Seepage through municpal landfill clay liners after cyclic drying and rewetting

• Autorzy: Widomski M. K. , Stępniewski W. , Horn R.

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2017.24(1)8

Warianty tytułu

PL

Przesiąk przez cyklicznie osuszane i nawilżane przesłony mineralne składowisk odpadów komunalnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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.

Słowa kluczowe

EN

clay materials; compacted mineral liners; hydraulic conductivity; sustainable landfilling

PL

materiały ilaste; zagęszczone przesłony mineralne; przewodnictwo hydrauliczne; zrównoważone składowiska odpadów

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 24, nr 1
• Strony: 101--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., wykr., tab., rys.

Twórcy

autor

Widomski M. K.

• Lublin University of Technology, Faculty of Environmental Engineering, ul. Nadbystrzycka 40B, 20–618 Lublin, Poland.

autor

Stępniewski W.

• Lublin University of Technology, Faculty of Environmental Engineering, ul. Nadbystrzycka 40B, 20–618 Lublin, Poland.

autor

Horn R.

• Institute for Plant Nutrition and Soil Science, CAU Kiel, Hermann Rodewald-Str. 2, 24118 Kiel, Germany

Bibliografia

• [1] Allen A. Eng Geology. 2001;60:3-19. DOI: 10.1016/S0013-7952(00)00084-3.
• [2] Brogaard LK, Stentsś S, Willumsen HC, Christensen T.H. Waste Manage. Resources. 2013;31:555-598. DOI: 10.1177/0734242X13482032.
• [3] Chofi A, Younsi A, Lhadi EK, Mania J, Mudry J, Veron A. J. Afr Earth Sci. 2004; 39 (3-5): 509-516. DOI: 10.1016/j.jafrearsci.2004.07.013.
• [4] Mukherjee S, Mukhopadhyay S, Hashim MA, Sen Gupta B. Crit Rev Environ Sci Technol. 2014;45(5):472-590. DOI: 10.1080/10643389.2013.876524.
• [5] Brennan RB, Healy MG, Morrison L, Hynes S, Norton D, Clifford E. Waste Manage. 2015;55:355-363. DOI: 10.1016/j.wasman.2015.10.010.
• [6] Council Directive 99/31/EC of 26 April 1999 on the landfill of waste. http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:31999L0031.
• [7] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 kwietnia 2013 r. w sprawie składowisk odpadów (Directive of the Ministry of Environment of 30 April 2013 on landfills). http://isap.sejm.gov.pl/DetailsServlet?id=WDU20130000523.
• [8] German landfill ordinance, Deponieverordnung – DepV: Decree on landfills (ordinance to simplify the landfill law) – Germany, in the form of the resolution of the Federal Cabinet dated April 27th 2009. http://www.bmub.bund.de/fileadmin/bmu-import/files/pdfs/allgemein/application/pdf/ordinance_simplifiying_landfill_law.pdf.
• [9] Bagchi A. Design of landfills and integrated solid waste management. Hoboken. New Jersey: John Wiley and Sons Inc; 2004.
• [10] Simon FG, Müller WW. Environ Sci Policy. 2004;7:277-290. DOI: 10.1016/j.envsci.2004.04.002.
• [11] Laner D, Fellner J, Brunner PH. Waste Manage. 2011;31:1522-1531. DOI: 10.1016/j.wasman.2011.02.022.
• [12] Laner D, Crest M, Schraff H, Morris JWF. Barlaz MA. Waste Manage. 2012; 32:498-512. DOI: 10.1016/j.wasman.2011.11.010.
• [13] Aldaeef AA, Rayhani MT. J Environ Manage. 2015;182:171-178. DOI: 10.1016/j.jenvman.2015.07.036.
• [14] Daniel DE, Wu YK. J Geotechnical Eng. 1993;119(2):223-237. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9410(1993)119:2(223).
