10. ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΔΙΑΣΤΑΛΑΓΜΑΤΩΝ

Transcript

1 10. ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΔΙΑΣΤΑΛΑΓΜΑΤΩΝ 10.1 Εισαγωγή Ως διασταλάγματα ή στραγγίσματα ή αποπλύματα ή εκχυλίσματα ορίζονται οποιαδήποτε υγρά ρέουν διαμέσου των αποτεθέντων αποβλήτων και εκρέουν από τον χώρο ταφής ή περιέχονται μέσα του (Οδηγία 1999/31/ΕΚ «Περί υγεινομικής ταφής των αποβλήτων»). Ένας παρόμοιος ορισμός δίδεται με βάση την ΚΥΑ Η.Π /2727 «Μέτρα και Όροι για τη Διαχείριση Στερεών Αποβλήτων: Εθνικός και Περιφερειακός Σχεδιασμός Διαχείρισης». Εκεί, ως «απόπλυμα» ορίζεται η ποσότητα υγρού που ρέει και εκρέει από το χώρο διάθεσης των στερεών αποβλήτων. Τα διασταλάγματα περιέχουν μεγάλο ρυπαντικό φορτίο αποτελούμενο από διαλελυμένα ή αιωρούμενα συστατικά των αποβλήτων του χώρου ταφής. Ο σχηματισμός των διασταλαγμάτων είναι αποτέλεσμα διεργασιών μεταφοράς μάζας μεταξύ των τριών φάσεων του βιοαντιδραστήρα ΧΥΤΑ, δηλαδή των στερεών αποβλήτων, των υγρών και των αερίων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα υγρά προέρχονται από όμβρια ύδατα, ύδατα επιφανειακής απορροής και υπόγεια ύδατα εισερχόμενα στο χώρο ταφής, καθώς και από ύδατα προερχόμενα από την διάσπαση των αποβλήτων. Η σημαντικότερη περιβαλλοντική επίδραση των διασταλαγμάτων είναι η ρύπανση υπογείων υδάτων. Για την αποφυγή του προβλήματος αυτού, θα πρέπει να αποφεύγεται η χωροθέτηση ΧΥΤΑ σε περιοχές με ρηχούς υδροφορείς ή κοντά σε υδροληψίες. Η κείμενη νομοθεσία επιβάλλει την κατασκευή τεχνητών φραγμών για τη μόνωση της βάσεως του ΧΥΤΑ, σε περίπτωση που η υπάρχουσα φυσική μόνωση δεν επαρκεί. Η αντιμετώπιση του προβλήματος των διασταλαγμάτων είναι επιτακτική για τους εξής λόγους: Υπάρχουν πολλά παραδείγματα ρυπάνσεως υπογείων υδάτων από διασταλάγματα χωματερών. Το μέγεθος των χώρων ταφής αυξάνει και μαζί του αυξάνει και η επικινδυνότητα από τα διασταλάγματα. Υπάρχει ανάγκη συμμορφώσεως με ολοένα και αυστηρότερη νομοθεσία. Η συσσώρευση λιμναζόντων διασταλαγμάτων στην βάση ενός ΧΥΤΑ δύναται να επηρεάσει αρνητικά την γεωτεχνική του σταθερότητα. 1

2 Το πρόβλημα των διασταλαγμάτων συνοδεύει τους χώρους ταφής από την αρχή μέχρι αρκετές δεκαετίες μετά το πέρας της λειτουργίας τους. Αυτό σημαίνει ότι τα συστήματα διαχειρίσεως διασταλαγμάτων πρέπει να είναι αποτελεσματικά για πολλές δεκαετίες, αλλά αυτό είναι κάτι που πρέπει να αποδειχθεί Σύνθεση και χαρακτηριστικά των διασταλαγμάτων Αντιπροσωπευτικά χαρακτηριστικά διασταλαγμάτων παρουσιάζονται στον Πίνακα 10-1, τόσο για νέους, όσο και για παλαιούς ΧΥΤΑ. Επειδή η διακύμανση των συγκεντρώσεων των διαφόρων συστατικών είναι μεγάλη, συνιστάται προσοχή στη χρήση «τυπικών» τιμών, ιδίως για νέους ΧΥΤΑ. Η σύνθεση των διασταλαγμάτων είναι γνωστή για τουλάχιστον τα πρώτα έτη λειτουργίας ενός χώρου ταφής αστικών στερεών αποβλήτων. Για την περίοδο αυτή υπάρχουν πραγματικές μετρήσεις στη διεθνή βιβλιογραφία. Για περισσότερο από έτη, η υπάρχουσα βάση δεδομένων είναι πτωχή και ενδεχομένως να μην επαρκεί για εξαγωγή πολύ ασφαλών συμπερασμάτων. Δεν υπάρχει όμως αμφιβολία, ότι κάποια συστατικά των διασταλαγμάτων θα εξακολουθούν να παράγονται για περισσότερο από 100 έτη. Τα διασταλάγματα περιέχουν ένα τεράστιο αριθμό συστατικών. Κάποια εξ αυτών υπάρχουν σε μεγάλες συγκεντρώσεις (εκατοντάδες έως χιλιάδες mg/l) και κάποια άλλα σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις (μερικά μg/l). Η αναλυτική δυσκολία για τον ποιοτικό και ποσοτικό προσδιορισμό όλων αυτών των συστατικών είναι τεράστια έως ανυπέρβλητη. Η αφετηρία στην αναλυτική μεθοδολογία είναι η βιβλιογραφία που έχει συσσωρευθεί από την ανάλυση των υδάτων, των υγρών αποβλήτων και των αστικών λυμάτων. Σε αντίθεση, όμως, με τα αστικά λύματα, δεν υπάρχουν ακόμη πρότυποι μέθοδοι αναλύσεως διασταλαγμάτων. Για το λόγο αυτό, σε συνδυασμό με τις χημικές αναλύσεις, έχουν προταθεί και βιολογικές δοκιμές, όπως micro-tox test, Daphnia test και Ames test. Προϋπόθεση για την επιλογή της κατάλληλης μεθόδου επεξεργασίας είναι η γνώση της ποσοτικής και ποιοτικής συνθέσεως των διασταλαγμάτων. Για το σκοπό αυτό, ο προσδιορισμός των βασικών παραμέτρων επεξεργασίας δύναται να γίνει με συμβατική χημική ανάλυση. Η χημική σύνθεση των διασταλαγμάτων ποικίλλει ανάλογα με την ηλικία του ΧΥΤΑ. Για παράδειγμα, διασταλάγματα που παράγονται στην όξινη 2

