4. ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ ΧΥΤΑ 4.1 Χωρητικότητ Ο σχεδισμός ενός ΧΥΤΑ πιτεί την επιλογ διφόρων γεωμετρικών (π.χ., ύψος, κλίση πρνών, σχμ βάσεως) κι λειτουργικών πρμέτρων (π.χ., ύψος στρώσεων, πάχος κλύψεων, βθμός συμπύκνωσης). Γι την διευκόλυνση του σχεδισμού, έχουν νπτυχθεί εξισώσεις, οι οποίες συσχετίζουν την χωρητικότητ με την ενεργό βάση του χώρου (εμβδόν στην επιφάνει του εδάφους). Θεωρούμε μί τυπικ τομ ΧΥΤΑ, όπως φίνετι στο Σχμ 4-1, γι μεικτού τύπου ΧΥΤΑ (υπόγειο κι υπέργειο τμμ). Σχμ 4-1. Γεωμετρικά χρκτηριστικά μικτού τύπου ΧΥΤΑ (Πηγ: Aivaliotis et al., 2004) Οι σχεδιστικές κι λειτουργικές πράμετροι υτού του τύπου ΧΥΤΑ προυσιάζοντι στον Πίνκ 4-1. Σύμφων με τους Aivaliotis et al. (2004), γι την περίπτωση που το βάθος του υπογείου τμμτος είνι 10 m (H F 10 m), υπάρχει μί συνάρτηση μετξύ της χωρητικότητς του ΧΥΤΑ κι του εμβδού της ενεργού βάσεως, η οποί περιγράφετι πό την εξίσωση 1: γ 1, 8 ( 0, ) γ, A,47 92 A κι 25 < A < 1000 (1) όπου: γ,α χωρητικότητ ΧΥΤΑ σε χιλιάδες m A εμβδόν ενεργού βάσεως σε στρέμμτ γ 0 γι κύκλο γ λ γι ορθογώνιο με πλευρές 1:λ 1
Γι επίγειο ΧΥΤΑ, ισχύει η εξίσωση (2) (Αϊβλιώτης, 1998): β KA όπου: χωρητικότητ ΧΥΤΑ σε χιλιάδες m A εμβδόν ενεργού βάσεως σε στρέμμτ Κ, β στθερές εξρτώμενες πό το σχμ της βάσεως (2) Η εξίσωση (2) λμβάνει τις κόλουθες μορφές γι διάφορ σχμτ βάσεως: 1,17A 1,01A 0,87A 0,59A 1,5 1,5 1,5 1,5 γι κύκλο γι τετράγωνο γι ορθογώνιο με λόγο πλευρών 1:2 γι ορθογώνιο με λόγο πλευρών 1:5 Πίνκς 4-1. Δικύμνση τιμών σχεδιστικών κι λειτουργικών πρμέτρων ΧΥΤΑ μικτού τύπου (Πηγ: Aivaliotis et al., 2004) Έν σκρίφημ (τομ κι κάτοψη) ενός υπερεδάφιου ΧΥΤΑ προυσιάζετι στο Σχμ 4-2, ενώ τυπικές πράμετροι σχεδισμού προυσιάζοντι στον Πίνκ 4-2. 2
Σχμ 4-2. Τομ κι κάτοψη τυπικού υπερεδάφιου ΧΥΤΑ (Πηγ: Αϊβλιώτης, 1998)
Πίνκς 4-2. Τυπικές πράμετροι σχεδισμού του υπερεδάφιου ΧΥΤΑ του Σχμτος 4-2 (Πηγ: Αϊβλιώτης, 1998) Πράμετροι/Δεδομέν Σύμβολο Μονάδες «Τυπικ τιμ» Ύψος τμπνιού m 2,50 Κλίση πρνών s m/m 0, Πλάτος μετώπου ημερσιων εργσιών z m 6,00 Πλάτος ζώνης μετξύ τμπνιών q m 0,50 Πάχος χωμάτων οριζόντις κάλυψης κυττάρων m 0,0 Πάχος χωμάτων κάλυψης κεκλιμένης πλευράς κυττάρων v m 0,15 