Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of numerical modeling in analysis of the operation of a storm sewage system

Musz-Pomorska A., Widomski M. K., Kępa J.

Proceedings of ECOpole

|

2018

|

Vol. 12, No. 2

307--313

EN

The increase in paved surfaces area in cities, in relation to the natural permeable areas, results in increased loads of pollutants transported by the storm sewage system directly to the receivers. Storm wastewater, as it was reported in literature, in dependence to the type and of urbanized basin and manner of drainage contains significant concentration of pollutants, mainly: Total Suspended Solids (TSS), Total Nitrogen (TN), Total Phosphorus (TP), heavy metals and oil derivatives. In according with the Water Framework Directive, in many European countries, the alternative methods of managing rain sewage are being developed, allowing retention and purification of storm water at the place of its formation. In the case of existing storm swage networks, the numerical analysis of hydraulic conditions and quantitative assessment of transported pollutants may support actions taken to protect the natural ecosystems against the exceeding the permissible concentrations of pollutants. This paper presents the results of modelling of hydraulic parameters and quality conditions of storm wastewater in a selected part of the urban storm sewage system. The USEPA’s (United States Environmental Protection Agency) software SWMM 5 (Storm Water Management Model) was applied to our studies. Three different rainfall events of various intensity and time duration were studied in our research. The conducted simulation tests enabled the analysis of the sewage flow rate, the canals filling height as well as the concentrations and loads of TSS, TP, TN at the outlet from the sewage system to the receiver. The results of the performed calculations showed that in the case of low-intensity rainfall, the unfavourable hydraulic conditions are present in the studied network. At the same time, the occurrence of storm event or extreme rainfall can lead to the flushing of deposits collected at the basin surface as well as at the bottom of pipes and the increase in loads of pollutants transported to the receiver.

PL

Wzrost udziału powierzchni utwardzonych w stosunku do naturalnych powierzchni przepuszczalnych miast powoduje wzrost ładunków zanieczyszczeń przenoszonych przez system kanalizacji deszczowej bezpośrednio do odbiorników. Ścieki deszczowe, jak wykazują badania literaturowe, w zależności od sposobu wykorzystania odwadnianej powierzchni zurbanizowanej przenoszą znaczne ładunki zanieczyszczeń, głównie zawiesiny ogólnej, ChZT, BZT, metali ciężkich czy związków ropopochodnych. Zgodnie z Ramową Dyrektywą Wodną w wielu krajach europejskich podejmowane są działania mające na celu rozwój alternatywnych metod zagospodarowania ścieków deszczowych, umożliwiających ich zatrzymywanie i oczyszczanie w miejscu ich powstawania. W przypadku istniejących już sieci deszczowych numeryczna analiza warunków hydraulicznych oraz ocena ilościowa transportowanych zanieczyszczeń może wspomóc działania podejmowane w celu ochrony naturalnych ekosystemów przed wzrostem/przekroczeniem dopuszczalnych stężeń zanieczyszczeń. W pracy zaprezentowano wyniki badań modelowych warunków hydraulicznych oraz jakościowych transportowanych ścieków deszczowych w wybranym fragmencie sieci deszczowej. Badania przeprowadzono w programie SWMM 5 przy założeniu zróżnicowanego natężenia deszczu oraz czasu jego trwania. Przeprowadzone badania symulacyjne umożliwiły analizę prędkości przepływu ścieków, wysokości napełnienia ścieków w przewodach, a także stężeń i ładunków zanieczyszczeń zawiesiny ogólnej, fosforu i azotu na wylocie z układu kanalizacyjnego do odbiornika. Wyniki przeprowadzonych obliczeń wykazały, iż w sieci kanalizacji deszczowej w przypadku opadów o niewielkim natężeniu panują niesprzyjające warunki hydrauliczne. Jednocześnie występowanie deszczów burzowych czy ekstremalnych może prowadzić do wymywania osadów zgromadzonych na dnie przewodów i wzrostu zanieczyszczeń przenoszonych do odbiornika.

2

Analiza rozprzestrzeniania się chloru w gminnej sieci wodociągowej

Musz-Pomorska A., Widomski M. K., Pyła A.

Proceedings of ECOpole

|

2018

|

Vol. 12, No. 2

531--537

PL

Woda w punkcie odbioru powinna spełniać wymagania opisane w dyrektywie europejskiej z 2015 r. oraz rozporządzeniu ministra zdrowia z 2015 r. Zapewnienie odpowiednich parametrów wody pitnej wymaga właściwej kontroli jej jakości na całej długości systemu dystrybucji, doboru odpowiednich metod jej uzdatniania, stosowania odpowiednich materiałów w całych systemie jej dystrybucji, a także podejmowania stosownych działań w sytuacji wystąpienia jej zanieczyszczenia, np. prowadzenie stałej lub okresowej dezynfekcji. Celem prezentowanych badań jest analiza rozprzestrzeniania chloru w gminnej sieci wodociągowej. Badania przeprowadzono w programie Epanet 2.0 przy zastosowaniu modelu hydraulicznego badanej sieci. Do obliczeń symulacyjnych rozkładu chloru przyjęto pierwszorzędową reakcję jego rozkładu oraz literaturowe wartości stałych szybkości rozkładu w masie wody kb = 0,09 h–1 oraz w warstwie przyściennej przewodu kw = 0,041 h–1. Założono również, iż dawka chloru w wysokości 0,3 mg·dm–3 wprowadzana jest do sieci przez założony czas trwania symulacji. Dodatkowo przeprowadzono symulację wieku wody dla warunków gospodarczych pracy sieci wodociągowej. Czas trwania symulacji wynosił odpowiednio 120 h dla badań rozkładu chloru oraz 480 h dla analizy wieku wody. Wyniki badań symulacyjnych rozprzestrzeniania chloru w sieci wykazały, iż nawet po 5 dobach istnieją w sieci przewody, w których stężenie chloru wolnego jest mniejsze od 0,01 mg·dm–3. W przewodach tych nie ma zapewnionej wymaganej ochrony mikrobiologicznej wody. Wiek wody w badanej sieci kształtuje się od 12 h w obrębie stacji wodociągowej do ponad 192 h w końcowych fragmentach sieci.

EN

Tap water delivered to customers should meet the drinking water requirements determined by EU and Polish biding law. Assuring the proper qualitative parameters of drinking water requires the necessary control of water quality along all length of distribution system, selection of proper methods of water treatment, application of suitable piping materials as well as countermeasures in case of water quality deterioration, i.e. performing permanent or periodical disinfection. The aim of this paper is to analyze chlorine distribution in rural water supply system. Our studies were based on numerical hydraulic model of the studied network developed in Epanet 2.0 modeling software. The first order chlorine decay reaction was assumed to modeling studies, with applied literature values of decay rate in water mass kb = 0.09 h–1 and in boundary layer kw = 0.041 h–1. It was also assumed that chlorine in dose of 0.3 mg·dm–3 was introduced to the network during time duration of simulation. Additionally, the simulations of water age for various variants of water supply network operation were performed. Time duration assumed for modeling of chlorine decay was equal to 120 h and for water age analysis 480 h. The obtained results of chlorine decay simulation showed that even after 5 days there were observed pipelines in which the observed calculated concentration of free chlorine was lower than 0.01 mg·dm–3. Thus, the required microbiological protection of water quality in these pipelines is unavailable. The determined water age in the studied rural network was in age from 12 hours in water supply station to over 192 hours in the end parts of the system.