3 Πίνακας Τυπική σύνθεση διασταλαγμάτων από νέους και παλαιούς ΧΥΤΑ (Πηγή: Tchobanoglous et al., 1993). Συστατικό διασταλάγματος Νέος (1) ΧΥΤΑ, Διακύμανση, mg/l Νέος (1) ΧΥΤΑ, Τυπική τιμή, mg/l Παλαιός (2) ΧΥΤΑ, Διακύμανση, mg/l BOD TOC COD Ολικά αιωρούμενα στερεά Οργανικό άζωτο Αμμωνιακό άζωτο Νιτρικά Ολικός φωσφόρος Ορθοφωσφορικά Ολική αλκαλικότητα ως CaCO 3 ph (3) 4,5-7,5 6 6,6-7,5 Ολική σκληρότητα ως CaCO 3 Ασβέστιο Μαγνήσιο Κάλιο Νάτριο Χλωριούχα Θειϊκά Ολικός σίδηρος (1) Ηλικία νέου ΧΥΤΑ μικρότερη των 2 ετών. (2) Ηλικία παλαιού ΧΥΤΑ μεγαλύτερη των 10 ετών. (3) To ph δεν έχει μονάδες. 3

4 φάση έχουν, συγκριτικά, χαμηλές τιμές ph και υψηλές συγκεντρώσεις BOD 5, COD, TOC, θρεπτικών και βαρέων μετάλλων. Απεναντίας, διασταλάγματα που παράγονται στη φάση της μεθανιογένεσης έχουν συγκριτικά υψηλότερο ph (6,5 7,5) και πολύ χαμηλότερες συγκεντρώσεις BOD 5, COD, TOC, θρεπτικών και μετάλλων. Το ph εξαρτάται όχι μόνον από τις συγκεντρώσεις των λιπαρών οξέων, αλλά και από την μερική πίεση του CO 2 στο εσωτερικό του ΧΥΤΑ (Tchobanoglous et al., 1993). Δεν υπάρχει τυπική σύνθεση διασταλαγμάτων. Όμως υπάρχουν τυπικά χαρακτηριστικά διασταλαγμάτων, που αντιστοιχούν σε διάφορες φάσεις της ζωής ενός χώρου ταφής. Για παράδειγμα, η βιοαποδομητικότητα του διασταλάγματος είναι συνάρτηση του χρόνου, όπως συνάγεται από την μεταβολή του λόγου BOD 5 /COD. Αρχικά, η τιμή του λόγου αυτού είναι 0,5, ενώ διακύμανση στην περιοχή 0,4-0,6 εκλαμβάνεται ως ένδειξη ότι το οργανικό περιεχόμενο του διασταλάγματος είναι εύκολα βιοαποδομήσιμο. Σε παλαιούς ΧΥΤΑ, η τιμή του λόγου BOD 5 /COD είναι στην περιοχή 0,05-0,2, που αποτελεί ένδειξη χαμηλής βιοαποδομητικότητας, λόγω μετατροπής της οργανικής ύλης σε φουλβικά και χουμικά οξέα (Tchobanoglous et al., 1993). Σύμφωνα με τον Kruse (1994), ο οποίος μελέτησε 33 χώρους ταφής στη Γερμανία, ο λόγος BOD 5 /COD μεταβάλλεται ως εξής, για τις 3 χαρακτηριστικές περιόδους της ζωής ενός ΧΥΤΑ: Όξινη φάση: BOD 5 /COD 0,4 Ενδιάμεση φάση 0,4 > BOD 5 /COD > 0,2 Μεθανιογένεση BOD 5 /COD 0,2 Η μεταβλητή σύνθεση των διασταλαγμάτων δυσχεραίνει τον σχεδιασμό και την λειτουργία των συστημάτων επεξεργασίας τους. Έτσι, το σύστημα που θα χρησιμοποιούνταν για επεξεργασία πρόσφατων στραγγισμάτων ενός ΧΥΤΑ, πιθανόν δεν θα ήταν αποτελεσματικό για επεξεργασία παλαιών («ώριμων») στραγγισμάτων Υδατικό ισοζύγιο και παραγωγή διασταλαγμάτων Ο πιθανός σχηματισμός διασταλαγμάτων δύναται να εκτιμηθεί με βάση το υδατικό ισοζύγιο ενός ΧΥΤΑ. Το υδατικό ισοζύγιο συνίσταται στην πρόσθεση όλων των ποσοτήτων του ύδατος που εισέρχονται στον ΧΥΤΑ και αφαίρεση αυτών που καταναλώνονται σε χημικές και βιοχημικές αντιδράσεις ή διαφεύγουν ως υδρατμοί. Η ποσότητα του ύδατος που 4

