ΣΥΝ ΥΑΣΜΕΝΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ, ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΧΥΤΑ

ΣΥΝ ΥΑΣΜΕΝΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ, ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΧΥΤΑ Μ. Πανταζίδου 1, Α. Παπαµαρινόπουλος 1, Ε. Σκυλάκης 1, Χ. Τσατσανίφος 2 1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Αθήνα 2 Πανγαία Σύµβουλοι Μηχανικοί Ε.Π.Ε., Αθήνα KEYWORDS: Χώροι Υγειονοµικής Ταφής Αποβλήτων (ΧΥΤΑ), Εκτίµηση Κινδύνου Αστοχίας Στεγάνωσης ΧΥΤΑ, Ηλεκτρικά Συστήµατα Εντοπισµού ιαρροών ΧΥΤΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα εργασία αναπτύσσει µια µεθοδολογία επιλογής σχεδιασµού και διαχείρισης ΧΥΤΑ, η οποία επιτρέπει τη σύγκριση εναλλακτικών διατάξεων στεγάνωσης πυθµένων και συστηµάτων παρακολούθησης. H σύγκριση γίνεται µε βάση το συνολικό κόστος, το οποίο περιλαµβάνει τα κόστη κατασκευής της στεγάνωσης, των ελέγχων ποιότητας κατασκευής της στεγάνωσης, της κατασκευής και λειτουργίας των συστηµάτων παρακολούθησης, καθώς και το κόστος της αποκατάστασης πολλαπλασιασµένο µε την πιθανότητα αστοχίας της στεγανωτικής στρώσης. Η εφαρµογή της µεθοδολογίας σε ένα παράδειγµα χαρακτηριστικό του ελληνικού χώρου δείχνει τη σηµασία των ελέγχων κατασκευής και τη συµβολή των συστηµάτων εντοπισµού διαρροών. COMBINED EVALUATION OF LANDFILL CONTAINMENT, MONITORING AND RESTORATION Μ. Pantazidou 1, Α. Papamarinopoulos 1, Ε. Skylakis 1, C. Tsatsanifos 2 1 National Technical University of Athens, School of Civil Engineering, Athens, Greece 2 Pangaea Consulting Engineers LTD, Athens, Greece ABSTRACT This paper develops a methodology for selecting landfill design and operation method, which enables comparisons among alternative liner designs and monitoring systems. The evaluation is based on the total cost, which accounts for the costs of liner construction, liner quality control measures, construction and operation of the monitoring systems, as well as restoration costs multiplied by the probability of liner failure. The application of the methodology for a hypothetical Greek landfill demonstrates the importance of quality control measures and the contribution of monitoring systems capable of determining the location of leachate leaks. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 1

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι κανονισµοί για τη λειτουργία χώρων υγειονοµικής ταφής απορριµµάτων (ΧΥΤΑ) καθορίζουν το ελάχιστο πάχος των στρώσεων πυθµένα ΧΥΤΑ, καθώς και τις µεθόδους παρακολούθησης του χώρου [1]. Οι κανονισµοί ωστόσο δεν δίνουν κατευθυντήριες γραµµές για την ποσοτική αποτίµηση του οφέλους που προκύπτει από εναλλακτικές διατάξεις σχεδιασµού και παρακολούθησης. Αυτή η βασική έλλειψη ήταν το κίνητρο για να αναπτυχθεί στην παρούσα εργασία µια µεθοδολογία επιλογής σχεδιασµού και διαχείρισης ΧΥΤΑ, η οποία αποτιµά συνδυασµένα το κόστος και τα οφέλη που αντιστοιχούν σε εναλλακτικές διατάξεις στεγάνωσης πυθµένων και συστηµάτων παρακολούθησης ΧΥΤΑ, συνεκτιµώντας την πιθανότητα αστοχίας της στεγανωτικής στρώσης και το κόστος αποκατάστασης. 2. ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑΣ Η µεθοδολογία εκφράζει ποσοτικά τις εξής βασικές παραµέτρους: (Ι) την ποιότητα του στεγανωτικού πυθµένα, η οποία καθορίζεται από τους ελέγχους κατά τη φάση κατασκευής και διαφοροποιείται ως προς την περατότητα της στεγάνωσης, (ΙI) την προστασία που παρέχεται από το σύστηµα στεγάνωσης, εκφρασµένη ως παροχή στραγγίσµατος που διαφεύγει στον υποκείµενο υδροφορέα και (ΙII) την πιθανότητα αστοχίας της στεγανωτικής στρώσης, η οποία ορίζεται ως η πιθανότητα υπέρβασης στα φρέατα δειγµατοληψίας της οριακής επιτρεπόµενης τιµής ενός ρύπου του στραγγίσµατος που επιλέγεται ως δείκτης. Η µεθοδολογία επί πλέον καθορίζει τον τύπο των µέτρων αποκατάστασης, τα οποία είναι διαφορετικά αν είναι γνωστή ή όχι η θέση της διαρροής στραγγίσµατος. Ο προσδιορισµός των παραµέτρων περιγράφεται αναλυτικά στις επόµενες ενότητες και ο υπολογισµός τους γίνεται για έναν υποθετικό ΧΥΤΑ αναφοράς, χαρακτηριστικό του ελληνικού χώρου. 2.1 ΧΥΤΑ αναφοράς Ο υπό µελέτη ΧΥΤΑ αναφοράς θα κατασκευαστεί για να εξυπηρετήσει τις ανάγκες µιας ελληνικής πόλης 100.000 κατοίκων, µε παραγωγή απορριµµάτων 1 kg ανά κάτοικο και ηµέρα, όπως έχει µετρηθεί στην Ελλάδα [2]. Για µια µέση πυκνότητα απορριµµάτων ίση µε 7 kn/m 3 [3] και για µέγιστο ύψος απορριµµατικού αναγλύφου ίσο µε 25 m [1], υπολογίζεται ότι απαιτείται εµβαδόν αποδέκτη περί τα 40.000 m 2 και στη συνέχεια επιλέγεται τετραγωνική κάτοψη διαστάσεων 200 m x 200 m. Οι υδρογεωλογικές συνθήκες στο χώρο που θα κατασκευαστεί ο ΧΥΤΑ έχουν ως εξής: το έδαφος είναι ιλυώδες, µε µέση υδραυλική αγωγιµότητα ίση µε 10-5 m/s. Ο υδροφόρος ορίζοντας βρίσκεται σε βάθος 10 m κάτω από τον πυθµένα του ΧΥΤΑ και έχει υδραυλική κλίση ίση µε 0,03. Σε βάθος 30 m κάτω από τον πυθµένα του ΧΥΤΑ απαντάται βραχώδης σχηµατισµός χαµηλής περατότητας. Για τη στεγάνωση του πυθµένα επιλέγεται µονή σύνθετη στρώση, αποτελούµενη από 0,5 m συµπυκνωµένης αργίλου καλυµµένης µε συνθετική γεωµεµβράνη από πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE), πάχους 1,5 mm. Η µέγιστη υδραυλική αγωγιµότητα σχεδιασµού είναι 10-9 m/s και 10-13 m/s για την άργιλο και τη γεωµεµβράνη, αντίστοιχα. Για την παρακολούθηση του ΧΥΤΑ, θα κατασκευαστούν φρέατα δειγµατοληψίας: ένα φρέαρ στα ανάντη και δύο φρέατα σε απόσταση 200 m από το κατάντη όριο της περιµέτρου του ΧΥΤΑ. Επίσης, εξετάζεται η τοποθέτηση ηλεκτρικού συστήµατος εντοπισµού διαρροών από τον πυθµένα του ΧΥΤΑ, ως µέσο πιο αποτελεσµατικού ελέγχου. Το ηλεκτρικό σύστηµα εντοπισµού διαρροών πυθµένα ΧΥΤΑ περιλαµβάνει κάνναβο ηλεκτροδίων (ηλεκτρόδια µέτρησης) που τοποθετείται κάτω από τη στρώση συµπυκνωµένης αργίλου, ένα ηλεκτρόδιο (ενεργό) που τοποθετείται πάνω από τη στεγανωτική στρώση και ένα ηλεκτρόδιο Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 2

(παθητικό) που τοποθετείται έξω από τα περιµετρικά όρια του ΧΥΤΑ [4]. Λεπτοµέρειες για το ηλεκτρικό σύστηµα δίνει ο Παπαµαρινόπουλος [5]. εδώ θα αναφερθούν µόνο τα πολύ βασικά του στοιχεία. Το ενεργητικό και το παθητικό ηλεκτρόδιο χρησιµεύουν για τη δηµιουργία ηλεκτρικού πεδίου. Χρησιµοποιώντας το κατάλληλο λογισµικό, οι µετρήσεις δυναµικού µεταξύ των ηλεκτροδίων µέτρησης του καννάβου δίνουν τη διακύµανση του δυναµικού στην επιφάνεια του πυθµένα ΧΥΤΑ. Οι αιχµές σ αυτόν τον χάρτη δυναµικού υποδεικνύουν τη θέση σηµείων διαρροής, ενώ το µέγεθος κάθε αιχµής σχετίζεται µε το µέγεθος της διαρροής στο σηµείο που εµφανίζεται η αιχµή. Καθώς ο κάνναβος των ηλεκτροδίων τοποθετείται πριν την κατασκευή της στεγάνωσης του πυθµένα ΧΥΤΑ, το ηλεκτρικό σύστηµα µπορεί να χρησιµοποιηθεί όχι µόνο για την ανίχνευση διαρροών στις φάσεις λειτουργίας και µεταφροντίδας του ΧΥΤΑ, αλλά και για τον εντοπισµό ατελειών κατά την τοποθέτηση και συρραφή των φύλλων της γεωµεµβράνης. 