3

Modeling of benzene propagation through cracked compacted clay liner of municipal waste landfill

Widomski M. K., Musz-Pomorska A., Stępniewski W., Horn R.

Proceedings of ECOpole

|

2017

|

Vol. 11, No. 2

453--459

EN

This paper presents the results of numerical simulation of benzene migration, pollutant usually observed in landfill leachate, through the bottom compacted clay liner of municipal waste landfill. Our calculations were performed in FEFLOW, DHI software for two tested clay specimens of different plasticity, compacted according to PN-B-04481:1988 and ASTM D698-12e2 and subjected to three cycles of shrinkage and swelling. The plasticity of tested clay materials was determined by the standard methods and classified according to Unified Soil Classification System, ASTM D2487-11. Saturated hydraulic conductivity of compacted tested clay materials was measured by the laboratory falling head permeameters for compacted soils meeting the requirements of ASTM D5856-95. Saturated hydraulic conductivity of the tested substrates after three cycles of drying and rewetting was measured by the falling and constant head laboratory permeameter. Water retention curve parameters were determined in the range of 0-15 bar by sand box and pressure chambers with ceramic plates. The obtained results showed influence of shrinkage and swelling of clays on leachate seepage, triggering benzene migration, through the cracked compacted bottom liner.

PL

Przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych migracji benzenu, zanieczyszczenia często wchodzącego w skład odcieków składowiskowych, przez dolną barierę geologiczną składowiska odpadów komunalnych. Obliczenia przeprowadzono za pomocą programu FEFLOW, DHI dla dwóch wybranych gruntów ilastych o różnej plastyczności, zagęszczonych według PN-B-04481:1988 i ASTM D698-12e2 oraz poddanych kilku cyklom osuszania i nawilżania. Plastyczność badanych gruntów ilastych określono metodami standardowymi i sklasyfikowano wg Unified Soil Classification System, ASTM D2487-11. Współczynniki filtracji wykorzystanych gruntów po zagęszczeniu wyznaczono za pomocą zgodnych z wymaganiami ASTM D5856-95 przepuszczalnościomierzy do gruntów zagęszczonych. Pomiary współczynnika filtracji zastosowanych gruntów ilastych po trzech cyklach osuszania i nawilżania wykonano za pomocą przepuszczalnościomierza laboratoryjnego. Właściwości retencyjne gruntów w zakresie 0-15 bar wyznaczono za pomocą bloku pyłowego oraz komór ciśnieniowych z płytami ceramicznymi. Uzyskane wyniki obliczeń numerycznych wykazały wpływ cyklicznego osuszania i nawilżania gruntów ilastych na przesiąk odcieków oraz migrację benzenu przez spękaną dolną zagęszczoną przesłonę mineralną składowiska.

4

Analiza porównawcza związków organicznych migrujących z rur PEHD do wody

Musz-Pomorska A., Widomski M. K.

Proceedings of ECOpole

|

2017

|

Vol. 11, No. 1

221--229

PL

Przewody wodociągowe z tworzyw sztucznych, w tym z polietylenu dużej gęstości (PEHD), w wyniku degradacji materiału, mogą uwalniać do wody różnego rodzaju związki organiczne: przeciwutleniacze, stabilizatory oraz produkty ich degradacji. Celem prezentowanych badań jest jakościowe i ilościowe porównanie związków organicznych migrujących do wody z dwóch nowych rur PEHD o średnicy 32 mm i grubości ścianki 3,0 mm, zakupionych u różnych producentów. Pomiary laboratoryjne wykonywane były za pomocą wielokanałowego chromatografu gazowego Trace Ultra Thermo sprzężonego ze spektrometrem mas Polaris Q. Przeprowadzone badania wykazały, iż badane rury różnią się względem siebie i zawierają różne związki organiczne, co wskazuje na potrzebę badań rur wykonanych z tych samych materiałów, ale pochodzących od różnych producentów. Porównanie związków organicznych migrujących do wody oraz ich stężeń w wodzie potwierdziło występowanie różnic pomiędzy badanymi materiałami. Z obu rur do wody zaobserwowano migrację przeciwutleniacza butylohydroksytoluenu (BHT), naftalenu, styrenu i benzenu. W pracy dokonano również wstępnej analizy ilościowej uwalniania BHT z materiału rur do wody. Na podstawie zmierzonych stężeń BHT w wodzie oraz pomierzonej wartości stężenia badanego przeciwutleniacza w materiale przewodu czas jego wymywania z materiału do wody oszacowano na około 29 lat.

EN

Water pipes made of plastics, including high density polyethylene (HDPE), as a result of their material degradation may release to water the various types of organic compounds: antioxidants, stabilizers and products of their degradation. The aim of the presented studies was to compare the organic compounds migrating into the water from the new PEHD pipes with diameter of 32 mm and wall thickness of 3.0 mm. The tested pipes were purchased directly from different manufacturers. Our laboratory measurements were performed with application of a multi-channel gas chromatograph Ultra Trace Thermo coupled with mass spectrometer Polaris Q. The conducted studies showed that the tested pipes were different from each other and contained various organic compounds. Thus, the need for testing the pipes produced of the same materials but made by the different manufacturers was underlined. The qualitative comparison of organic compounds migrating into the water confirmed the differences between the two tested materials. The migration of the antioxidant butylated hydroxytoluene (BHT), benzene naphthalene and styrene was observed for both tested pipes. The preliminary analysis of the quantitative release of BHT from pipe material into the water was also included in this paper. Basing on the measured concentration of BHT in water and the measured value of the concentration of the tested antioxidant in the material, the elution time from the material into water was estimated for approximately 29 years.

5

Sustainable Landfilling as Final Step of Municipal Waste Management System

Widomski M. K., Gleń P., Łagód G.

Problemy Ekorozwoju

|

2017

|

Vol. 12, nr 1

147--155

EN

This paper discusses the role of sustainable landfilling of municipal waste in the current systems of municipal waste management systems as the manner of final disposal of wastes. The actual data considering share of landfilling as final waste disposal in various countries all over the world allowed to asses importance of this method. Special attention was paid to sustainable landfilling in developing or undeveloped courtiers of low economic incomes. Then, the paradigm of sustainable landfilling was presented and the most effective methods of landfill isolation by liners were discussed. The compacted clay liners were presented as the gainful option for the developing countries. The main determinants of the compacted clay liners’ longterm liner sustainability were described as hydraulic conductivity, swell-shrinkage properties and, finally, ability of soil/substrate to sustain its hydraulic conductivity after cyclic drying and rewetting. Finally, possible application of low plasticity clays instead materials of high plasticity, prone to shrinking and swelling, to construction of sustainable compacted earthen liner was underlined.

PL

Praca przedstawia znaczenie zrównoważonego składowania odpadów komunalnych jako końcowego etapu ich utylizacji w ramach aktualnych systemów zagospodarowania odpadów komunalnych. W artykule zaprezentowano aktualne dane dotyczące procentowego udziału składowisk w końcowym zagospodarowywaniu odpadów komunalnych w różnych krajach na całym świecie. Zwrócono szczególna uwagę na rolę zrównoważonego składowania odpadów w krajach rozwijających się o niskich dochodach. Następnie zaprezentowano paradygmat zrównoważonych składowisk odpadów oraz przedyskutowano najefektywniejsze metody izolacji składowisk. Zagęszczone przesłony mineralne uznano jako atrakcyjną opcję dla krajów rozwijających się. Opisano najistotniejsze wyznaczniki długoterminowej zrównoważoności i trwałości zagęszczonych przesłon ilastych: przewodnictwo hydrauliczne, charakterystyki skurczu i pęcznienia oraz zdolność gruntu do utrzymania właściwości izolacyjnych po cyklicznym osuszaniu i nawilżaniu. Na koniec przedyskutowano możliwość stosowania iłów o niskiej plastyczności jako materiałów na przesłony mineralne zrównoważonych składowisk odpadów, w miejsce podatnych na skurz i pęcznienie wysokoplastycznych gruntów ilastych.