5 υπερβαίνει την υδροχωρητικότητα των ΑΣΑ in-situ αντιστοιχεί στην ποσότητα των σχηματιζόμενων διασταλαγμάτων. Τα συστατικά που αποτελούν το υδατικό ισοζύγιο παρουσιάζονται στο Σχήμα Αν θεωρήσουμε ένα κύτταρο, οι κύριες πηγές ύδατος περιλαμβάνουν: Νερό που εισέρχεται από το άνω μέρος του κυττάρου. Νερό που περιέχεται στο κάλυμμα του κυττάρου. Νερό που περιέχεται στα ΑΣΑ. Νερό που περιέχεται σε ιλύ ή άλλου είδους απόβλητα, εάν επιτρέπεται η διάθεσή της σε ΧΥΤΑ. Υπόγειο νερό ρηχού υδροφορέα. Άλλες πηγές. Οι απώλειες ύδατος περιλαμβάνουν: Νερό που χρησιμοποιείται στην παραγωγή αερίου. Νερό που διαφεύγει με το αέριο ως ατμός. Διασταλάγματα. Άλλες απώλειες Νερό από το άνω μέρος του κυττάρου Για την τελευταία στρώση του ΧΥΤΑ, νερό από το άνω μέρος αντιστοιχεί στη βροχόπτωση, που έχει διαπεράσει το τελικό κάλυμμα. Για τις υπόλοιπες στρώσεις, νερό από το άνω μέρος αντιστοιχεί στο νερό που έχει διαπεράσει τα ΑΣΑ, που έχουν τοποθετηθεί σε υψηλότερες στρώσεις (ταμπάνια). Η ποσότητα του νερού που διαπερνά το τελικό κάλυμμα ενός ΧΥΤΑ μπορεί να εκτιμηθεί με γνωστές υδρολογικές μεθόδους, όπως: Δ S = P R ET LC PER SW όπου: ΔS LC= ύψος αποθηκευόμενης υγρασίας ανά μονάδα χρόνου, mm/y P = ύψος βροχής ανά μονάδα χρόνου, mm/y R = ύψος επιφανειακής απορροής ανά μονάδα χρόνου, mm/y ΕΤ = ύψος εξατμισοδιαπνοής ανά μονάδα χρόνου, mm/y PER = ύψος κατεισδύουσας βροχής, mm/y SW Η χρήση του μαθηματικού ομοιώματος HELP (Hydrologic Evaluation of Landfill Performance) επιτρέπει ακριβέστερο υπολογισμό της ποσότητας 5

6 PER SW. Για τον υπολογισμό ολικών ποσοτήτων, πρέπει να πολλαπλασιασθεί το ύψος του ύδατος επί την αντίστοιχη κάτοψη του καλύμματος. Σχήμα Υδατικό ισοζύγιο ενός ΧΥΤΑ (Πηγή: McBean et al., 1995) Νερό που περιέχεται στο κάλυμμα Η ποσότητα αυτή εξαρτάται από τον τύπο του υλικού, εκ του οποίου αποτελείται το κάλυμμα, καθώς και από την εποχή του έτους. Η μέγιστη ποσότητα που περιέχεται καθορίζεται από την υδροχωρητικότητα του υλικού, η οποία ορίζεται ως η ποσότητα ύδατος που συγκρατείται στους πόρους του καλύμματος, κάτω από συνθήκες βαρύτητας Νερό που περιέχεται στα ΑΣΑ Η ποσότητα ποικίλλει ανάλογα με τη σύνθεση των ΑΣΑ και τις επικρατούσες κλιματικές συνθήκες. Η εκτίμησή της πιθανόν να απαιτεί μία σειρά πειραματικών δοκιμών. Σε αντίθετη περίπτωση, απαιτείται υπολογισμός τους με βάση την σύνθεση των ΑΣΑ και την περιεκτικότητα υγρασίας κάθε συστατικού Νερό που χρησιμοποιείται στην παραγωγή αερίου Το νερό είναι απαραίτητο συστατικό στο στάδιο της μεθανιογένεσης. Ανεπαρκείς ποσότητες ύδατος επηρεάζουν αρνητικά την παραγωγή 6