2.2 Ποιότητα στεγάνωσης πυθµένα Η ποιότητα στεγάνωσης του πυθµένα καθορίζεται από τους ελέγχους ποιότητας κατασκευής που διενεργούνται παράλληλα µε την κατασκευή, ώστε να είναι δυνατές τυχόν αναγκαίες επιδιορθώσεις. Οι κανονισµοί [1] επιβάλλουν µια σειρά ελέγχων της ποιότητας κατασκευής της συµπυκνωµένης αργίλου οι οποίοι προσδιορίζουν κυρίως εδαφοµηχανικά χαρακτηριστικά (κοκκοµετρική διαβάθµιση, πυκνότητα, υγρασία, υδραυλική αγωγιµότητα αδιατάρακτου δείγµατος αργίλου). Επίσης περιλαµβάνονται έλεγχοι της συνέχειας της γεωµεµβράνης, ιδιαίτερα στις συρραφές. Η πράξη έχει επιβεβαιώσει το αναµενόµενο, ότι δηλαδή όσο οι έλεγχοι γίνονται µε µεγαλύτερη επιµέλεια, τόσο βελτιώνεται η ποιότητα της κατασκευής. κακή ποιότητα κατασκευής αντιστοιχεί απλά σε παντελή έλλειψη ελέγχων [6]. Αξίζει να σηµειωθεί ότι σε ΧΥΤΑ µε ηλεκτρικό σύστηµα παρακολούθησης, καθίσταται πολύ πιο εύκολος και αξιόπιστος ο έλεγχος της συνέχειας της γεωµεµβράνης στη φάση κατασκευής, µε µία µόνο σάρωση της επιφάνειας της γεωµεµβράνης από το ηλεκτρικό σύστηµα. Στην παρούσα εργασία, η ποιότητα κατασκευής στεγάνωσης πυθµένα επηρεάζει τρεις συντελεστές: την υδραυλική αγωγιµότητα της αργίλου, τις ατέλειες της γεωµεµβράνης (συχνότητα εµφάνισης και µέγεθος οπών) και την πρόσφυση µεταξύ αργίλου και γεωµεµβράνης. Ο Πίνακας 1 δίνει αυτά τα µεγέθη για καλή και κακή ποιότητα στεγάνωσης. ΠΙΝΑΚΑΣ 1. Ποσοτικοποίηση ποιότητας κατασκευής στεγάνωσης πυθµένα ΧΥΤΑ. Ποιότητα κατασκευής στεγάνωσης Αριθµός οπών γεωµεµβράνης (ανά 1.000m 2 ) [7] ιάµετρος οπών γεωµεµβράνης [7] Υδραυλική αγωγιµότητα αργίλου [6] Επαφή αργίλουγεωµεµβράνης καλή 0,75 7,4 mm 10-9 m/s καλή κακή 13 11 mm 10-8 m/s κακή Θεωρείται δηλαδή ότι για καλή ποιότητα, επιτυγχάνεται η υδραυλική αγωγιµότητα της αργίλου που απαιτούν οι κανονισµοί και οι ατέλειες είναι περιορισµένες. Για κακή ποιότητα κατασκευής, η υδραυλική αγωγιµότητα της αργίλου είναι µία τάξη µεγέθους µεγαλύτερη από αυτήν των κανονισµών, ενώ ταυτόχρονα αυξάνει σηµαντικά ο αριθµός των ατελειών και, σε µικρότερο βαθµό, οι διαστάσεις τους. Η ποιότητα της επαφής της γεωµεµβράνης και της αργιλικής στρώσης συµπεριλαµβάνεται στον πίνακα γιατί εκφράζει το µέγεθος του ανοίγµατος µεταξύ αργίλου γεωµεµβράνης, το οποίο καθορίζει την παροχή στραγγίσµατος και, δεδοµένων των συνθηκών κατασκευής, είναι µη αµελητέο. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 3

2.3 Προστασία συστήµατος στεγάνωσης Ως µέτρο της προστασίας που προσφέρει η στεγάνωση χρησιµοποιείται η παροχή στραγγίσµατος που µπορεί να διαφύγει στον υδροφορέα, λόγω των ατελειών που πάντα θα έχει η γεωµεµβράνη αλλά και διαµέσου της άθικτης σύνθετης στρώσης γεωµεµβράνης αργίλου. Άρα για τον προσδιορισµό της παροχής του στραγγίσµατος πρέπει να υπολογιστούν δύο συνιστώσες ροής. Στην περιοχή των ατελειών, το στράγγισµα κινείται για κάποια απόσταση οριζόντια στο άνοιγµα µεταξύ της αργίλου και της γεωµεµβράνης, ενώ ταυτόχρονα κινείται και κατακόρυφα [8]. Όταν η ατέλεια προσοµοιωθεί ως κυκλική οπή, υπολογίζεται η εξής αναλυτικο-εµπειρική σχέση για την παροχή, για καλή και κακή επαφή αργίλου γεωµεµβράνης [9]: Καλή επαφή: Κακή επαφή: Q1 = N 21 Q1 = N, 15 a 0,1 0,9 0,74 0, a h w K c 0,1 0,9 0,74 1 h w K c (1α) (1β) όπου Q 1 είναι η παροχή στραγγίσµατος λόγω ατελειών της γεωµεµβράνης, N ο συνολικός αριθµός των ατελειών-οπών (υπολογίζεται