6

Seepage through municpal landfill clay liners after cyclic drying and rewetting

Widomski M. K., Stępniewski W., Horn R.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2017

|

Vol. 24, nr 1

101--112

EN

The sustainability of municipal landfills and quality of water-soil environment is being compromised by the leachate percolation through the bottom sealing liner. The compacted mineral liners, using clays of various plasticity to assure the saturated hydraulic conductivity lower than 1·10–9 m·s–1, are among the most popular isolations of municipal waste landfills. But high plasticity clays present significant expansivity so they are prone to swelling, shrinkage and resultant cracking. Swelling and shrinkage of compacted clay liners, caused by cyclic drying and watering of substrate, are irreversible and after several cycles may result in a huge increase in the hydraulic conductivity and drastically reduced sealing capabilities of compacted clay liners. This paper presents the assessment of selected substrates’ plasticity influence on the isolating capabilities of the municipal landfill’s bottom liner undergoing cyclic drying and rewetting. The plasticity of tested clay materials was determined and classified by the standard methods. Saturated hydraulic conductivity of the studied clays formed by the standard Proctor method was measured by the laboratory falling head permeameters for compacted soils. Measurements of saturated hydraulic conductivity of the tested substrates after three cycles of drying and rewetting were performed in the standard 100 cm3 steel cylinders by the falling and constant head laboratory permeameter. Shrinkage of the tested compacted specimens was determined also in the standard 100 cm3 steel cylinders and classified basing on dimensionless indicator COLE. Determination of water seepage through the tested bottom compacted clay liners was based on the standard form of Darcy law for the saturated conditions of soil medium. The obtained results showed influence of plasticity of clays on decrease in their sealing capabilities after several cycles of drying and rewetting and, by extension, undesirable increase in the seepage volume through the compacted bottom liner.

PL

Zrównoważoność składowisk odpadów komunalnych oraz jakość środowiska gruntowo-wodnego mogą być zagrożone przez infiltrację odcieków poprzez dno składowiska. Zagęszczone przesłony mineralne, wykonane z materiałów ilastych o różnej plastyczności, zapewniające współczynnik filtracji warstwy niższy niż 1 ·10–9 m ·s–1, są jednym z podstawowych sposobów zapewniania izolacji składowisk. Jednak grunty ilaste o wysokiej plastyczności są materiałami ekspansywnymi, podatnymi na pęcznienie, skurcz oraz spękanie. Pęcznienie i skurcz zagęszczonych gruntów ilastych wywołane przez kolejne, następujące po sobie cykle nawil żania i osuszania zagęszczonej ilastej przesłony mineralnej są nieodwracalne i po kilku cyklach mogą doprowadzić do znacznego zwiększenia przewodnictwa wodnego, jednocześnie drastycznie zmniejszając zdolności izolacyjne zagęszczonych iłów. Praca niniejsza przedstawia próbę oceny wpływu plastyczności wybranych gruntów ilastych na właściwości izolacyjne przesłony składowiska poddanej cyklicznemu osuszaniu i nawilżaniu. Plastyczność badanych gruntów określono metodami standardowymi i sklasyfikowano według Unified Soil Classification System. Współczynnik filtracji gruntów po zagęszczeniu wyznaczono za pomocą laboratoryjnych przepuszczalnościomierzy do gruntów zagęszczonych. Pomiary współczynnika filtracji dla próbek w cylindrach 100 cm3 po trzech cyklach osuszania i nawilżania przeprowadzono za pomocą przepuszczalnościomierza laboratoryjnego. Skurcz badanych próbek zagęszczonego gruntu pomierzono także w cylindrach 100 cm3 i sklasyfikowano z użyciem wskaźnika COLE. Obliczenia przesiąku przez dolną zagęszczoną warstwę izolacyjną składowiska oparto o standardową postać równania Darcy dla strefy saturacji. Uzyskane wyniki wykazały wpływ plastyczności iłów na zmniejszenie ich właściwości izolacyjnych po kolejnych cyklach osuszania i nawilżania, a co za tym idzie niepożądany wzrost objętości przesiąku przez dolną warstwę izolacyjną składowiska.

7

Sustainability of Compacted Clays as Materials for Municipal Waste Landfill Liner

Widomski M. K., Stępniewski W., Horn R.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2016

|

Tom 18, cz. 2

439--454

PL

Poniższa praca przedstawia badania właściwości hydraulicznych gruntów wpływających na zrównoważoność i trwałość warstw izolacyjnych składowisk odpadów wykonanych z zagęszczonych gruntów ilastych. Badaniom poddano dwa rodzaje gruntów ilastych, o niskiej i wysokiej plastyczności, zagęszczane przy różnych wilgotnościach wg PN-B-04481:1988. Materiały ilaste do badań zostały pobrane w Łążku Ordynackim i Gawłówce, województwo lubelskie. Podstawowe właściwości gruntów tj. skład granulometryczny, mineraologię oraz granice stanów i konsystencji określono za pomocą standardowych metod. Badania polowe współczynnika filtracji wykonano za pomocą przepuszczalnościomierza do gruntów drobnoziarnistych GeoN, Geo Nordic, Szwecja. Badania przewodnictwa badanych gruntów po zagęszczeniu zrealizowano za pomocą przepuszczalnościomierzy H-4145, Humboldt Mfg. Co, USA spełniających wymagania ASTM D5856-95. Potencjał i charakterystyka skurczu, oraz możliwe spękanie, zostały opisane za pomocą dwóch bezwymiarowych wskaźników skurczu, rs i COLE. Następnie, za pomocą przepuszczalnościomierza laboratoryjnego IMUZ, Polska zbadano przewodnictwo wodne badanych gruntów po trzech kolejnych cyklach osuszania i nawilżania. Wg klasyfikacji USDA grunt pobrany w Łążku Ordynackim zakwalifikowano jako ił pylasty a materiał z Gawłówki jako glinę piaszczysto-ilastą. W nawiązaniu do wyznaczonych granic stanów i konsystencji oraz klasyfikacji USCS (Unified Soil Classification System) grunt z Łążka Ordynackiego zidentyfikowano jako ił o wysokiej plastyczności, wysokim potencjale pęcznienia i średnim potencjale skurczu, zaś materiał pobrany w Gawłówce rozpoznano jako ił o niskiej plastyczności oraz niskich potencjałach pęcznienia i skurczu. Obydwa badane grunty charakteryzowały się współczynnikiem filtracji w warunkach naturalnych niższym niż powszechnie wymagana wartość Ks = 1.010-9 m s-1. Badane materiały charakteryzowały się różnymi właściwościami po zagęszczeniu. W obydwu przypadkach po zagęszczeniu udało się osiągnąć przewodnictwo wodne znacznie niższe niż wymagana wartość ale zaobserwowano różnice w pęcznieniu i skurczu. Zawierający więcej frakcji ilastej materiał z Łążka wykazał zdecydowanie wyższe charakterystyki pęcznienia i skurczu niż grunt z Gawłówki. Badana glina piaszczysto-pylasta wykazała także bezpieczniejsze dla zagęszczonej warstwy izolacyjnej, zmniejszające ryzyko spękania, pionowe odkształcenie w czasie wysychania. Żaden z badanych gruntów nie był w stanie utrzymać niskiego przewodnictwa hydraulicznego po trzech cyklach osuszania i nawilżania ale grunt pobrany w Gawłówce zapewnił chociaż częściowe właściwości izolacyjne, na poziomie 10-8-10-7 m s-1. Zatem, badany ił o niskiej plastyczności, w przeciwieństwie do materiału wysokoplastycznego, wykazujący niskie pęcznienie i skurcz oraz znaczną odporność na następujące po sobie, cykliczne, osuszanie i odwadnianie został uznany jako bardziej odpowiedni do konstrukcji zrównoważonej zagęszczonej przesłony mineralnej składowiska odpadów komunalnych.

