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

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

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2016.10(1)061

Warianty tytułu

PL

Ocena przesiąku przez cyklicznie osuszane i nawilżane przesłony ilaste składowisk odpadów komunalnych

• Konferencja: ECOpole’16 Conference (5-8.10.2016, Zakopane, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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.

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: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 10, No. 2
• Strony: 569--576
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., wykr., tab.

Twórcy

autor

Widomski M. K.

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

autor

Stępniewski W.

• Faculty of Environmental Engineering, Lublin University of Technology, 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, Stentsoe S, Willumsen HC, Christensen TH. Waste Manage Resour. 2013;31:555-598. DOI: 10.1177/0734242X13482032
• [3] Chofi A, Younsi A, Lhadi EK, Mania J, Mudry J, Veron A. J African 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. New Jersey: John Wiley and Sons Inc. Hoboken; 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 Geotechnic Eng. 1993;119(2):223-237. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9410(1993)119:2(223).
• [15] Bello AA. 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. Applied Clay Sci. 1996;11(2-4):211-227. DOI: 10.1016/S0169-1317(96)00009-9.
• [17] Kalkan E. Applied Clay Sci. 2011;52:345-352. DOI: 10.1016/j.clay.2011.03.014.
• [18] Holtz RD, Kovacs WD. An Introduction to Geotechnical Engineering. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall; 1981.
• [19] Chen FD. Foundations of Expansive Soils. Elsevier Science Company Inc. 1988.
• [20] Dörner J, Dec D, Peng X, Horn R. Soil Tillage Res. 2009;106(1):45-53. DOI: 10.1016/j.still.2009.09.013.
• [21] Tang CS, Cui YJ, Shi B, Tang AM, Liu C. Geoderma. 2011;166:111-118. DOI: 10.1016/j.geoderma.2011.07.018.
• [22] Fernandes M, Denis A, Fabre R, Lataste JF, Chretien M. Eng Geology. 2015;192:63-75. DOI: 10.1016/j.enggeo.2015.03.017.
• [23] 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.
• [24] Stępniewski W, Pawłowska M, Gazda L, Widomski MK, Franus M, Depta M. Grunty spoiste Lubelszczyzny przydatne do budowy mineralnych barier izolacyjnych i innych zastosowań inżynierskich (Cohesive soils of Lublin region suitable for mineral sealing lines and other engineering applications). Lublin: Wyd Politechniki Lubelskiej; 2015.
• [25] Widomski MK. Sustainability of compacted clay liners and selected properties of clays). Lublin: Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN. Vol 127; 2016. http://www.bc.pollub.pl/dlibra/docmetadata?id=12810
• [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] Koerner RM, Soong TY. Geotextiles Geomembranes. 2000:18:293-309. DOI: 10.1016/S0266-1144(99)00034-5.
• [32] 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 ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.