µε τα δεδοµένα του Πίνακα 1 για τη συνολική επιφάνεια του ΧΥΤΑ), a το εµβαδόν της κυκλικής οπής, h w είναι το ύψος στραγγίσµατος πάνω από τη στεγανωτική στρώση, και K c η υδραυλική αγωγιµότητα της συµπυκνωµένης αργίλου. Οι Giroud et al. [9] εξήγαγαν τις σχέσεις (1α,β) βασισµένοι σε αναλυτικές εκφράσεις και πειραµατικά δεδοµένα που καθιστούν δυνατό τον προσδιορισµό της συµβολής του ανοίγµατος µεταξύ αργίλου και γεωµεµβράνης στον υπολογισµό της παροχής [8]. Οι προϋποθέσεις για να ισχύουν οι (1α,β) είναι το ύψος του στραγγίσµατος να µην υπερβαίνει το πάχος της αργιλικής στρώσης (επειδή ο λόγος τους έχει αγνοηθεί ως µικρός σε σχέση µε τη µονάδα) και η υδραυλική αγωγιµότητα της αργίλου να κυµαίνεται µεταξύ 10-10 m/s και 10-6 m/s (επειδή τα πειράµατα έγιναν µε τέτοια εδάφη). Για τα δεδοµένα του Πίνακα 1 και για ύψος στραγγίσµατος ίσο µε 0,3 m (το µέγιστο επιτρεπόµενο ύψος σύµφωνα µε τις οδηγίες των ΗΠΑ [6]), η παροχή λόγω των ατελειών είναι ίση Q 1 = 5,4 m 3 /έτος για καλή ποιότητα και Q 1 = 3.040 m 3 /έτος, για κακή ποιότητα κατασκευής στεγάνωσης. Η παροχή διαµέσου της άθικτης στεγανωτικής στρώσης, Q 2, υπολογίζεται µε το νόµο του Darcy χρησιµοποιώντας τη σύνθετη υδραυλική αγωγιµότητα (σαν συνάρτηση της υδραυλικής αγωγιµότητας και του πάχους της αργίλου και της γεωµεµβράνης) και είναι ίση µε Q 2 = 65,3 m 3 /έτος και Q 2 = 67,2 m 3 /έτος για καλή και κακή ποιότητα, αντίστοιχα. (Η σύνθετη υδραυλική αγωγιµότητα επηρεάζεται κυρίως από τη γεωµεµβράνη, κι έτσι η παροχή δεν αλλάζει σηµαντικά µε την αύξηση της διαπερατότητας της αργίλου για κακή ποιότητα κατασκευής). Η σύγκριση των Q 1 και Q 2 δείχνει ότι για κακή ποιότητα, η διήθηση στραγγίσµατος λόγω των ατελειών είναι πολύ πιο σηµαντική από τη διήθηση διαµέσου της άθικτης σύνθετης στρώσης, η οποία και αγνοείται στους υπολογισµούς. Αντίθετα, για καλή ποιότητα κατασκευής οι δύο παροχές είναι συγκρίσιµες και άρα ως παροχή υπολογισµού λαµβάνεται το άθροισµά τους όπως φαίνεται στον Πίνακα 2. ΠΙΝΑΚΑΣ 2. Προστασία στεγάνωσης πυθµένα εκφρασµένη ως παροχή διηθούµενου στραγγίσµατος. Ποιότητα κατασκευής Παροχή λόγω ατελειών γεωµεµβράνης Q 1 (m 3 /έτος) Παροχή διαµέσου της άθικτης σύνθετης στρώσης Q 2 (m 3 /έτος) Παροχή υπολογισµού Q (m 3 /έτος) καλή 5,4 65,3 70,7 κακή 3.040 67,2 3.040 Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 4

2.4 Συστήµατα παρακολούθησης ΧΥΤΑ Τα συστήµατα παρακολούθησης ΧΥΤΑ, εκτός από τα φρέατα παρακολούθησης που επιβάλλουν οι κανονισµοί [1], περιλαµβάνουν και καινοτόµες τεχνολογίες ανίχνευσης και εντοπισµού διαρροών στραγγίσµατος στην υποκείµενη του ΧΥΤΑ ακόρεστη εδαφική ζώνη [10]. Τα περισσότερα από αυτά καταγράφουν µεγέθη που σχετίζονται µε την αύξηση της συγκέντρωσης των ρύπων ή της υγρασίας. Κάποια από αυτά δίνουν σηµειακές µετρήσεις (π.χ., σε σηµεία που τοποθετούνται τα όργανα ανίχνευσης). Το ηλεκτρικό σύστηµα εντοπισµού διαρροής στραγγίσµατος που προαναφέρθηκε στην Ενότητα 2.1 προσφέρει το πλεονέκτηµα του ελέγχου της συνολικής επιφάνειας του ΧΥΤΑ. Συγκεκριµένα, κάνναβος ηλεκτροδίων µε διαστάσεις 5 m x 5 m µπορεί να εντοπίσει διαρροή µε ακρίβεια της τάξης των 1,5 m x 1,5 m [11]. Ο προσδιορισµός της διαρροής είναι δυνατός όταν το στράγγισµα αρχίσει να διηθείται, ενώ το µέγεθος της διαρροής, όπως προαναφέρθηκε, είναι δυνατόν να συσχετιστεί µε το µέγεθος της αιχµής του χάρτη δυναµικού. Οι επιπτώσεις όµως της διαρροής παραµένουν άγνωστες. Αυτές µπορούν να προσδιοριστούν και να ποσοτικοποιηθούν µε αναλύσεις δειγµάτων από τα φρέατα παρακολούθησης, οι οποίες θα καθορίσουν το είδος και τη συγκέντρωση των ρύπων. 