8

Nitrogen removal from fish farms water by Lemna minor and Wolffia arrhiza

Sabliy L., Konontsev S., Grokhovska J., Widomski M. K., Łagód G.

Proceedings of ECOpole

|

2016

|

Vol. 10, No. 2

499--504

EN

It is extremely important for the productive fish farming with closed water systems to treat the water to the level allowing its reuse for fish production. This paper presents studies considering the possibility of water embryophyte application to assimilation of pollutants (mainly nitrogen compounds) solute in water of recirculation systems in fish farms. The results of experimental studies covering ammonium nitrogen removal from polluted water of fish farms by the tested Lemnoideae representatives (Lemna minor and Wolffia arrhiza) were presented. The obtained results confirmed the usefulness of phytoreactors application in wastewater treatment plants in fish farms.

PL

Dla wydajnej hodowli ryb w układach z zamkniętym systemem obiegu wodnego niezwykle ważne jest właściwe oczyszczanie wody do poziomu, który pozwala na jej ponowne wykorzystanie. W opracowaniu przedstawiono możliwość zastosowania wyższych roślin wodnych do asymilacji zanieczyszczeń rozpuszczonych w wodzie, głównie związków azotu. Zaprezentowane wyniki badań eksperymentalnych dotyczą usuwania azotu amonowego z zanieczyszczonej wody gospodarstw rybnych przedstawicielami rzęsowych (Lemnoideae) rzęsą drobną i wolfią bezkorzeniową. Wyniki te potwierdzają zasadność wykorzystania fitoreaktorów w obiektach oczyszczalni gospodarstw hodowli ryb.

9

Assessment of seepage through municipal landfill clay liners after cyclic drying and rewetting

Widomski M. K., Stępniewski W., Horn R.

Proceedings of ECOpole

|

2016

|

Vol. 10, No. 2

569--576

EN

One of the main threats to the sustainability of municipal landfills and quality of water-soil environment is being posed by the leachate percolation through the bottom sealing liner. The compacted mineral liners, utilizing clays of various plasticity to obtain the saturated hydraulic conductivity lower than 1·10–9 m·s–1, are one of the most popular manners of landfill isolation. However, the clayey substrates of high plasticity present a very high expansivity and are prone to swelling, shrinkage and cracking. Swelling and shrinkage of compacted clay liners, resulting from the cyclic drying and watering of clay substrate, are irreversible and after several cycles may result in a significant increase in the hydraulic conductivity and drastically decreasing sealing capabilities of compacted clay liners. This paper presents the attempt of determination the influence of the selected substrates’ plasticity for compacted clay liner of municipal landfill undergoing cyclic drying and rewetting on the isolating capabilities of the municipal landfill’s bottom liner. The plasticity of tested clay materials was determined and classified by the standard methods. Saturated hydraulic conductivity of the studied substrates compacted by the standard Proctor method was measured by the laboratory falling head permeameters for compacted soils. Measurements of saturated hydraulic conductivity of the tested substrates after three cycles of drying and rewetting were performed in the standard 100 cm3 steel cylinders by the falling and constant head laboratory permeameter. Determination of water seepage through the tested bottom compacted clay liners was based on the standard form of Darcy law for the saturated conditions. The obtained results showed influence of plasticity of clays on decrease in their sealing capabilities after several cycles of drying and rewetting and, by extension, undesirable increase in the seepage volume through the compacted bottom liner.

PL

Jednym z głównych zagrożeń dla zrównoważoności składowiska odpadów komunalnych oraz jakości środowiska gruntowo-wodnego jest infiltracja odcieków poprzez dno składowiska. Przesłony mineralne z materiałów ilastych o różnej plastyczności, zagęszczonych tak aby uzyskać współczynnik filtracji niższy niż 1·10–9 m·s–1, są jednym z podstawowych sposobów zapewniania izolacji składowisk. Jednakże grunty ilaste o wysokiej plastyczności są materiałami o wysokiej ekspansywności, podatnymi na pęcznienie, skurcz oraz spękanie. Pęcznienie i skurcz, powodowane przez następujące po sobie cykle nawilżania i osuszania ilastej zagęszczonej przesłony mineralnej, są nieodwracalne i po kilku cyklach mogą doprowadzić do znacznego zwiększenia przewodnictwa wodnego, zarazem drastycznie zmniejszając zdolności izolacyjne zagęszczonych iłów. Praca niniejsza przedstawia próbę określenia wpływu plastyczności wybranych gruntów przesłony mineralnej składowiska odpadów poddanego cyklicznemu osuszaniu i nawilżaniu na zdolności izolacyjne dolnej przesłony składowiska odpadów komunalnych. Plastyczność badanych gruntów określono metodami standardowymi i sklasyfikowano według Unified Soil Classification System. Współczynnik filtracji gruntów Marcin K. Widomski, Witold Stępniewski 576 and Rainer Horn w stanie pełnego nasycenia po zagęszczeniu wyznaczono za pomocą przepuszczalnościomierzy do gruntów zagęszczonych. Pomiary współczynnika filtracji po trzech cyklach osuszania i nawilżania przeprowadzono dla próbek w cylindrach 100 cm3 za pomocą przepuszczalnościomierza laboratoryjnego. Obliczenia przesiąku przez dolną zagęszczoną warstwę izolacyjną składowiska oparto na standardowej postaci równania Darcy’ego dla strefy saturacji. Uzyskane wyniki wykazały wpływ plastyczności iłów na zmniejszenie ich właściwości izolacyjnych po kolejnych cyklach osuszania i nawilżania, a co za tym idzie, niepożądany wzrost objętości przesiąku przez dolną warstwę izolacyjną składowiska.

10

Próba oceny wpływu rur wodociągowych z tworzyw sztucznych na wybrane właściwości organoleptyczne wody

Kowalska B., Guz Ł., Musz-Pomorska A., Widomski M. K.

