportaszspiráció, L: a felszíni lefolyás, R: a tározás (kötött vízként), K: a késleltetés (rövidebb ideig a kapillárisokban raktározott víz), VCS: a csurgalékvízlefolyás az altalaj felé, Vb: a biokémiai folyamatok során képződött víz és Vk: a konszolidáció hatására keletkezett víz.

A módszernél feltételezzük, hogy alulról és felülről külső hozzáfolyás nincs, a csurgalékvíz a lerakóból csak a szivárgórendszeren keresztül kerülhet ki és nincs vízkilépés a rézsű felületén. A csurgalékvíz­gyűjtő rendszer méretezéséhez szükséges vízmennyiséget a tér és idő függvényében kell meghatározni. A csurgalékvíznek több, egymástól független összetevője lehet:

a csapadék és az aktuális párolgás különbsége;
a hulladékban mikrobiológiai folyamatok hatására bekövetkező vízképződés, ill. vízfelhasználás;
a hulladék konszolidációja során keletkező vízmennyiség;
a hulladékban tározódni képes vízmennyiség.

Ezeknek az összessége adja az intenzitást. (e)

Figyelembe kell venni a még az üzemelő nyitott, és a rekultivált, lezárt hulladék­lerakó eltérő csurgalékvízképződési körülményeit is. A rekultiváció után szerepet kap a növényzet párolgása, a talaj tározó hatása, eseten­ként a fedőréteg drénezéséből származó elfolyás. Az üzemi állapot szerint három esetet különböztetünk meg:

Üzemeltetés kezdete - csekély hulladékborítottság

Kevés vagy egyáltalán nem létező hulladékmennyiség esetén a csapadék gyakorlatilag közvetlenül a telítetlen szivárgórétegbe kerül. A település éghajlati adataiból a szokásos talajvízháztartási mód­szerrel kell dolgozni.

Üzemeltetés - nyílt hulladékfelszín

Az előbb említett négy komponens figyelembevételével kell számolni.

Üzemeltetés vége - rekultivált állapot

A víz tározására képes hulladékmátrix a még folyamatban levő konszolidáció hatására leadja a tárolt vizének egy részét, a biokémiai folyamatok során bekövetkező vízképződés, ill. fogyasztás is fennállhat még, de az ekkor keletkezett csurgalékvíz sokkal kevesebb mint az üzemeltetés során.

A számítás további szempontjai:

a hulladékanyag nagyon heterogén, ezért a szükséges paraméterek is rendkívül változatosak (áteresztőképesség, víztározóképesség, szemcsenagyság, stb);
az inhomogenitások következtében különböző szivárgási utak jönnek létre;
mikrobiológiai folyamatok során gázok is felszabadulhatnak, ha eltávozásuk akadályozott, gázpárna keletkezhet a hulladék fölött;
a lerakó vékony horizontális rétegekből épül fel, a vertikális irányú áteresztőképessége ezért kisebb mint a horizontális;
a csurgalékvízmennyiség nem határozható meg közvetlenül, hanem közelítő eljárásokkal, mert csak a dréncsövekbe bejutó vízmennyiség és a csapadék mérhető közvetlenül.

A csurgalékvízgyűjtő méretezésénél döntő hányadot képvisel a csapadékból származó csurgalékvízmennyiség. A mértékadó intenzitás a még le nem zárt lerakóknál adódik, mert ekkor a csapadék bejutása még közvetlen, a biológiai lebomlásból, konszolidációból adódó többlet viszonylag kicsi. Lezárt lerakónál az utóbbi két folyamatból adódó csurgalékvíz mennyisége relatíve megnő, de nem éri el az üzemelés közben a csapadékból lejutó hányadot. Valójában a legnagyobb a csurgalékvízgyűjtő terhelése akkor, amikor még nincs rajta hulladék, azonban ekkor a lehullott csapadékot a csapadékvízgyűjtő rendszeren kell elvezetni, amennyiben az még nem szennyezett.

A csapadékból származó csurgalékvízmennyiség

Hazai mérési adatokkal sajnos nem rendelkezünk, mert nem volt olyan korszerű, rendezett lerakó, amelynél a képződött csurgalékvíz mennyisége egzakt módon mérhető lett volna, az új modern lerakóknál pedig még nem rendelkezünk elegendő adattal.

A keletkező csurgalékvízmennyiség nyilvánvalóan függvénye a hulladékelhelyezési technológiának, valamint a tömörítésnek. A lánctalpas dózerekkel történő beépítésnél csak csekély mértékű tömörítés érhető el, szemben a korszerű kompaktorokkal. EHRIG (1980.) javaslata szerint a csurgalékvíz mennyiségének a becsléséhez az alábbi táblázat irányértékeit használhatjuk az éves csapadékösszeg (CS) függvényében.