2.5 Πιθανότητα αστοχίας ΧΥΤΑ Η πιθανότητα αστοχίας της στεγανωτικής στρώσης του ΧΥΤΑ ορίζεται, στην παρούσα εργασία, ως η πιθανότητα υπέρβασης στα φρέατα δειγµατοληψίας της οριακής επιτρεπόµενης τιµής ενός ρύπου του στραγγίσµατος ο οποίος επιλέγεται ως δείκτης της εξάπλωσης και της σοβαρότητας της ρύπανσης. Η επιλογή του δείκτη-ρύπου έγινε µεταξύ όλων των συστατικών στραγγίσµατος ΧΥΤΑ που αναφέρονται στη σχετική βιβλιογραφία [6,12,13], η οποία δείχνει ότι ακόµα και σε ΧΥΤΑ αστικών απορριµµάτων ανιχνεύονται στο παραγόµενο στράγγισµα τοξικοί ρύποι. Κριτήρια επιλογής του δείκτη-ρύπου αποτέλεσαν κατά σειρά προτεραιότητας: το εύρος της συγκέντρωσης του ρύπου στο στράγγισµα σε σύγκριση µε το επιτρεπτό του όριο στο πόσιµο νερό, η κινητικότητα στο υπέδαφος, η πιθανή υποβάθµιση, και η τοξικότητα του ρύπου. Με βάση αυτά τα κριτήρια, ο Σκυλάκης [14] περιγράφει αναλυτικά το διαδοχικό αποκλεισµό των υπόλοιπων συστατικών του στραγγίσµατος ο οποίος καταλήγει στην επιλογή του βενζολίου ως δείκτη-ρύπου. Οι κανονισµοί των ΗΠΑ δίνουν ως µέγιστη επιτρεπτή συγκέντρωση του βενζολίου στο πόσιµο νερό την τιµή των 0,005 mg/l [15]. Ως κριτήριο αστοχίας της στεγανωτικής στρώσης του ΧΥΤΑ ορίστηκε λοιπόν η υπέρβαση αυτής της οριακής συγκέντρωσης, C ορ = 0,005 mg/l, στα φρέατα δειγµατοληψίας. Για τον καθορισµό της πιθανότητας αστοχίας, θεωρήθηκε ότι η συγκέντρωση του βενζολίου στο στράγγισµα που διαφεύγει, C 0, έχει οµοιόµορφη κατανοµή µεταξύ του µηδενός και µιας τιµής ίσης µε 100 mg/l, η οποία αντιστοιχεί στο 1/10 της µέγιστης συγκέντρωσης που αναφέρεται στη βιβλιογραφία [6]. Με βάση την παροχή στραγγίσµατος Q που υπολογίστηκε στην Ενότητα 2.3 (Πίνακας 2), µπορεί να υπολογιστεί η συγκέντρωση του ρύπου στον υδροφορέα, C Y, ανάγοντας τη συνολική ροή µάζας ρύπου, J, στη συνολική παροχή του υδροφορέα, Q Y : C Y J Q = = C 0 (2) Q Q Y Y Για τον υπολογισµό της συγκέντρωσης του ρύπου στα φρέατα γίνεται η παραδοχή οτι ο ΧΥΤΑ αποτελεί µια πηγή ρύπανσης σταθερής συγκέντρωσης. Με αυτήν την παραδοχή, η συγκέντρωση ρύπου στη θέση των φρεάτων, C φρ, µετά την αποκατάσταση συνθηκών µόνιµης µεταφοράς εντός του υδροφορέα δίνεται από τη σχέση (2). Για την αριθµητική εφαρµογή της (2) στον αποδέκτη αναφοράς, η Q Y υπολογίζεται µε το νόµο Darcy για την υδραυλική αγωγιµότητα και κλίση του υδροφορέα που δίνονται στην Ενότητα 2.1 και για µία ορθογωνική διατοµή του υδροφορέα κάθετη στη ροή του υπόγειου νερού βάθους 20 m και πλάτους 7.000m. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 5

Η πιθανότητα αστοχίας της στεγανωτικής στρώσης, p f, ορίζεται ως η πιθανότητα να ανιχνευτεί στα φρέατα συγκέντρωση µεγαλύτερη της επιτρεπόµενης, C ορ = 0,005 mg/l. Η πιθανότητα αυτή υπολογίζεται µέσω της οµοιόµορφης κατανοµής της τιµής της συγκέντρωσης στα φρέατα, όπως δείχνει γραφικά το Σχήµα 1. Πιθανότητα τιµής συγκέντρωσης 1 2 0 Cορ Συγκέντρωση στα φρέατα C φρ (mg/l) Cφρ,max ΣΧΗΜΑ 1. Κατανοµή πιθανότητας συγκέντρωσης του δείκτη-ρύπου στα φρέατα δειγµατοληψίας. Η πιθανότητα αστοχίας καθορίζεται από τα σχετικά µεγέθη των εµβαδών των χωρίων 1 (ικανοποιητική λειτουργία) και 2 (αστοχία). Αν Ε 1 και Ε 2 είναι τα εµβαδά των χωρίων 1 και 2 στο Σχήµα 1, η πιθανότητα αστοχίας είναι ίση µε: p f E E + E 2 ϕρ,max ορ = = (3) 1 2 C C C ϕρ,max Για τα χαρακτηριστικά του ΧΥΤΑ αναφοράς και για το δείκτη-ρύπο που επιλέχθηκε, προκύπτει από τη σχέση (3) πιθανότητα αστοχίας της στεγάνωσης του πυθµένα ίση µε 6,3% (C φρ,max = 0,0053 mg/l) και 97,8% (C φρ,max = 0,2294 mg/l) για καλή και κακή ποιότητα κατασκευής στεγάνωσης, αντίστοιχα. 