Ochrona Środowiska

|

2016

|

Vol. 38, nr 1

53--56

PL

Migracja substancji organicznych ze ścianek przewodu polimerowego do wody wodociągowej może prowadzić do pogorszenia jej właściwości organoleptycznych, a zwłaszcza zapachu i smaku. Zaprezentowane badania miały na celu wyznaczenie wartości progowej liczby zapachu (TON) oraz progowej liczby smaku (TFN) w przypadku wody mającej kontakt z przewodami wodociągowymi wykonanymi z tworzyw sztucznych. Do badań wybrano rury wykonane z nieplastyfikowanego polichlorku winylu (PVC-U) (33,4 mm × 2,2 mm), polietylenu dużej gęstości (PE-HD) (32 mm × 2,4 mm) oraz polietylenu sieciowanego (PEX-b) (28,6 mm × 3,2 mm). Zastosowana procedura badawcza obejmowała przemywanie próbek przewodów wodą ultraczystą przez 1 h, przetrzymywanie próbek w wodzie ultraczystej przez 24 h w temperaturze 23°C, test na migrację zanieczyszczeń w czasie 72 h (wg EN 1420-1:1999), rozcieńczanie oraz ocenę wartości TON i TFN metodą pełną, parzystą, wyboru niewymuszonego (wg EN 1622:2006). W skład zespołu oceniającego smak i zapach wody wchodziło 5 osób, badania przeprowadzono w trzech powtórzeniach. Obliczona średnia wartość TON zawierała się w przedziale 3÷5, zaś TFN – 3÷6, przy czym największą wartość zaobserwowano w przypadku kontaktu wody z PE-HD, zaś najmniejszą – PVC-U. Wykazano, że spośród analizowanych materiałów polimerowych największy wpływ na właściwości organoleptyczne wody miał polietylen dużej gęstości, zaś najmniejszy – poli(chlorek winylu).

EN

Migration of organic substrates from polymer pipelines to tap water may result in deterioration of organoleptic water properties, especially its odor and flavor. The aim of the presented studies was to determine the threshold odor number (TON) and threshold flavor number (TFN) for water after its contact with plastic water supply pipelines. Unplasticized polyvinyl chloride PVC-U (33.4 mm×2.2 mm), high density polyethylene PE-HD (32 mm×2.4 mm) and cross-linked polyethylene PEX-b (28.6 mm×3.2 mm) were selected for studies. The analysis procedure covered pipe sample flushing with ultra pure water for 1 hour, sample storage in ultra pure water for 24 hours at 23°C, test for contaminant migration within 72 h (according to EN 1420-1:1999), dilution, and TON and TFN assessment by the complete and even method of the unforced choice (according to EN 1622:2006). The odor and flavor testing team consisted of 5 individuals, the measurements were repeated 3 times. The average calculated TON was in the range of 3–5 while TFN – 3–6. The highest value was observed for PE-HD and the lowest for PVC-U. Our studies demonstrated that PE-HD had the highest influence on organoleptic properties of water among the analyzed polymer materials, while the lowest influence was observed for PVC-U.

11

Influence of treated sewage discharge on the benthos ciliate assembly in the lowland river

Babko R., Kuzmina T., Suchorab Z., Widomski M. K., Franus M.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2016

|

Vol. 23, nr 3

461--471

EN

This paper presents results of the studies of ciliate assemblage in benthos of lowland river influenced by sewage discharged from the municipal wastewater treatment plant. During the presented research the 47 ciliate species, including 45 species from the benthos of the river and 18 from the activated sludge of aeration chamber were identified. Only two species registered in the activated sludge were not observed in the river. Against the background of the lowest number of species in the point located in the distance of 50 m below the discharge of sewage the maximum amount and biomass of these species were observed. Whereas, 200 m below the discharge the decrease in number and biomass of ciliate to the level noted for location before the discharge was observed. Thus, generalizing, one may state that influence of municipal WWTP sewage discharge for ciliate assemblage in the river’s benthos was clearly visible but local.

12

Economic analyses in sewage system designing for rural settlement – case study

Lewicka A., Widomski M. K., Łagód G.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2016

|

Vol. 9, no. 2

145--152

EN

The paper presents application of multivariate economic analysis to decision making process of selection of the most economically suitable concept of sanitary sewage system for a selected rural settlement in Poland. Analysis covered Drelow, Lublin Voivodeship, settlement area with 121 households with 421 residents and several municipal services. Three variants of sewage removal and treatment were developed: unconventional gravity-pressure network, gravity-pressure network combined with local domestic wastewater treatment plants (WWTPs) and full pressure sewerage network. In all variants, the container wastewater treatment plant of daily capacity 450 m3 day-1 was applied. Estimations of investment and exploitation costs for 30 years period operation were performed. Economic multivariate analysis was based on: Payback Period, Dynamic Generation Cost (DGC), Net Present Value (NPV) and Benefit-Cost Ratio (BCR). The obtained indicators were the input data for the weighted sum model allowing to select the most appropriate variant. Analysis showed that the most suitable was variant No 1. However, it was also noticed that all of the tested designs were ineffective economically.

PL

Praca przedstawia zastosowanie wariantowej analizy ekonomicznej w procesie decyzyjnym wyboru najkorzystniejszej koncepcji kanalizacji sanitarnej dla wybranej wiejskiej jednostki osadniczej. Analizami objęto Drelów, woj. lubelskie, jednostkę o 121 gospodarstwach i 421 mieszkańcach. Przeanalizowano trzy warianty odprowadzania i oczyszczania ścieków: sieć grawitacyjno-tłoczną, sieć grawitacyjną z odcinkami tłocznymi i oczyszczalniami przydomowymi oraz sieć ciśnieniową kanalizacji sanitarnej. We wszystkich wariantach zastosowano kontenerowe oczyszczalnie ścieków. Obliczenia ekonomiczne oparto o kosztorysy wstępne oraz oszacowane koszty eksploatacyjne dla okresu obejmującego 30 lat. W analizie wykorzystano wskaźniki: okres zwrotu, dynamiczny koszt jednostkowy (Dynamic Generation Cost), wartość bieżącą netto (Net Present Value) oraz wskaźnik kosztów i korzyści (Benefit-Cost Ratio). Wymienione wskaźniki stanowiły dane wejściowe do obliczenia sumy ważonej umożliwiającej wybór wariantu najodpowiedniejszego. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń za najkorzystniejszy ekonomicznie uznano wariant pierwszy, niemniej jednak wykazano, iż wszytkie badane koncepcje są nieopłacalne ekonomicznie.

13

Hydraulic properties of clay liners of waste landfills compacted at various water contents

Widomski M. K., Stępniewski W., Horn R.

Proceedings of ECOpole

|

2015

|

Vol. 9, No. 1

145--151

EN

According to the actual standards, municipal landfill cells, as highly dangerous to the natural environment, have to be isolated from the environment by liners in order to prevent the migration of anthropogenic pollutants. The properly prepared mineral liners sealing the top, sides and bottom of landfill limiting water infiltration to waste body and leachate seepage are the popular manner of landfills isolation. The mineral liners are usually constructed of compacted clay soils to obtain, the required value of the sealing layer saturated hydraulic conductivity lower than 1·10–9 m s–1. The value of hydraulic conductivity of saturated soil is directly affected by the molding water content during compaction. Additionally, the sustainability of clay liners is highly related to its shrinkage and swelling properties. This paper presents researches concerning the effects of molding water content of selected clay soil on saturated hydraulic conductivity and shrinkage/swelling properties of compacted soil as well as hydraulic properties of the top sealing liner, constructed according to the actual standards, of compacted clay material. Range of our studies covered the laboratory and field measurements as well as numerical modeling. Saturated hydraulic conductivity under the natural field conditions was measured by BAT probe, GeoNordic, hydraulic conductivity of the compacted clay soils was tested in the laboratory by Humboldt Mfg. Co. permeameters for compacted soils, according to ASTM D5856. Water retention characteristics of compacted soil in range of 0-15 bar were determined by application of sand box and pressure chambers with ceramic plates methods. The assessment of hydraulic properties of liner made of clay materials was performed for the 2012 hydrologic year by the method of numerical modeling of infiltration process for a selected section of landfill top cover constructed in Rastorf, Germany, adjusted to Polish standards. The numerical calculations were performed in FEFLOW, DHI-WASY modeling software.