7 μεθανίου. Η ποσότητα ύδατος που απαιτείται στη μεθανιογένεση εξαρτάται από την σύνθεση (δηλαδή τον εμπειρικό χημικό τύπο) των ΑΣΑ. Με βάση τη στοιχειομετρία, υπολογίζεται ότι η ποσότητα ύδατος που απαιτείται για την παραγωγή αερίου από εύκολα βιοαποδομήσιμα 3 πτητικά στερεά ελληνικών ΑΣΑ ανέρχεται σε 0,276 kg H 2 O/m παραγομένου αερίου. Βεβαίως, η ποσότητα αυτή εξαρτάται από την χημική σύνθεση των αποβλήτων Νερό που διαφεύγει ως ατμός Το αέριο του ΧΥΤΑ είναι συνήθως κορεσμένο με υγρασία. Η συγκέντρωση του ύδατος στο αέριο υπολογίζεται με βάση την καταστατική εξίσωση των αερίων: PV = nrt όπου: P = V = n = R = Τ = μερική πίεση των ατμών στο μίγμα όγκος μίγματος αριθμός των moles ύδατος παγκόσμια σταθερά αερίων θερμοκρασία Από τη σχέση αυτή υπολογίζεται ο αριθμός των moles στο συγκεκριμένο όγκο, που κατόπιν μετατρέπεται σε βάρος ή όγκο % Διασταλάγματα Αν θεωρήσουμε ένα κύτταρο στο πρώτο ταμπάνι (βάση) του ΧΥΤΑ, το υγρό που εξέρχεται από τη βάση του λέγεται διαστάλαγμα. Για υψηλότερα ταμπάνια, το «διαστάλαγμα» του ενός κυττάρου αποτελεί το υγρό που εισέρχεται στο άνω μέρος του κυττάρου του αμέσως κατωτέρου ταμπανιού. Αν υπάρχουν ενδιάμεσα συστήματα συλλογής, τότε και το υγρό που εξέρχεται από τα αντίστοιχα ενδιάμεσα ταμπάνια λέγεται επίσης διαστάλαγμα Άλλες πηγές ή απώλειες ύδατος Ανάλογα με την περίπτωση (π.χ. καιρικές συνθήκες, θέση υδροφόρου ορίζοντα), είναι δυνατόν να υπάρχουν και άλλες πηγές ή απώλειες ύδατος. Για παράδειγμα, απώλεια υγρασίας από τα ΑΣΑ, καθώς τοποθετούνται στον ΧΥΤΑ, ύπαρξη υπόγειων πηγών ή είσοδος του υδροφορέα στο ΧΥΤΑ είναι πηγές ή απώλειες, που ενδέχεται να επηρεάζουν το υδατικό ισοζύγιο και, επομένως, πρέπει να συμπεριληφθούν σε αυτό. 7

8 Υδατικό ισοζύγιο ΧΥΤΑ Με βάση τα ανωτέρω, το υδατικό ισοζύγιο ενός ΧΥΤΑ περιγράφεται με την εξίσωση: Δ S SW = W SW + W TS + W CM + W A( R ) W LG W WV W E W B( L ) όπου: ΔS SW =μεταβολή στην ποσότητα ύδατος που αποθηκεύεται στον ΧΥΤΑ W SW W TS W CM W A(R) = υγρασία στα εισερχόμενα ΑΣΑ = υγρασία στην εισερχόμενη ιλύ από εγκαταστάσεις επεξεργασίας, π.χ. βιολογικής επεξεργασίας, ή άλλα απόβλητα = υγρασία στο υλικό επικάλυψης = νερό από το άνω μέρος του κυττάρου. Για το τελευταίο ταμπάνι, αυτό αντιστοιχεί στο νερό της βροχής που κατεισδύει W LG = νερό που χρησιμοποιήθηκε στην παραγωγή αερίου W WV = νερό που διαφεύγει με το αέριο του ΧΥΤΑ W E = νερό που διαφεύγει με την επιφανειακή εξατμισοδιαπνοή W = νερό που διαφεύγει από την βάση του κυττάρου B(L) Εξατμισοδιαπνοή Είναι ο συνδυασμός της εξάτμισης και της διαπνοής (συνολικής κατανάλωσης από φυτά) και αποτελεί ένα σημαντικό στοιχείο του υδατικού ισοζυγίου ενός ΧΥΤΑ. Η εξατμισοδιαπνοή προέρχεται από το νερό που έχει διηθηθεί στα επιφανειακά εδαφικά καλύμματα ή ΑΣΑ. Μία σημαντική παράμετρος για τον υπολογισμό της διαθέσιμης υγρασίας είναι το βάθος εισχωρήσεως των ριζών. Όμως, υπάρχει αβεβαιότητα για τον τρόπο αναπτύξεως των ριζών, επειδή τα παραγόμενα αέρια του ΧΥΤΑ, κατά την έξοδό τους στην ατμόσφαιρα, εκδιώκουν και το οξυγόνο, που είναι απαραίτητο για την πλήρη ανάπτυξη των ριζών. Η εξατμισοδιαπνοή λαμβάνει χώραν από το βάθος της ριζικής ζώνης της επιφανειακής βλαστήσεως ή/και το βάθος της ζώνης εξατμίσεως Κατείσδυση Το νερό που έχει περάσει την ζώνη εξατμισοδιαπνοής αυξάνει την υγρασία του εδάφους ή των απορριμμάτων, που είναι τοποθετημένα κάτω από τη ζώνη αυτή, έως ότου το περιεχόμενο υγρασίας φθάσει την τιμή της υδροαπορροφητικότητας του εδάφους ή των απορριμμάτων. Έτσι, τα πρώτα χρόνια μετά την τοποθέτηση των ΑΣΑ, σημαντικό κλάσμα του κατεισδύοντος ύδατος αποθηκεύεται στους πόρους και τα 8