Πάχος χωμάτων κάλυψης μετώπου εργσίς y m 0,15 Πάχος τελικς εξωτερικς επικάλυψης u m 1,50 Πυκνότητ πορριμμάτων μετά την «τφ» b tn/m 0,8 Πράδειγμ Ν υπολογισθεί το εμβδόν της ενεργού βάσεως ενός ΧΥΤΑ (βάση στην επιφάνει του εδάφους), ότν η συνολικ ποσότητ των ΑΣΑ γι μί δεκετί είνι 9000 ton κι η πυκνότητά τους στον ΧΥΤΑ είνι 0,7 ton/m. Ν θεωρηθεί ότι το σχμ της ενεργού βάσεως είνι ορθογώνιο με λόγο πλευρών 1:2. Ο υπολογισμός ν γίνει γι δύο περιπτώσεις: (1) Γι μεικτού τύπου ΧΥΤΑ με βάθος υπογείου τμμτος 10 m κι κλίση όλων των πρνών 1:. (2) Γι υπέργειο ΧΥΤΑ. Λύση Ο όγκος των ΑΣΑ σε συμπιεσμένη μορφ στον ΧΥΤΑ είνι: 900ton 561429m 0,7ton / m (1) Γι μεικτού τύπου ΧΥΤΑ με βάθος υπογείου τμμτος 10 m κι κλίση όλων των πρνών 1:, ισχύει η εξίσωση (1). Μεττρέπομε τον όγκο σε χιλιάδες m κι ντικθιστούμε: γ 1, 8 γ, A,47( 0, 92) A 2 1, 8 ( 0,92) 561,5,47 A 4
A 1,8,47 561,5 ( 0,92) 2 1 1,8 A 191,181 45στρέμμτ (2) Γι υπέργειο ΧΥΤΑ, ισχύει η εξίσωση (2) 0,87A 1,5 561,5 0,87A A 1,5 561,5 0,87 1,5 1/1,5 561,5 A 68, 6στρέμμτ 0,87 Όπως νμένετι, ο υπέργειος ΧΥΤΑ πιτεί μεγλύτερη ενεργό βάση (βάση στην επιφάνει του εδάφους). 4.2 Σχεδισμός ημερσιου κυττάρου Το ημερσιο κύττρο ποτελείτι πό τ συμπιεσμέν πορρίμμτ μίς ημέρς, τ οποί κλύπτοντι με στρώση εδφικού υλικού (Σχμ 4-). Το ημερσιο κύττρο έχει περίπου σχμ πρλληλεπιπέδου κι η κάλυψη γίνετι στις τρεις (εκτεθειμένες) πό τις έξι έδρες του, τοι στην οριζόντι (επάνω), το έν πλευρικό πρνές κι το μέτωπο εργσίς. Η ποσότητ του εδάφους, η οποί πιτείτι γι την λειτουργί του χώρου, επηρεάζει σημντικά την χωρητικότητ υτού. Η ημερσι κάλυψη εκφράζετι ως λόγος του όγκου του συμπιεσμένου εδάφους προς τον όγκο των συμπιεσμένων πορριμμάτων κι δύντι ν υπολογισθεί πό την εξίσωση () (Panagiotakopoulos and Dokas, 2001). ε 1 + 2 + ( ME) sinϕ Lsinϕ () όπου: ε όγκος συμπιεσμένου εδφικού κλύμμτος, L όγκος συμπιεσμένων πορριμμάτων, L 1 πάχος εδφικού κλύμμτος στην επάνω έδρ του κυττάρου, L 2 πάχος εδφικού κλύμμτος στο πλευρικό πρνές του κυττάρου, L πάχος εδφικού κλύμμτος στο μέτωπο εργσίς του κυττάρου, L ύψος συμπιεσμένων πορριμμάτων, L 5