PL

Zgodnie z aktualnymi wymogami prawnymi, składowiska odpadów jako szczególnie niebezpieczne dla środowiska muszą być izolowane przesłonami w celu zapobiegania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń antropogenicznych. Jednym ze sposobów zapewniania izolacji składowisk są odpowiednio przygotowane i zagęszczone przesłony mineralne, zabezpieczające pokrywę oraz dno i boki składowiska. Przesłony mineralne są najczęściej wykonywane z odpowiednio zagęszczonych gruntów ilastych, tak aby przepuszczalność hydrauliczna warstwy ekranującej była niższa niż 1·10–9 m·s–1. Wartość współczynnika przewodnictwa wodnego gruntu w stanie pełnego nasycenia zależy bezpośrednio od wilgotności ośrodka porowatego w czasie zagęszczania. Dodatkowo, żywotność i efektywność przesłon ilastych jest bezpośrednio uzależniona od charakterystyki skurczu i pęcznienia materiału ilastego. Niniejsza praca przedstawia próbę określenia wpływu wilgotności zagęszczania wybranego gruntu ilastego na przepuszczalność w stanie pełnego nasycenia, potencjał skurczu i pęcznienia gruntu oraz właściwości hydrauliczne przesłony składowiska odpadów wykonanej z zagęszczonego gruntu ilastego, zgodnie z obowiązującym stanem prawnym. Zakres pracy obejmował badania laboratoryjne, terenowe oraz modelowe. Przewodnictwo hydrauliczne gruntów w stanie naturalnym określono za pomocą polowej sondy BAT, GeoNordic, przewodnictwo zaś w stanie pełnego nasycenia po zagęszczeniu wyznaczono za pomocą przepuszczalnościomierzy Humboldt Mfg. Co. do gruntów zagęszczonych wg ASTM D5856. Charakterystykę retencyjną zagęszczonych gruntów w zakresie 0-15 bar wyznaczono za pomocą metody bloku pyłowego oraz komór ciśnieniowych z płytami ceramicznymi. Ocenę właściwości hydraulicznych przesłon wykonanych z badanych materiałów ilastych zrealizowano dla roku hydrologicznego 2012 poprzez modelowanie numeryczne procesu infiltracji przez wybrany fragment przykrycia składowiska odpadów w Rastorf, Niemcy, dostosowany do polskich wymagań prawnych. Badania symulacyjne przeprowadzono za pomocą programu obliczeniowego FEFLOW, DHI-WASY.

14

Sustainable Development of One of the Poorest Province of the European Union: Lublin Voivodeship, Poland – Attempt of Assessment

Widomski M. K., Gleń P., Łagód G., Jaromin-Gleń K. M.

Problemy Ekorozwoju

|

2015

|

Vol. 10, nr 2

137--149

EN

This paper presents the attempt of sustainable development assessment for one of the poorest regions of the European Union (EU), Lublin Voivodeship in Poland, during its first decade in the EU, i.e. 2004-2013. Our analyses, performed for all pillars of sustainability: social, economic and environmental-technical, were based on sustainable development indicators (SDIs). The set of 21 sustainable development indicators, based on freely available statistical data, was proposed in this paper. The SDIs for Lublin Voivodeship were compared to values for Poland and the European Union. The special attention was put to assessment of sustainable development diversification between urbanized and rural areas of Poland and Lublin province. Our analyses showed than both, Poland and Lublin Voivodeship, clearly developed during the last decade but their sustainable development is still endangered and slowed down by several causes. Moreover, the value of most tested sustainability indicators was significantly below the European mean.

PL

W artykule przedstawiono próbę oceny zrównoważonego rozwoju jednego z najbiedniejszych regionów Unii Europejskiej (UE), położonego w Polsce w województwie lubelskim, podczas jego pierwszej dekady w UE (lata 2004-2013). Przeprowadzone analizy, odnoszące się do wszystkich głównych filarów zrównoważonego rozwoju: społecznego, gospodarczego i środowiskowo-technicznego, oparto o wskaźniki zrównoważonego rozwoju (WZR). W pracy zaproponowano zestaw 21 wskaźników, opartych o ogólnodostępne dane statystyczne. WZR dla województwa lubelskiego zostały porównane z wartościami dla Polski i Unii Europejskiej. Szczególną uwagę położono na ocenę zróżnicowania stopnia rozwoju między obszarami zurbanizowanymi i wiejskimi w Polsce i na Lubelszczyźnie. Nasze analizy wykazały, iż oba obszary, Polska i województwo lubelskie, wyraźnie rozwinęły się w ciągu ostatniej dekady, ale ich zrównoważony rozwój jest wciąż zagrożony, bądź jest spowalniany, przez szereg przyczyn. Ponadto wartości większości badanych wskaźników zrównoważonego rozwoju plasowały się wyraźnie poniżej średniej europejskiej.

15

Analiza numeryczna przepływu wody przez zawór kulowy zamontowany na przewodzie PEX-Al-PEX

Dul K., Widomski M. K., Musz A.

Instal

|

2015

|

nr 11

36--39

PL

Niniejsza praca przedstawia analizę numeryczną przepływu wody przez zawór kulowy o średnicy nominalnej DN 15 zamontowany w instalacyjnym przewodzie warstwowym PEX-Al-PEX za pomocą zaciskowych połączeń rozłącznych. Przeprowadzono badania modelowe dla czterech stopni otwarcia zaworu 0°, 15°, 30°, 45° oraz zmiennego natężenia przepływu z zakresu 100-1120 dm3h-1 (Re z zakresu ok. 5000-30 000). Zaobserwowano wyraźną zależność pomiędzy stopniem zamknięcia zaworu, wartościami wektorów lokalnej prędkości przepływu oraz intensywności turbulencji a wielkością straty ciśnienia oraz wartością współczynnika oporu miejscowego. Badania modelowe pozytywnie zweryfikowano poprzez porównanie obliczonych współczynników oporu miejscowego z wynikami pomiarów laboratoryjnych przeprowadzonych na specjalnie do tego celu skonstruowanym stanowisku.

EN

This paper presents numerical analysis of water flow through DN 15 globe valve installed at PEX-Al-PEX pipe by push fittings. The numerical calculations were performed for four degrees of valve closure 0°, 15°, 30°, 45° and variable flow rate 100-1120 dm3·h-1 (Re in range of approx. 5000-30 000). The clear relation between closure degree, values of local velocity, turbulence intensity and value of pressure drop minor loss coefficient for the tested globe value were observed. The performed numerical calculations were positively validated by comparison of calculated values of minor loss coefficient to laboratory data obtained at specially constructed laboratory setup.