9 κενά των ΑΣΑ και επίσης χρησιμοποιείται στις χημικές και βιολογικές αντιδράσεις αποσύνθεσης. Γι αυτό, η παραγωγή διασταλαγμάτων την περίοδο αυτή είναι συγκριτικά μικρή. Στο Σχήμα 10-2 παρουσιάζεται η καθυστέρηση παραγωγής διασταλαγμάτων με σημείο αναφοράς τον χρόνο προσθέσεως της υγρασίας. Η ποσότητα διασταλαγμάτων το πρώτο έτος είναι πολύ μικρότερη της ποσότητας προστιθέμενης υγρασίας. Όμως, από το τρίτο έτος, η παραγωγή διασταλαγμάτων αντιστοιχεί στην προστιθέμενη υγρασία, με μία μικρή καθυστέρηση, που οφείλεται στον χρόνο κίνησης του νερού μέσα στα απόβλητα Υδροαπορροφητικότητα, σημείο μαρασμού, διαθέσιμη υγρασία Υδροαπορροφητικότητα ή υδροχωρητικότητα είναι η ποσότητα υγρασίας που συγκρατείται από τα ΑΣΑ σε συνθήκες βαρύτητας ή η ποσότητα υγρασίας που συγκρατείται από τα ΑΣΑ, μέχρι να αρχίσει ελεύθερη ροή. Επιπρόσθετες ποσότητες ύδατος θα οδηγήσουν στο σχηματισμό διασταλαγμάτων. Μία τιμή υδροαπορροφητικότητας 30% αντιστοιχεί σε 30 cm H 2 O/100 cm ΑΣΑ. Η υδροχωρητικότητα εξαρτάται από το υπερκείμενο βάρος των ΑΣΑ και υπολογίζεται από την εξίσωση: FC W = 0, 6 0, W όπου: FC = υδροχωρητικότητα με βάση το ξηρό βάρος των ΑΣΑ W = υπερκείμενο βάρος υπολογιζόμενο στο μέσον του ύψους του εξεταζομένου ταμπανιού, lb Η ανωτέρω εξίσωση είναι εμπειρική και για την χρήση της απαιτείται το υπερκείμενο βάρος να είναι εκπεφρασμένο σε lb. Μία άλλη εμπειρική εξίσωση είναι αυτή των Fungaroli and Steiner (1979): FC = 2,6 lnd - 14,0 όπου: D = πυκνότητα των ΑΣΑ επί υγράς βάσεως, lb/yd 3 Σημείο μαρασμού (Wilting) είναι το χαμηλότερο περιεχόμενο υγρασίας, που δύναται να επιτευχθεί με την διαπνοή των φυτών. Διαθέσιμη υγρασία (στα φυτά) είναι η διαφορά μεταξύ υδροαπορροφητικότητας και σημείου μαρασμού. 9

10 Σχήμα Σχέση μεταξύ προστιθέμενης υγρασίας και παραγωγής διασταλαγμάτων (Πηγή: McBean et al., 1993). Σχήμα Αποθήκευση ύδατος σε διαφόρους τύπους εδάφους (Πηγή: McBean et al., 1993). 10