2.4. táblázat - A geotextíliákra vonatkozó szűrőszabály (GIROUD, 1982; 1988; 1994.)

Tömörítőeszköz A csurgalékvízmennyiség, ha CS = 700 mm
CS %-a mm/év mm/ha·d l/s·ha
lánctalpas 40 280 7,67 0,089
kompaktor 25 175 4,79 0,055

A drénrétegben kialakuló nyomómagasság és ezen keresztül a szükséges rétegvastagság meghatározásához a szélsőséges intenzitások meghatározására van szükség, mert a csurgalékvíz még ideiglenesen sem léphet ki a drénrétegből. RAMKE (1991.) doktori értekezésében a csurgalékvízgyűjtő rendszer méretezésénél 700mm/év csapadék mellett a 2.5. táblázatban szereplő napi intenzitások figyelembe vételét ajánlja az olyan lerakóknál, ahol a csurgalékvizet nem kezelik, hanem időszakosan visszapermetezik.

2.5. táblázat - A csurgalékvíz napi intenzitásának előfordulási valószínűsége

Előfordulási valószínűség Csurgalékvíz intenzitás [mm/nap]
50% 4,82
33% 5,77
10% 10,71
5% 13,46
1% 18,92


A német LAGA a DIN 19667 sz. szabvány alkalmazását ajánlja, ahol a mértékadó szélsőséges csurgalékvíz-mennyiség, túltelített depóniatest esetében, csurgalékvíz visszajuttatás mellett:

A vízháztartási vizsgálatok módszerei

A vízháztartás számításának a világon általánosan bevált és elterjedt módja a Visual HELP hidrológiai modellező szoftver alkalmazása, amely numerikus megoldások segítségével vizsgálja a hulladéklerakókon bekövetkező felszíni és felszín alatti vízháztartási folyamatokat.

A HELP lehetővé teszi a hulladéklerakók hidrológiai folyamatainak az előrejelzését, a tervezés hatékonyságának a vizsgálatát, a csurgalékvíz mennyiségének a becslését. A kétdimenziós hidrológiai modell meteorológiai, talaj, valamint tervezési alapadatok felhasználásával számítja a felszíni víztárózásnak, a hóolvadásnak, a felszíni lefolyásnak, a beszivárgásnak, a növényzetnek, a talajok víztárózásának, a szivárgó rétegek vízelvezetésének, a csurgalékvíz-visszaforgatásnak, a szigetelőrétegeken keresztül való szivárgásnak a hatását a lerakó vízháztartására. Az alapadatok meghatározását segíti a szoftver meteorológiai adatbázisa (7000 meteorológiai állomás adataival), valamint egy talaj, hulladék és geomembrán adatbázis (42 anyag paramétereivel).

A csurgalékvízgyűjtő rendszer kialakítása

A csurgalékvízgyűjtő rendszer alaprajzi elrendezését és metszetét egy általános esetre a 2.21ábra mutatja be. Az ábra szerinti esetben a rendszer szektorokra osztott. A lejutó csurgalékvíz a depónia középvonalától kifelé ih hosszirányú és ik keresztirányú eséssel kialakított aljzatszigetelő rendszerre kerülő víztelenítő rétegből, annak a mélyvonalába helyezett dréncsőbe jut be. A dréncső a gyűjtőaknába torkollik. A gyűjtőakna kerülhet mind a depónia szigetelt alapfelületén kívülre, mind az alapfelületen belülre. A dombépítéssel kialakított depóniáknál a gyűjtőakna célszerűen a támasztó töltésen kívülre, míg a medenceszerűen kialakított lerakóknál többnyire a lerakón belülre kerül.

2.21. ábra - A csurgalékvízgyűjtő rendszer felépítése (RAMKE, 1991.)

A csurgalékvízgyűjtő rendszer felépítése (RAMKE, 1991.)


A 2.21 ábra szerinti elrendezésnél a gyakorlatban általánosan alkalmazott méretek, paraméterek a következők: A keresztirányú esés (ik): ≥ 3% A hosszirányú esés (ih): 1-2%. A gyűjtőakna távolság: keresztirányban (lk): 30-50 m; hosszirányban (lh): max. 300 m. A víztelenítő réteg: vastagsága: 30-50 cm; szivárgási tényezője: k 10-3 m/s;anyaga: 16/32 vagy 24/50 szűrőkavics; A dréncső átmérője: 200-300 mm. A dréncső beépítésénél a szűrőréteg előírt vastagságának a dréncső fölött is meg kell lennie. A kialakítást az alábbi ábra szemlélteti.

2.22. ábra - A dréncső beépítése (DIN 19667, 1990.)

A dréncső beépítése (DIN 19667, 1990.)