2.6 Μέτρα αποκατάστασης ΧΥΤΑ Η ανίχνευση στα φρέατα δειγµατοληψίας ρύπων πάνω από τα επιτρεπόµενα όρια αποτελεί το έναυσµα για να εξεταστούν κατάλληλα µέτρα αποκατάστασης του υδροφορέα. Αν το σηµείο διαρροής είναι γνωστό (π.χ., µέσω αποτυπώσεων ηλεκτρικού συστήµατος), τότε µπορεί να είναι δυνατή η επιδιόρθωση της στεγανωτικής στρώσης σε αυτό το σηµείο, ή η τοπική µείωση της περατότητας του υδροφορέα, ή η µερική εκκένωση του ΧΥΤΑ στην περιοχή της αστοχίας. Σ αυτήν την περίπτωση τα µέτρα αποκατάστασης περιλαµβάνουν τις επεµβάσεις στην περιοχή της διαρροής και την εξυγίανση του υδροφορέα στα κατάντη του ΧΥΤΑ. Όταν το σηµείο αστοχίας είναι άγνωστο, τότε οποιαδήποτε µερική επέµβαση είναι αδύνατη και για να περιοριστεί η εξάπλωση των ρύπων απαιτείται πλήρης εγκιβωτισµός. Έτσι τα µέτρα αποκατάστασης εκτός από την εξυγίανση του υδροφορέα στα κατάντη του ΧΥΤΑ, περιλαµβάνουν και την κατασκευή χαµηλής περατότητας αργιλικού περιµετρικού διαφράγµατος. 2.7 Κόστη προστασίας, παρακολούθησης και αποκατάστασης Tο συνολικό κόστος περιλαµβάνει τα κόστη (1) κατασκευής του πυθµένα ΧΥΤΑ (υλικά και τοποθέτηση), (2) ελέγχων ποιότητας κατασκευής της στεγάνωσης του πυθµένα, (3) κατασκευής και Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 6

λειτουργίας των συστηµάτων παρακολούθησης, καθώς και το κόστος των (4) µέτρων αποκατάστασης πολλαπλασιασµένο µε την πιθανότητα αστοχίας. Ο χρόνος λειτουργίας των συστηµάτων παρακολούθησης είναι το άθροισµα της διάρκειας της πλήρωσης του ΧΥΤΑ (20 έτη) και της µεταφροντίδας (30 έτη). Τα κόστη είναι αντιπροσωπευτικά του ελληνικού χώρου, ή, όπου αυτό δεν ήταν δυνατόν, αντιστοιχούν σε εφαρµογές του εξωτερικού σύµφωνα µε τη βιβλιογραφία [16,17] και δίνονται συγκεντρωτικά στον Πίνακα 3, ενώ οι επί µέρους υπολογισµοί δίνονται από τον Σκυλάκη [14]. ΠΙΝΑΚΑΣ 3. Αναλυτικά κόστη κατασκευής, παρακολούθησης, ελέγχων και αποκατάστασης. ΣΤΟΙΧΕΙΟ ΑΠΟ ΕΚΤΗ ΚΟΣΤΟΣ ( ) Κατασκευή Συνθετική µεµβράνη 250.000 Στρώση συµπυκνωµένης αργίλου 100.000 Στρώση στράγγισης 90.000 Γεωύφασµα 161.000 Σωλήνες αποστράγγισης 6.700 Φρέατα παρακολούθησης 9.000 Παρακολούθηση Ηλεκτρικό σύστηµα 155.000 Λειτουργία φρεάτων δειγµατοληψίας 132.000 (χηµικές αναλύσεις, δύο φορές ανά έτος για 50 έτη) Λειτουργία ηλεκτρικού συστήµατος 5.555 (2 σαρώσεις ανά έτος για 50 έτη) Έλεγχοι Έλεγχοι στρώσης συµπυκνωµένης αργίλου: στη χειρότερη 0 περίπτωση δεν γίνεται κανείς έλεγχος (ελάχιστο κόστος) Έλεγχοι στρώσης συµπυκνωµένης αργίλου: εδαφοµηχανικές 5.200 δοκιµές (µέγιστο κόστος) Έλεγχοι κατασκευής στρώσης στράγγισης (ελάχιστο κόστος) 0 Έλεγχοι κατασκευής στρώσης στράγγισης (µέγιστο κόστος) 300 Έλεγχοι συνθετικής µεµβράνης (ελάχιστο κόστος) 0 Έλεγχοι συνθετικής µεµβράνης στην περίπτωση όπου δεν 10.000 χρησιµοποιείται το ηλεκτρικό σύστηµα (µέγιστο κόστος) Έλεγχοι συνθετικής µεµβράνης όταν χρησιµοποιείται το 5.000 ηλεκτρικό σύστηµα (µέγιστο κόστος) Συνολικό ελάχιστο κόστος ελέγχων 0 Συνολικό µέγιστο κόστος ελέγχων όταν δεν χρησιµοποιείται το 15.500 ηλεκτρικό σύστηµα Συνολικό µέγιστο κόστος ελέγχων όταν χρησιµοποιείται το 10.500 ηλεκτρικό σύστηµα Αποκατάσταση Κατασκευή αργιλικών διαφραγµάτων περιµετρικά του αποδέκτη 14.400.000 [16] Αποκατάσταση της ζώνης µεταξύ του αποδέκτη και των φρεάτων παρακολούθησης µε άντληση και επεξεργασία (pump n treat) 3.500.000 [17] Επιδιόρθωση στην περιοχή της διαρροής µε τσιµεντενέσεις 20.000 [16] Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 7