ΜΕ μκος μετώπου εργσίς, L φ κλίση πρνών σε μοίρες Σχμ 4-. Η γεωμετρί ενός ιδνικού κελίου (Πηγ: Panagiotakopoulos and Dokas, 2001) Ο σχεδισμός του κυττάρου πρέπει ν ποσκοπεί στην ελχιστοποίηση του λόγου ε /, ώστε ν μεγιστοποιηθεί η χωρητικότητ του ΧΥΤΑ. Η μθημτικ διτύπωση του προβλμτος έχει ως εξς (Panagiotakopoulos and Dokas, 2001): Γι δοθείσ ημερσι πργωγ πορριμμάτων, Μ, δοθείσ in-situ πυκνότητ, ρ, κι δοθέντ πάχη κλύμμτος 1, 2,, ν υπολογισθούν οι πράμετροι, L, ΜΕ κι φ, ώστε ν ελχιστοποιείτι ο λόγος ε /. Σε μθημτικούς όρους, ισχύει: ε 1 + M ρ min max 0 ϕ ϕ max ME ME 2 + ( ME) sinϕ Lsinϕ L( ME) min ME max 6
Τ μέγιστ κι ελάχιστ των πρμέτρων, ΜΕ κι φ επιλέγοντι με λειτουργικά, συνθως, κριτρι. Το πρόβλημ βελτιστοποίησης δύντι ν λυθεί, χρησιμοποιώντς την εντολ Επίλυση (Solver) του Excel. Η πυκνότητ του συμπιεσμένου ποβλτου εκτιμάτι πό κτγρφές των ποσοττων των εισερχομένων πορριμμάτων κι του όγκου που κτλμβάνουν in-situ. Η πυκνότητ του εδφικού κλύμμτος είνι περίπου 2600 kg/m. Η πυκνότητ των συμπιεσμένων πορριμμάτων (χωρίς κάλυμμ) κυμίνετι πό 600 900 kg/m. Σε ΧΥΤβιοντιδρστρες, η προσθκη ύδτος υξάνει την in-situ πυκνότητ. Ο βθμός συμπίεσης σε ΧΥΤ-βιοντιδρστρες πρέπει ν είνι μικρότερος σε σχέση με συμβτικό ΧΥΤ, γι ν διευκολύνετι η κίνηση του ύδτος εντός της μάζς των πορριμμάτων. Πράδειγμ Ν υπολογισθούν οι διστάσεις του ημερσιου κυττάρου κι ο λόγος του όγκου του εδάφους κάλυψης προς τον όγκο των πορριμμάτων, χρησιμοποιώντς τ εξς δεδομέν: Ημερσι πργωγ πορριμμάτων 00 ton, πυκνότητ σε συμπιεσμένη μορφ 700 kg/m, μέγιστο ύψος κυττάρου m, μέγιστο μκος μετώπου εργσίς 0 m, πάχη εδφικού κλύμμτος 0,0 m, 0,20 m κι 0,15 m γι την άνω, πλάγι κι μπροστιν πλευρά του κυττάρου, ντιστοίχως. Λύση Ένς λογικός σχεδισμός κυττάρου θ τν ο εξς: Ύψος κυττάρου m, μκος μετώπου εργσίς ME 0 m κι κλίση πρνών φ 20 ο (sin20 o 0,4202201). Ο όγκος που κτλμβάνουν τ πορρίμμτ είνι: M 00ton 429m ρ 0,7ton / m Το μκος του κυττάρου είνι: 429m L 4, 8m ( ME) ( 0m)( m) Ο λόγος των όγκων εδάφους κι πορριμμάτων υπολογίζετι πό την εξίσωση: 7