11 Το Σχήμα 10-3 παρουσιάζει την μεταβολή των ανωτέρω παραμέτρων για διάφορα είδη εδάφους. Μία τυπική τιμή υδροαπορροφητικότητας για ΑΣΑ είναι 55% επί υγρού βάρους και μία τιμή σημείου Wilting είναι 17%. Η υδροαπορροφητικότητα για ασυμπίεστα ΑΣΑ κυμαίνεται μεταξύ 50-60%. Η συλλογή διασταλαγμάτων στη βάση ενός ΧΥΤΑ λαμβάνει χώραν πριν να ικανοποιηθούν οι υδροχωρητικότητες των ΑΣΑ και του καλύμματος. Αυτό συμβαίνει, διότι τα διασταλάγματα κινούνται μέσα σε διαύλους (βραχυκύκλωμα) και όχι σε όλη την μάζα των ΑΣΑ, χωρίς κατ ανάγκην να έχει κινηθεί προς τα κάτω και το υγρό μέτωπο. Παράδειγμα Να υπολογισθεί η μέγιστη δυνατή εξατμισοδιαπνοή από το τελικό κάλυμμα ενός ΧΥΤΑ, πάχους 1,5 m. Η ριζική ζώνη της βλάστησης του καλύμματος έχει βάθος 1 m. Δίδονται FC = 0,3 m/m και WP = 0,13 m/m. Λύση Επιλέγομε την ριζική ζώνη να ελέγχει την εξατμισοδιαπνοή, διότι 1 m < 1,5 m. Μέγιστη εξατμισοδιαπνοή = (0,3 0,13)(1,0) = 0,17 m Παράδειγμα Να υπολογισθεί ο χρόνος που απαιτείται για να ικανοποιηθεί η υδροχωρητικότητα μίας στήλης ΑΣΑ ύψους 10 m. Να υποτεθεί ότι η κατείσδυση κατά την διάρκεια των τριών ετών λειτουργίας του ΧΥΤΑ είναι 30 cm/yr, ενώ, μετά την τοποθέτηση του τελικού καλύμματος, η κατείσδυση είναι 6 cm/yr. Η υδροχωρητικότητα των ΑΣΑ είναι 0,3 cm/cm και η αρχική υγρασία 0,16 cm/cm. Λύση Κατά τη διάρκεια των τριών ετών της λειτουργίας, η κίνηση του μετώπου είναι: ( 30 cm H O/ yr)( 3 yr) 2 ( 03, 016, ) cm H O/ cm ΑΣΑ 2 = 642, 86 cm ΑΣΑ 6, 43 m Μετά την τοποθέτηση του καλύμματος, η κίνηση του μετώπου είναι: 11

12 6 cm H2O/ yr ( 03, 016, ) cm H O/ cm 2 ΑΣΑ = 42, 86 cm ΑΣΑ / yr 0, 43 m/ yr Απαιτούμενος χρόνος κίνησης μετώπου: ( 10 6, 43) m 043, myr / = 83, yr Συνολικός χρόνος: 3 + 8,3 = 11,3 yr Στην πραγματικότητα, ο χρόνος αυτός θα είναι πολύ μικρότερος, λόγω «βραχυκυκλώματος» στην κίνηση των διασταλαγμάτων. Παράδειγμα Να υπολογισθεί η ποσότητα ύδατος που εισέρχεται σε ένα ΧΥΤΑ μέσω του τελικού καλύμματος, χρησιμοποιώντας τα κατωτέρω στοιχεία: 1) Χρόνος αναφοράς = 1 έτος. 2) Βροχόπτωση και εξατμισοδιαπνοή σύμφωνα με τον Πίνακα που ακολουθεί. 3) Μέσος μηνιαίος συντελεστής επιφανειακής απορροής = 20%. 4) Πάχος καλύμματος = 3 ft. 5) Υδροχωρητικότητα καλύμματος = 27%. 6) Σημείο Wilting καλύμματος = 12%. 7) Αρχική υγρασία καλύμματος = 50% της υδροχωρητικότητας. Μήνας Βροχόπτωση, cm Εξατμισοδιαπνοή, cm Ιανουάριος 18 1,8 Φεβρουάριος 12 3,8 Μάρτιος 7,6 7,9 Απρίλιος 6,1 9,9 Μάιος 4,1 13,2 Ιούνιος 1,3 16,5 Ιούλιος 0,3 17,8 Αύγουστος 0 16,5 Σεπτέμβριος 0,5 11,2 Οκτώβριος 6 4,5 Νοέμβριος 11 3,8 Δεκέμβριος 14 2,0 Λύση Πάχος καλύμματος: (3 ft)(12 in/ft)(2,54 cm/in) = 91,44 cm 12

13 Υδροχωρητικότητα καλύμματος (FC): 27% = 27 cm H 2 O/100 cm (καλύμματος) = 0,27 cm/cm Σημείο μαρασμού (WP): 12% = 0,12 cm/cm Διαθέσιμη υγρασία: (0,27 0,12 cm/cm)(91,44 cm) = 13,72 cm Υγρασία καλύμματος που αντιστοιχεί στο WP: (0,12)(91,44) = 10,97 cm Υγρασία καλύμματος που αντιστοιχεί στη FC: (0,27)(91,44) = 24,69 cm Εάν το υπολογιζόμενο περιεχόμενο υγρασίας > 24,69 cm, σχηματίζεται διήθημα. Εάν το υπολογιζόμενο περιεχόμενο υγρασίας < 24,69 cm, δεν σχηματίζεται διήθημα. Εάν το υπολογιζόμενο περιεχόμενο υγρασίας < 10,97 cm, το πραγματικό περιεχόμενο για όλο το κάλυμμα είναι 10,97 cm (δεν κατεβαίνει κάτω από WP). Περιεχόμενο υγρασίας για ένα μήνα = Περιεχόμενο υγρασίας προηγούμενου μήνα + κέρδος (ή απώλεια) πραγματική διήθηση προηγούμενου μήνα. Το περιεχόμενο υγρασίας για τον Ιανουάριο θα είναι:, ( 91, 44) , 6= 24, 94cm 2 Τα αποτελέσματα των υπολογισμών συνοψίζονται στον πίνακα που ακολουθεί: 13