• [15] Bello AA. KSCE J Civil Eng. 2013; 17(5): 939-948. DOI: 10.1007/s12205-013-0155-x.
• [16] Basma AA, Al-Homoud AS, Malkawi AIH, Al-Bashabsheh MA. Appl Clay Sci. 1996;11(2-4):211-227. DOI: 10.1016/S0169-1317(96)00009-9.
• [17] Kalkan E. Appl Clay Sci. 2011; 52:345-352. DOI: 10.1016/j.clay.2011.03.014.
• [18] Widomski MK. Sustainability of compacted clay liners and selected properties of clays. Lublin: Monographs of Environmental Engineering Committee of Polish Academy of Sciences. Vol. 127; 2016.
• [19] Holtz RD, Kovacs WD. An introduction to geotechnical engineering. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall; 1981.
• [20] Chen FD. Foundations of Expansive Soils. Amsterdam–Oxford–New York–Tokyo; Elsevier Science Company Inc: 1988.
• [21] Dörner J, Dec D, Peng X, Horn R. Soil Tillage Res. 2009;106(1):45-53. DOI: 10.1016/j.still.2009.09.013.
• [22] Tang CS, Cui YJ, Shi B, Tang AM, Liu C. Geoderma. 2011;166:111-118. DOI: 10.1016/j.geoderma.2011.07.018.
• [23] Fernandes M, Denis A, Fabre R, Lataste JF, Chretien M. Eng Geology. 2015;192, 63-75. DOI: 10.1016/j.enggeo.2015.03.017.
• [24] Widomski MK, Stępniewski W, Horn R, Bieganowski A, Gazda L, Franus M, et al. Int Agrophys. 2015;29: 365-375. DOI: 10.1515/intag-2015-0043.
• [25] Stępniewski W, Pawłowska M, Gazda L, Widomski MK, Franus M, Depta M. Grunty spoiste Lubelszczyzny przydatne do budowy mineralnych barrier izolacyjnych i innych zastosowań inżynierskich (Cohesive soils of Lublin region suitable for mineral sealing lines and other engineering applications). Lublin; Politechnika Lubelska; 2015.
• [26] PN-B-04481:1988. Grunty budowlane. Badania próbek gruntu (Building soils. Investigations of soil samples). http://sklep.pkn.pl/pn-b-04481-1988p.html.
• [27] ASTM C566-13. Standard Test Method for Total Evaporable Moisture Content of Aggregate by Drying. https://www.astm.org/Standards/C566.htm.
• [28] PKN-CEN ISO/TS 17892-12. 2009. Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 12: Oznaczanie granic Atterberga (Geotechnical investigation and testing. Laboratory testing of soil. Part 12: Determination of Atterberg limits). http://sklep.pkn.pl/pkn-cen-iso-ts-17892-12-2009p.html.
• [29] ASTM D2487-11. Standard practice for classification of soils for engineering purposes (Unified Soil Classification System). https://www.astm.org/Standards/D2487.htm.
• [30] ASTM D5856-95. 2007. Standard Test Method for Measurement of Hydraulic Conductivity of Porous Material Using a Rigid-Wall Compaction-Mold Permeameter. https://www.astm.org/DATABASE.CART/HISTORICAL/D5856-95R07.htm.
• [31] Peng X, Horn R, Peth S, Smucker A. Soil Tillage Res. 2006;91:173-180. DOI: 10.1016/j.still.2005.12.012.
• [32] Gebhardt S, Fleige H, Horn R. Soil Tillage Res. 2012;125:96-104. DOI: 10.1016/j.still.2012.06.017.
• [33] Grossman RH, Brasher BR, Franzmeier DP, Walker JL. Soil Sci Soc Am Proc. 1968;32:570-573.
• [34] Bronswijk JJB. Soil Sci Soc America J. 1990;54 (5):1500-1502.
• [35] Koerner RM, Soong TY. Geotextiles Geomembranes. 2000:18:293-309. DOI: 10.1016/S0266-1144(99)00034-5.
• [36] US Environmental Protection Agency. Solid waste disposal facility criteria. Technical manual 530-R-93-017. 1993. https://nepis.epa.gov/Exe/ZyPURL.cgi?Dockey=P1003F0V.txt.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).