Με βάση τις τιµές του Πίνακα 3, υπολογίζονται τα κόστη για τέσσερεις περιπτώσεις καλής (Α) και κακής (Β) ποιότητας κατασκευής, όταν η παρακολούθηση γίνεται είτε µόνο µε φρέατα δειγµατοληψίας (περιπτώσεις Α1, Β1), είτε µε φρέατα δειγµατοληψίας σε συνδυασµό µε ηλεκτρικό σύστηµα παρακολούθησης (περιπτώσεις Α2, Β2). Τα αποτελέσµατα συγκεντρώνονται στον Πίνακα 4. ΠΙΝΑΚΑΣ 4. Κόστος κατασκευής, ελέγχων και παρακολούθησης, πιθανότητα αστοχίας, κόστος αποκατάστασης, και ολικό κόστος εναλλακτικών συστηµάτων. Εξεταζόµενο σύστηµα Α1: Στεγάνωση καλής ποιότητας φρέατα δειγµατοληψίας Β1: Στεγάνωση κακής ποιότητας φρέατα δειγµατοληψίας Α2: Στεγάνωση καλής ποιότητας φρέατα δειγµατοληψίας ηλεκτρικό σύστηµα Β2: Στεγάνωση κακής ποιότητας φρέατα δειγµατοληψίας ηλεκτρικό σύστηµα Κόστος κατασκευής, ελέγχων και παρακολούθησης ( ) Πιθανότητα αστοχίας (%) Κόστος αποκατάστασης ( ) Ολικό κόστος ( ) 756.500 6,3 17.900.000 1.885.000 741.000 97,8 17.900.000 18.250.000 912.000 6,3 3.520.000 1.135.000 901.500 97,8 3.520.000 4.350.000 Από τον Πίνακα 4 φαίνεται ότι το κόστος κατασκευής, ελέγχων και παρακολούθησης είναι της ίδιας τάξης µεγέθους για τις τέσσερις περιπτώσεις, µε µέγιστο την περίπτωση Α2, όπου η κατασκευή είναι καλής ποιότητας και η παρακολούθηση γίνεται µε τα φρέατα και το ηλεκτρικό σύστηµα. Όταν δεν είναι γνωστό το σηµείο διαρροής και κατασκευάζεται περιµετρικό αργιλικό διάφραγµα (βάθους 30 m), τα µέτρα αποκατάστασης έχουν πολύ µεγαλύτερο κόστος, 17.900.000, έναντι 3.520.000 όταν εντοπίζεται η περιοχή της διαρροής µε τη χρήση του ηλεκτρικού συστήµατος. Τελικά το ολικό ελάχιστο κόστος, 1.135.000, αντιστοιχεί στο σύστηµα Α2 (καλή ποιότητα, ηλεκτρικό σύστηµα), µε το µέγιστο κόστος κατασκευής, ελέγχων και παρακολούθησης. Είναι ενδιαφέρον να σηµειωθεί ότι συγκρίσιµα κόστη προκύπτουν και για τα συστήµατα Α1 (καλή ποιότητα, φρέατα) και Β2 (κακή ποιότητα, ηλεκτρικό σύστηµα), ενώ το µέγιστο συνολικό κόστος που αντιστοιχεί στο σύστηµα B1 (κακή ποιότητα, φρέατα) διαφέρει κατά µία τάξη µεγέθους από τα υπόλοιπα. 3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η ανάπτυξη της µεθοδολογίας επιλογής συστηµάτων στεγάνωσης πυθµένα και παρακολούθησης ΧΥΤΑ και η εφαρµογή της σε έναν αποδέκτη αναφοράς καταδεικνύουν τα οφέλη που προκύπτουν Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 8

από τη χρήση της µεθοδολογίας και προσφέρουν σηµαντικά επί µέρους συµπεράσµατα. Η εφαρµογή της µεθοδολογίας στον αποδέκτη αναφοράς δείχνει τη σηµασία της καλής ποιότητας κατασκευής και της συµβολής του ηλεκτρικού συστήµατος παρακολούθησης στον περιορισµό του κόστους αποκατάστασης χάρις στη δυνατότητα εντοπισµού της περιοχής αστοχίας. Τα αποτελέσµατα της εφαρµογής µπορούν να γενικευτούν στο συµπέρασµα ότι σε µεγάλης κλίµακας έργα µε πιθανά σηµαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όπως είναι ένας αποδέκτης απορριµµάτων, είναι απαραίτητο ο σχεδιασµός να γίνεται ολοκληρωµένα, εξετάζοντας και την περίπτωση αστοχίας του έργου, και κάνοντας προβλέψεις για δυνατότητες αποτελεσµατικότερης αποκατάστασης. Η δυνατότητα συγκριτικής αξιολόγησης εναλλακτικών διατάξεων που προσφέρει η µεθοδολογία θα αποκτά όλο και µεγαλύτερη πρακτική χρησιµότητα καθώς θα αναπτύσσονται και θα εµφανίζονται στην αγορά νέες τεχνολογίες παρακολούθησης χώρων υγειονοµικής ταφής. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Κοινή Υπουργική Απόφαση (ΚΥΑ) 114218/1997 (ΦΕΚ 1016Β): Κατάρτιση πλαισίου προδιαγραφών και γενικών προγραµµάτων διαχείρισης στερεών αποβλήτων. 2. Κωνσταντινίδης Π., Α. Γιαρίκης και Ι. Καλδέλλης (2003), Καταγραφή-ανάλυση στοιχείων συλλογής-µεταφοράς απορριµµάτων ήµου Νίκαιας. Προτάσεις Βελτιστοποίησης, HELECO 2003 4 η ιεθνής Έκθεση και Συνέδριο για την Τεχνολογία Περιβάλλοντος, Τεχνικό Επιµελητήριο Ελλάδας, Αθήνα, 30 Ιαν.-2 Φεβρ., Τόµος Β, σελ. 69-78. 3. Daniel E.D. (ed.) (1993), Geotechnical practice for waste disposal, Chapman & Hall. 4. Γαβριηλίδης Λ. (2003), Συστήµατα ανίχνευσης και εντοπισµού διαρροών, HELECO 2003-4 η ιεθνής Έκθεση και Συνέδριο για την Τεχνολογία Περιβάλλοντος, Τεχνικό Επιµελητήριο Ελλάδας, Αθήνα, 30 Ιαν.-2 Φεβρ., Τόµος Β, σελ. 243-247. 5. Παπαµαρινόπουλος Α. (2005), Παρακολούθηση χώρων υγειονοµικής ταφής απορριµµάτων µε έµφαση στις γεωφυσικές µεθόδους, ιπλωµατική Εργασία, Τοµέας Γεωτεχνικής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. 6. Qian X., R.M. Koerner and D.H. Gray (2002), Geotechnical aspects of landfill design and construction, Prentice-Hall Inc. 7. Gilbert R. B. and W. H. Tang (1995), Reliability-based design for waste containment systems, Proceedings of the Specialty Conference Geoenvironment 2000 (eds. Y.B. Acar and D.E. Daniel), New Orleans, Louisiana, Feb. 24 26, Geotechnical Special Publication No. 46, ASCE, pp. 499 513. 8. Giroud J. P. and R. Bonaparte (1989), Leakage through liners constructed with geomembranes - Part II. Composite Liners, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 8, pp. 71-111. 9. Giroud J. P., A. Khatami and K. Badu-Tweneboah (1989), Evaluation of the rate of leakage through composite liners, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 8, pp. 337-340. 10. U.S. Environmental Protection Agency - USEPA (2004), Survey technologies for monitoring containment liners and covers, EPA 542-R-04-013, US EPA, Washington, DC. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 9

11. Γαβριηλίδης Λ. (2004), Προσωπική επικοινωνία. 12. Bagchi A. (1994), Design, construction, and monitoring of landfills, 2 nd Edition, John Wiley & Sons. 13. Bonaparte R. (1995), Long-term performance of landfills, Proceedings of the Specialty Conference Geoenvironment 2000 (eds. Y.B. Acar and D.E. Daniel), New Orleans, Louisiana, Feb. 24 26, Geotechnical Special Publication No. 46, ASCE, pp. 514 553. 14. Σκυλάκης Ε. (2004), Μεθοδολογία επιλογής συστηµάτων στεγάνωσης και παρακολούθησης πυθµένα ΧΥΤΑ, ιπλωµατική Εργασία, Τοµέας Γεωτεχνικής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. 15. USEPA (2002), National primary drinking water standards, EPA 816-F-02-013, US EPA, Washington, DC. 16. USEPA (2002), Technical approaches to characterizing and cleaning up brownfields sites: Railroad Yards, EPA 625-R-02-007, Appendix D, US EPA, Washington, DC. 17. USEPA (2001), Groundwater pump and treat systems: Summary of selected cost and performance information at Superfund-financed sites, EPA 542-R-01-021a, US EPA, Washington, DC. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 10