16

Wpływ materiału rur polietylenowych na jakość wody

Musz A., Kowalska B., Widomski M. K.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2015

|

Nr 1

2--6

PL

Przewody wodociągowe z tworzyw sztucznych, w tym z polietylenu dużej gęstości (PEHD), w wyniku degradacji materiału, mogą uwalniać do wody różnego rodzaju związki organiczne. Niektóre z tych związków przyczyniają się do pogorszenia parametrów jakości, szczególnie smaku i zapachu wody. W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych, których celem była identyfikacja związków organicznych wchodzących w skład materiału rur PEHD 80 oraz analiza wymywania tych związków z materiału do wody. Pomiary laboratoryjne wykonywane były za pomocą wielokanałowego chromatografu gazowego Trace Ultra Thermo sprzężonego ze spektrometrem mas Polaris Q. Przeprowadzone badania wykazały, iż występuje wymywanie z materiału do wody różnych związków organicznych. W badanej wodzie zidentyfikowano 19 związków organicznych, w tym 10 występujących w badanym materiale rury. Zaobserwowane w wodzie związki organiczne, takie jak BHT czy 2,4-DTBP przyczyniają się do powstawania nieakceptowanego smaku i zapachu wody. Pomierzone w wodzie stężenie benzenu, wyższe od wartości dopuszczalnej, podanej w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia z 2010 r. (Dz. U. Nr 72, poz. 466 z 2010 z późniejszymi zmianami) dla wody do picia, wskazuje, iż materiał przewodu badanych rur może wpływać niekorzystnie na jakość wody wodociągowej będącej z nimi w kontakcie.

EN

Various kinds of organic compounds may be washed out to water, as a result of material degradation, from pipelines made of plastic, including high density polyethylene (PEHD). Some of these compounds contribute to the deterioration of water quality parameters, especially taste and odor of the water. The paper presents results of laboratory tests focused on the identification of organic compounds included in the high density polyethylene PE 80 pipe material and the analyses of compounds leaching from pipe material to water. Laboratory measurements applied to our study were performed by gas chromatographymass spectrometry (GC-MS) method in Trace Ultra Thermo multichannel gas chromatograph coupled with Polaris Q spectrometer. The performed analyses showed that the various organic compounds migrating from material to water. There were identified 19 organic compounds in the tested water, including 10 observed recognized in the pipe material. Several organic compounds present in the tested water, such as BHT or 2,4-DTBP, contribute to the formation of unacceptable taste and odor of the water. The measured concentrations of benzene, higher than the limit specified in Polish standard for drinking water, indicate that the pipes material may significantly influence drinking water quality being in contact with pipes’ material.

17

Benzene propagation during turbulent flow in PEHD water supply pipes

Musz A., Widomski M. K., Kowalska B.

Environment Protection Engineering

|

2015

|

Vol. 41, nr 4

5--16

EN

The results of laboratory and numerical studies of benzene propagation migrating from PEHD pipe to water in turbulent flow conditions have been presented. Laboratory studies were performed on 30 meter long closed-loop installation consisting of PEHD 80 32×3.0 mm polyethylene pipes during the 168 h of experiment. Measurements of benzene concentration in water were conducted by the gas chromatography-mass spectroscopy (GC-MS) method. Numerical calculations of benzene propagation in water were performed with the Fluent, Ansys Inc. Our studies showed a clear increase of benzene concentration in water resulting from its migration to water from the pipe material. The developed numerical model was positively validated.

18

Molding water content of clay soils and hydraulic properties of mineral liners of waste landfills

Widomski M. K., Stępniewski W., Polakowski C.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2015

|

Vol. 22, nr 2

251--263

EN

Municipal landfills as engineering constructions highly dangerous to the natural environment have to be isolated by liners in order to prevent the anthropogenic pollutants transport, together with eg landfill leachates. Mineral liners, properly prepared and compacted, sealing the bottom, sides and the top of the landfills are one of the most popular manners of their isolation. The mineral liners are usually constructed of compacted clay soils to obtain, the required by the Polish Decree of the Minister of Environment of 3rd April 2013 and the Council Directive 1999/31/EC of 26th April 1999 on the landfill of wastes, value of liner’s saturated hydraulic conductivity lower than 1 • 10–9 m • s–1. The value of hydraulic conductivity of saturated soils is directly affected by the conditions of soil compaction, especially a molding water content. This paper presents an attempt of the determination of the effects of the molding water content of a selected clay soil on its saturated hydraulic conductivity and hydraulic properties of the sealing liner, constructed according to the actual standards, of the compacted clay material. Range of our studies covered the in situ and laboratory measurements as well as numerical modeling. Saturated hydraulic conductivity under natural conditions was measured by BAT probe, (GeoNordic) while the hydraulic conductivity of the compacted clay soils was tested by Humboldt Mfg. Co. permeameters for compacted soils, in accordance with ASTM D5856. The assessment of hydraulic properties of a bottom liner made of the clay material under study was performed by the method of numerical modeling of infiltration process with the assumed value of groundwater head with an application of the FEFLOW, DHI-WASY modeling software. The lack of validation in our modeling attempt influences the fact that our studies should be treated as preliminary.

PL

Składowiska odpadów jako szczególnie uciążliwe dla środowiska budowle inżynierskie muszą być izolowane przesłonami w celu zapobiegania rozprzestrzeniania się wraz z m.in. odciekami zanieczyszczeń antropogenicznych pochodzących ze składowiska. Jednym ze sposobów zapewniania izolacji składowisk są przesłony mineralne. odpowiednio przygotowane i zagęszczone, zabezpieczające dno, boki oraz powierzchnię składowiska. Przesłony minerale są najczęściej wykonywane z odpowiednio zagęszczonych gruntów ilastych tak, aby zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z 30 kwietnia 2013 r. w sprawie składowisk odpadów oraz Council Directive 1999/31/EC z 26 kwietnia 1999 r. w sprawie składowania odpadów, przepuszczalność hydrauliczna przesłony była niższa niż 1 • 10–9 m • s–1. Bezpośredni wpływ na wartość współczynnika przewodnictwa wodnego w stanie pełnego nasycenia mają warunki, w których przeprowadzane jest zagęszczenie gruntu, a dokładnie wilgotność ośrodka porowatego w czasie zagęszczania. Praca niniejsza przedstawia próbę określenia wpływu wilgotności zagęszczania wybranych gruntów ilastych na ich przepuszczalność w stanie pełnego nasycenia oraz właściwości hydrauliczne wykonanej z nich, zgodnie z obowiązującym stanem prawnym, dolnej przesłony składowiska odpadów. Zakres pracy obejmował badania terenowe, laboratoryjne oraz modelowe. Przewodnictwo hydrauliczne gruntów w stanie naturalnym określono za pomocą polowej sony BAT, GeoNordic, przewodnictwo zaś w stanie pełnego nasycenia po zagęszczeniu pomierzono za pomocą przepuszczalnościomierzy Humboldt Mfg. Co. do gruntów zagęszczonych wg ASTM D5856. Ocenę właściwości hydraulicznych przesłon wykonanych z badanych materiałów ilastych zrealizowano poprzez modelowanie numeryczne procesu infiltracji przy zadanej wysokości naporu wód gruntowych zrealizowane za pomocą programu obliczeniowego FEFLOW, DHI-WASY. Ze względu na brak walidacji modelu otrzymane wyniki należy traktować jako wyniki badań wstępnych.