ε 0,0m + 0,20 ( ME) sinϕ Lsinϕ m ( 0m) sin 20 ( 4,8 m) 0,15m sin 20 1 2 + + + 0,212 Εάν, τώρ, προχωρσουμε στη βελτιστοποίηση του σχεδισμού του κυττάρου, το πρόβλημ διτυπώνετι ως εξς: Γι δοθείσ ημερσι πργωγ πορριμμάτων, Μ, κι δοθείσ in-situ πυκνότητ, ρ, ν υπολογισθούν οι πράμετροι, L, ΜΕ κι φ, ώστε ν ελχιστοποιείτι ο λόγος ε /. Σε μθημτικούς όρους, ισχύει: ε 1 + 2 + ( ME) sinϕ Lsinϕ ( ME) L 0, 0 ME 0, 0 ϕ 20 Η βελτιστοποίηση, γι πράδειγμ με την εντολ Επίλυση (Solver) του Excel, δίδει τις εξς βέλτιστες τιμές: β m, L β 10,4 m, ΜΕ β 1,8 m, φ β 20 ο κι ( ε / ) β 0,185. Οι βέλτιστες τιμές ντιστοιχούν σε ελάττωση του λόγου κτά 14,6%. 4. Κόστος ΧΥΤΑ Ισχύουν οι εξς συνρτσεις κόστους γι τον υπολογισμό της ρχικς δπάνης κτσκευς (ΑΔ σε ευρώ) ενός ΧΥΤΑ, ως συνάρτηση της δυνμικότητς σχεδισμού (Χ σε tons/y) (Tsilemou and Panagiotakopoulos, 2006): 0,6 AΔ 6000X γι 500 X 60000 (4) 0,7 AΔ 500X γι 60000 X 1500000 (5) Οι ντίστοιχες εξισώσεις γι το λειτουργικό κόστος (ΛΚ σε ευρώ/ton) είνι: 0, ΛK 100X γι 500 X 60000 (6) 0, ΛK 150X γι 60000 X 1500000 (7) Οι νωτέρω εκτιμσεις κόστους νφέρετι σε τιμές 200 κι πιτούντι διορθώσεις γι τ επόμεν έτη, χρησιμοποιώντς τον κτάλληλο συντελεστ επικιροποίησης. Πράδειγμ Ν υπολογισθεί η ρχικ δπάνη κι το λειτουργικό κόστος ενός ΧΥΤΑ δυνμικότητος 50000 ton/y. Η εκτίμηση ν γίνει γι το 2015, χρησιμοποιώντς μέσο συντελεστ επικιροποίησης %. 8
Λύση Γι την ρχικ δπάνη, χρησιμοποιείτι η εξίσωση (4): 0,6 0,6 AΔ 6000X ( 6000)( 50000).958.524ευρώ Επικιροποίηση γι το 2015: (2015 200) 12 AΔ AΔ ( 1,0) (.958.524)( 1,0) 5.64.908ευρώ 2015 200 Γι το λειτουργικό κόστος χρησιμοποιείτι η εξίσωση (6): 0, 0, ΛK 100X ( 100)( 50000),89ευρώ / ton Επικιροποίηση γι το 2015: (2015 200) 12 ΛK ΛK ( 1,0) (,89)( 1,0) 5,55 ώ / ton 2015 200 ευρ 4.4 Βιβλιογρφί Αϊβλιώτης, Β. Συνρτησικές σχέσεις γι το σχεδισμό χώρων υγειονομικς τφς πορριμμάτων. Διδκτορικ Διτριβ, Τμμ Πολιτικών Μηχνικών, Δημοκρίτειο Πνεπιστμιο Θράκης, Ξάνθη (1998). Aivaliotis,., Dokas, I., Hatzigiannakou, M., Panagiotakopoulos, D. Functional relationsips of landfill and landraise capacity it design and operation parameters. Waste Management and Researc, 22, 28 290 (2004). Panagiotakopoulos, D., Dokas, I. Design of landfill daily cells. Waste Management and Researc, 19, 2 41 (2001). Tsilemou K. and Panagiotakopoulos D. Approximate cost functions for solid aste treatment facilities, Waste Management and Researc, 24, 10 22 (2006). 9