14 Μήνας Βροχόπτωση, cm Εξατμισοδιαπνοή, cm Επιφαν. απορροή, cm Κέρδος ή απώλεια υγρασίας, cm Περιεχόμενο υγρασίας, cm Διήθηση, cm Πραγματική διήθηση, cm Ιανουάριος 18 1,8 3,6 12,6 24,94 0,25 0,25=(24,94-24,69) Φεβρουάριος 12 3,8 2,4 5,8 30,49 5,8 5,8 Μάρτιος 7,6 7,9 1,52-1,82 22,87-1,82 0 Απρίλιος 6,1 9,9 1,22-5,02 17,85-6,84 0 Μάιος 4,1 13,2 0,82-9,92 7,93-13,72 0 Ιούνιος 1,3 16,5 0,26-15,46-4,49-13,72 0 Ιούλιος 0,3 17,8 0,06-17,56-6,59-13,72 0 Αύγουστος 0 16,5 0-16,5-5,53-13,72 0 Σεπτέμβριος 0,5 11,2 0,1-10,8 0,17-13,72 0 Οκτώβριος 6 4,5 1,2 0,3 11,27-13,42 0 Νοέμβριος 11 3,8 2,2 5 16,27-8,42 0 Δεκέμβριος ,8 9,2 25,47 0,78 0,78 Σύνολον 80,9 6,83

15 10.4 Μακροχρόνια εκπομπή διασταλαγμάτων Η μακροχρόνια εκπομπή διασταλαγμάτων από υπάρχοντες χώρους ταφής στερεών αποβλήτων μελετήθηκε από τους Heyer και Stegmann (1998), χρησιμοποιώντας προσομοιωτές χώρων ταφής (landfill simulation reactors LSR). Μερικά από τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο Σχήμα Θεωρήθηκε ότι η εκπομπή διασταλαγμάτων λαμβάνει χώραν σε τρεις φάσεις, Α, Β, Γ, οι οποίες παρουσιάζονται στο Σχήμα Φάση Α: Εκπομπή από την στιγμή της διαθέσεως μέχρι την στιγμή της δειγματοληψίας. Φάση Β: Εκπομπή μετά την δειγματοληψία, όπως προσδιορίσθηκε με τα πειράματα LSR, μέχρι την στιγμή που οι συγκεντρώσεις βασικών παραμέτρων των διασταλαγμάτων ελαττωθούν στις τιμές των ανωτέρων επιτρεπτών συγκεντρώσεων (ορίων) εκπομπών, όπως ορίζονται από τη νομοθεσία. Φάση Γ: Εκπομπή με συγκεντρώσεις βασικών παραμέτρων χαμηλότερες από τις τιμές των επιτρεπτών ορίων. Η δυνητικά συνολική εκπομπή προσδιορίζεται από το άθροισμα των εκπομπών των επί μέρους φάσεων και είναι αδύνατο ή εξαιρετικά δύσκολο να μετρηθεί απ ευθείας. Υπάρχουν όμως πολλές μετρήσεις στη διεθνή βιβλιογραφία, από τις οποίες δύναται να εκτιμηθεί η δυνητικά συνολική εκπομπή Α+Β+Γ. Για παράδειγμα, η συνολική εκπομπή για χώρους ταφής στη Γερμανία, με βάση τις υπάρχους μετρήσεις, εκτιμάται ως εξής (Heyer και Stegmann, 1998): COD: ΤΚΝ: Cl - : mg/kg TS mg/kg TS mg/kg TS Για τον ορισμό της μακροχρόνιας εκπομπής των φάσεων Β+Γ, πρέπει να ορισθούν τα ανώτερα επιτρεπτά όρια εκπομπών, με βάση την κείμενη νομοθεσία. Στη Γερμανία, για παράδειγμα, οι οριακές τιμές για COD και ΤΚΝ είναι 200 και 70 mg/l, αντιστοίχως. Στην Ελβετία, η οριακή τιμή για Cl - είναι 100 mg/l. Με βάση τα ανωτέρω και για συνθήκες που επικρατούν σε χώρους ταφής στη Γερμανία, οι Heyer και Stegmann (1998) υπολόγισαν ότι ο απαιτούμενος χρόνος για την ελάττωση της συγκεντρώσεως του COD στα διασταλάγματα κάτω από τα επιτρεπτά όρια εκπομπών κυμαίνεται από έτη από την ημέρα ταφής. Ο αντίστοιχος χρόνος για το ΤΚΝ είναι έτη. 15

16 Σχήμα Συγκεντρώσεις COD, TKN και χλωριούχων ιόντων σε διασταλάγματα προσομοιωτών ΧΥΤ (Πηγή: Heyer και Stegmann (1998). 16

