Modeling studies of hydraulic efficiency of compacted waste landfill clay liner

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

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2015.22(3)31

Warianty tytułu

PL

Modelowanie funkcjonowania przesłony składowiska odpadów wykonanej z zagęszczonego gruntu ilastego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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.

Słowa kluczowe

EN

clay materials; mineral liners; hydraulic conductivity; numerical modelling

PL

materiały ilaste; przesłony mineralne; przewodnictwo hydrauliczne; modelowanie numeryczne

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 22, nr 3
• Strony: 381--392
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., tab., wykr., rys.

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] Bagchi A. Design of landfills and integrated solid waste management. New Jersey: John Wiley and Sons Inc; 2004.
• [2] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 kwietnia 2013 r. w sprawie składowisk odpadów. Dz.U. 2013 poz. 523. Sejm RP: Warszawa; 2013.
• [3] Council Directive 99/31/EC of 26 April 1999 on the landfill of waste. Brussels: Council of the European Union; 1999.
• [4] Horn R, Stępniewski W. Int. Agrophysics. 2004;18:317-323.
• [5] Nakano K, Miyazaki T. Soil Till Res. 2005;84:145-153. DOI: 10.1016/j.still.2004.11.010.
• [6] Zhang S, Grip H, Lovdahl L. Soil Till Res. 2006;90:117–-25. DOI: 10.1016/j.still.2005.08.012.
• [7] Radford BJ, Bridge BJ, Davis RJ, McGarry D, Pillai UP, Rickman JF, Walsh PA, Yule DF. Soil Till Res. 2000;54:155-170. DOI: 10.1016/S0167-1987(00)00091-X.
• [8] Osinubi KJ, Nwaiwu ChM. J Geotech Geoenviron Eng. 2005;131(8):1034-1041. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2005)131:8(1034).
• [9] Cuisinier O, Auriol JC, Le Borgne T. Eng Geol. 2011;123(3):187-193. DOI: 10.1016/j.enggeo.2011.07.010.
• [10] Whalley WR, Matthews GP, Ferraris S. Soil Till Res. 2012;125:23-29. DOI: 10.1016/j.still.2012.05.020.
• [11] Bello A.A. KSCE J Civil Eng. 2013;17(5):939-948. DOI: 10.1007/s12205-013-0155-x.
• [12] Hamdi N, Srasra E. Waste Manage. 2013; 33(1):60-6. DOI: 10.1016/j.wasman.2012.08.012.
• [13] 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.
• [14] Cimen O, Keskin SN, Yildirim H. Arab J Sci Eng. 2012; 37:1535-1546. DOI: 10.1007/s13369-012-0268-4.
• [15] Stępniewski W, Widomski MK, Horn R. Hydraulic Conductivity and Landfill Construction. In: Dikinya O, editor. Developments in Hydraulic Conductivity Research. Rijeka: InTech; 2011.
• [16] PN-B-04481:1988. Grunty budowlane. Badania próbek gruntu. PKN: Warsaw; 1988.
• [17] ASTM C566-13. Standard Test Method for Total Evaporable Moisture Content of Aggregate by Drying. ASTM International: West Conshohocken; 2013.
• [18] ASTM D5856-95. Standard Test Method for Measurement of Hydraulic Conductivity of Porous Material Using a Rigid-Wall Compaction-Mold Permeameter. ASTM International: West Conshohocken; 2007.
• [19] Richards LA. Physics 1931;1:318-333. DOI: 10.1063/1.1745010.
• [20] Raats PAC. Geoderma 2001;100:355-387. DOI: 10.1016/S0016-7061(01)00028-3.
• [21] Diersch HJG. DHI-WASY Software FEFLOW Finite Element Subsurface Flow and Transport Simulation System. Reference Manual. Berlin: DHI-WASY GmbH; 2009.
• [22] Van Genuchten MTh. Soil Sci Soc Am J. 1980;44:892-898. DOI: 10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x.
• [23] Widomski MK, Iwanek M, Stepniewski W. Soil Sci Soc Am J. 2013;77:8-18. DOI: 10.2136/sssaj2012.0142.
• [24] Widomski MK, Beck Broichsitter S, Zink A, Fleige H, Horn R, Stepniewski W. J Plant Nutr Soil Sci. 2015, 178;401-412. DOI:10.1002/jpln.201400045
• [25] Richter D. Ergebnisse methodischer Untersuchungen zur Korrektur der systematischen Meßfehler des Hellmann-Niederschlagsmessers. Berichte des Deutschen Wetterdienstes 194. Offenbach am Main: DWD; 1995.
• [26] Allen, RG, Smith M, Perrier A, Pereira LS. ICID Bull. 1994; 43:1-34.
• [27] ATV-DVWK-M 504. Verdunstung in Bezug zu Landnutzung, Bewuchs und Boden. DWA, Hennef, Germany; 2002.
• [28] Mitchell RB, Mosser LE, Moore KJ, Redfearn DD. Agron J. 1998;90, 47–53.
• [29] Hoyningen-Huene JFV. Die Interzeption des Niederschlags in landwirtschaftlichen Pflanzenbeständen. DVWK Schriftenreihe des Deutschen Verbandes für Wasserwirtschaft und Kulturbau 57. Hamburg und Berlin: Verlag Paul Parey; 1983.