19

Modeling studies of hydraulic efficiency of compacted waste landfill clay liner

Widomski M. K., Stępniewski W., Horn R.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2015

|

Vol. 22, nr 3

381--392

EN

Compacted clay materials are commonly used worldwide as sealing materials to prevent migration of anthropogenic pollutants from municipal landfill cells to the environment. Such clay barriers known as liners are sealing the top, sides and bottom of the landfill. They limit water infiltration to waste body and leachate seepage, usually with the required saturated hydraulic conductivity lower than 1.0 · 10–9 m · s–1. The value of resultant hydraulic conductivity of compacted clay liners and their sustainability affected by swelling and shrinking processes are related to molding water content. This paper presents results of studies concerning the influence of molding water content on saturated hydraulic conductivity and shrinkage/swelling properties of selected compacted clay materials as well as hydraulic properties of the top sealing liner, constructed according to the actual standards of compacted clay material. Our studies covered field and laboratory measurements as well as numerical modeling. Permeability and water retention characteristics of the clays were determined during field and laboratory tests. Saturated hydraulic conductivity under the natural in situ conditions was measured by BAT probe, GeoNordic. Hydraulic conductivity of the homogenized compacted clays was tested in the laboratory by Humboldt Mfg. Co. permeameters for compacted soils, according to ASTM D5856. Water retention characteristics of the compacted clays in the range of 0–15 bar pore water tension were determined by application of sand box and pressure chamber methods. The numerical assessment of the hydraulic efficiency of the clay liner was performed for the 2012 hydrologic year for a selected section of landfill top cover constructed in Rastorf, Germany, adjusted to Polish standards. The numerical calculations were performed in FEFLOW, DHI-WASY modeling software.

PL

Zagęszczone materiały ilaste są powszechnie używane jako materiał uszczelniający zapobiegający migracji zanieczyszczeń antropogenicznych ze składowisk odpadów komunalnych do środowiska naturalnego. Bariery ilaste, zwane także przesłonami, uszczelniają powierzchnię, boki oraz dno składowiska, ograniczaj ąc infiltrację wód powierzchniowych oraz przesączenie się odcieków, zazwyczaj dzięki wymaganej przepuszczalności wodnej poniżej 1.0 · 10–9 m · s–1. Wartość wypadkowa przewodnictwa hydraulicznego zagęszczonej przesłony ilastej oraz jej trwałość uzależnione od procesów skurczu i pęcznienia iłów, są bezpośrednio związane z zastosowaną wilgotnością zagęszczania. Niniejsza praca przedstawia wyniki badań dotyczących wpływu wilgotności zagęszczania gruntu na wartość współczynnika przewodnictwa hydraulicznego w stanie nasyconym, charakterystykę skurczu i pęcznienia oraz właściwości górnej przesłony składowiska odpadów zbudowanej zgodnie z aktualnymi normami z gruntu ilastego. Zaprezentowane badania obejmowały badania terenowe, laboratoryjne oraz studia modelowe. Przepuszczalność badanego gruntu oraz jego właściwości retencyjne zostały przebadane in situ oraz w warunkach laboratoryjnych. Współczynnik przewodnictwa hydraulicznego w stanie nasyconym w warunkach polowych zmierzono za pomocą przepuszczalnomierza polowego BAT GeoNordic, przepuszczalność nasyconą zagęszczonych materiałów ilastych zmierzono w warunkach laboratoryjnych za pomocą przepuszczalnościomierzy do gruntów zagęszczonych H-4145 Humboldt Mfg. Co., zgodnych z ASTM D5856. Charakterystykę retencyjną badanego gruntu po zagęszczeniu w zakresie 0–15 barów wyznaczono za pomocą metody bloku pyłowego oraz komór ciśnieniowych z płytami ceramicznymi. Ocenę właściwości hydraulicznych przesłon wykonanych z badanych materiałów ilastych zrealizowano dla roku hydrologicznego 2012 poprzez modelowanie numeryczne procesu infiltracji przez wybrany fragment przykrycia składowiska odpadów w Rastorf, Niemcy, dostosowany do polskich wymagań prawnych. Badania symulacyjne przeprowadzono za pomocą programu obliczeniowego FEFLOW, DHI-WASY.

20

Molding water content of clay soils and hydraulic properties of mineral liners of waste land

Widomski M. K., Stępniewski W.

Proceedings of ECOpole

|

2014

|

Vol. 8, No. 1

95--101

EN

Municipal landfill cells as engineering constructions highly dangerous to the natural environment have to be isolated by liners in order to prevent the anthropogenic pollutants transport, together with eg landfill leachates. Mineral liners, properly prepared and compacted, sealing the bottom, sides and top of the landfills are one of the most popular manners of landfills isolation. The mineral liners are usually constructed of compacted clay soils to obtain, the required by Polish Decree of Minister of Environment of 3rd April 2013 and Council Directive 1999/31/EC of 26th April 1999 on the landfill of wastes, value of liner’s saturated hydraulic conductivity lower than 1·10–9 m·s–1. The value of hydraulic conductivity of saturated soils is directly affected by the conditions of soil compaction, especially the molding water content. This paper presents an attempt of determination of the effects of molding water content of a selected clay soil on its saturated hydraulic conductivity and hydraulic properties of the sealing liner, constructed according to the actual standards, of the compacted clay material. Range of our studies covered the in situ and laboratory measurements as well as numerical modeling. Saturated hydraulic conductivity under natural conditions was measured by BAT probe, (GeoNordic) while the hydraulic conductivity of the compacted clay soils was tested by Humboldt Mfg. Co. permeameters for compacted soils, according to ASTM D5856. The assessment of hydraulic properties of a liner made of the clay material under study was performed by the method of numerical modeling of infiltration process with the assumed value of groundwater head with application of the FEFLOW, DHI-WASY modeling software. The lacking validation of our modeling attempt influences the fact that our studies should be treated as preliminary.

PL

Składowiska odpadów jako szczególnie uciążliwe dla środowiska budowle inżynierskie muszą być izolowane przesłonami w celu zapobiegania rozprzestrzeniania się wraz z m.in. odciekami zanieczyszczeń antropogenicznych pochodzących ze składowiska. Jednym ze sposobów zapewniania izolacji składowisk są przesłony mineralne odpowiednio przygotowane i zagęszczone, zabezpieczające dno, boki oraz powierzchnię składowiska. Przesłony minerale są najczęściej wykonywane z odpowiednio zagęszczonych gruntów ilastych, tak aby, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z 30 kwietnia 2013 r. w sprawie składowisk odpadów oraz Council Directive 1999/31/EC z 26 kwietnia 1999 w sprawie składowania odpadów, przepuszczalność hydrauliczna przesłony była niższa niż 1·10–9 m·s–1. Bezpośredni wpływ na wartość współczynnika przewodnictwa wodnego w stanie pełnego nasycenia mają warunki, w których przeprowadzane jest zagęszczenie gruntu, a dokładnie wilgotność ośrodka porowatego w czasie zagęszczania. Praca niniejsza przedstawia próbę określenia wpływu wilgotności zagęszczania wybranych gruntów ilastych na ich przepuszczalność w stanie pełnego nasycenia oraz właściwości hydrauliczne wykonanej z nich, zgodnie z obowiązującym stanem prawnym, przesłony składowiska odpadów. Zakres pracy obejmował badania terenowe, laboratoryjne oraz modelowe. Przewodnictwo hydrauliczne gruntów w stanie naturalnym określono za pomocą polowej sondy BAT, GeoNordic, przewodnictwo zaś w stanie pełnego nasycenia po zagęszczeniu mierzono za pomocą przepuszczalnościomierzy Humboldt Mfg. Co. do gruntów zagęszczonych wg ASTM D5856-95. Ocenę właściwości hydraulicznych przesłon wykonanych z badanych materiałów ilastych zrealizowano poprzez modelowanie numeryczne procesu infiltracji przy zadanej wysokości naporu wód gruntowych zrealizowane za pomocą programu obliczeniowego FEFLOW, DHI-WASY. Ze względu na brak walidacji modelu otrzymane wyniki należy traktować jako wyniki badań wstępnych.