17 Σχήμα Εκπομπές διασταλαγμάτων σε τρεις φάσεις (Πηγή: Heyer και Stegmann (1998) Περιβαλλοντικές επιπτώσεις διασταλαγμάτων Οι κύριες περιβαλλοντικές επιπτώσεις, οι οποίες προκαλούνται από την ανεξέλεγκτη εκπομπή διασταλαγμάτων, είναι η υποβάθμιση της ποιότητας των επιφανειακών και υπογείων υδάτων, καθώς και των εδαφών. Επίσης, έχει παρατηρηθεί εκπομπή ανεπιθύμητων οσμών και aerosol κατά την συλλογή, μεταφορά και επεξεργασία διασταλαγμάτων. Οι αρνητικές επιπτώσεις στην ποιότητα των επιφανειακών και υπογείων υδάτων έχει αναγνωρισθεί από πολλών ετών. Πολλά τέτοια περιστατικά αποδόθηκαν στην έλλειψη ή ανεπαρκή χρήση της κατάλληλης τεχνολογίας, σχετικά με την μόνωση ΧΥΤΑ και την συλλογή και αποθήκευση διασταλαγμάτων. Γι αυτό, η κείμενη νομοθεσία θεωρεί τα συστήματα ελέγχου διασταλαγμάτων ως αναγκαία συστατικά ενός συγχρόνου ΧΥΤΑ. Η ανάγκη ελέγχου διασταλαγμάτων για την αποφυγή ανεπιθυμήτων εκπομπών στο περιβάλλον είναι καθοριστική στη χωροθέτηση, στο σχεδιασμό, στη λειτουργία, συντήρηση, αλλά και στο κόστος ενός ΧΥΤΑ. Το κύριο ερώτημα σχετικά με τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις διασταλαγμάτων είναι η χρονική διάρκεια, κατά την οποίαν αυτά θα αποτελούν κίνδυνο για το περιβάλλον. Φαίνεται ότι δεν υπάρχει ακόμη ακριβής απάντηση στο ερώτημα αυτό. Όμως, όπως ήδη αναφέρθηκε σε 17

18 προηγούμενη παράγραφο, ο χρόνος αυτός ανέρχεται σε εκατοντάδες παρά σε δεκάδες έτη, τουλάχιστον για τις συνθήκες που επικρατούν στη Γερμανία. Όταν διασταλάγματα εισέρχονται σε εδάφη ή υπόγειους υδροφορείς, υφίστανται την επίδραση φυσικών, χημικών και βιολογικών διεργασιών, όπως συναγωγή, διασπορά, διάχυση, προσρόφηση, χημικές αβιοτικές αντιδράσεις και βιοαποδόμηση. Οι διεργασίες αυτές και το αρχικό ρυπαντικό φορτίο του διασταλάγματος καθορίζουν τον βαθμό περιβαλλοντικής υποβαθμίσεως των εδαφών και των υπογείων υδάτων. Συστατικά των διασταλαγμάτων που μας ενδιαφέρουν, όσον αφορά στη ρύπανση εδαφών και υπογείων υδάτων, είναι τα βαρέα μέταλλα και συγκεκριμένες οργανικές ενώσεις. Υπάρχουν ενδείξεις σχετικά με την τύχη των ουσιών αυτών σε υπόγεια ύδατα, που έχουν ρυπανθεί από διασταλάγματα. Για παράδειγμα, μελέτες πεδίου έδειξαν ότι στα ρυπανθέντα υπόγεια ύδατα επικρατούν συνθήκες μεθανιογενέσεως πλησίον των πηγών (ΧΥΤΑ, χωματερές), ενώ μακριά από τις πηγές, όπου οι συγκεντρώσεις των ρύπων είναι χαμηλές, επικρατούν αερόβιες συνθήκες. Αυτή η εναλλαγή συνθηκών ευνοεί την αποδόμηση πολλών οργανικών ουσιών, αλλά υπάρχουν και ουσίες που είναι εξαιρετικά σταθερές και δεν αποδομούνται. Είναι δυνατόν κάποιες από αυτές να είναι και οι πλέον επικίνδυνες. Η παρακολούθηση (monitoring) των ΧΥΤΑ κατά την λειτουργία, αλλά και κατά την μεταφροντίδα, για διαφυγή διασταλαγμάτων και αερίων είναι πλέον απαίτηση της κείμενης νομοθεσίας. Απαιτείται, όμως, να γίνει ο σωστός σχεδιασμός και κατασκευή του συστήματος δειγματοληψίας, ώστε να καθίσταται δυνατή η αναγνώριση και σύλληψη τυχόν διαφυγής ρύπων Βιβλιογραφία Fungaroli, A., Steiner, R. Investigation of sanitary landfill behavior, volume 1. Final report, U.S. Environmental Protection Agency EPA- 600/ a (1979). Heyer και Stegmann (1998) Kruse K. (1994). Langfristiges Emissionsgeschehen von Siedlungsabfalldeponien. Heft 54 der Veroffentlichungen des Instituts fur Siedlungswasserwirtschaft, TU Braunschweig. 18

19 McBean, E.A., Rovers, F.A., Farquhar, G.J. Solid waste landfill engineering and design. Prentice-Hall PTR, Englewood Cliffs, New Jersey (1995). Tchobanoglous, G., Theisen, H., Vigil, S. Integrated solid waste management. McGraw-Hill, New York (1993). 19