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

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

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2015.9(1)019

Warianty tytułu

PL

Wpływ wilgotności zagęszczania materiałów ilastych na właściwości hydrauliczne przesłon mineralnych składowisk odpadów

• Konferencja: ECOpole’14 Conference (15-17.10.2014, Jarnoltowek, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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.

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: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 9, No. 1
• Strony: 145--151
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab., wykr.

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. Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons Inc; 2004.
• [2] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 kwietnia 2013 r. w sprawie składowisk odpadów.
• [3] Council Directive 99/31/EC of 26 April 1999 on the landfill of waste.
• [4] Horn R, Stępniewski W. Int Agrophys. 2004;18:317-323.
• [5] Horn R, Baumgartl T, Possel H, Koselowske M, Albiker B. Wasser und Abfall. 2001;3:38-41.
• [6] Nakano K, Miyazaki T. Soil Till Res. 2005;84:145-153. DOI: 10.1016/j.still.2004.11.010.
• [7] Zhang S, Grip H, Lovdahl L. Soil Till Res. 2006;90:117-125. DOI: 10.1016/j.still.2005.08.012.
• [8] Islam MR, Alamgir M, Mohiuddin KM, Hasan KMM. Investigation of physical properties of a selected soil to use as a compacted clay liner in sanitary landfill. In: Proceedings of the National Seminar on Solid Waste Management - WasteSafe 2008. Khulna; 2008.
• [9] Radford BJ, Bridge BJ, Davis RJ, McGarry D, Pillai UP, Rickman JF, et al. Soil Till Res. 2000;54:155-170 DOI: 10.1016/S0167-1987(00)00091-X.
• [10] Osinubi KJ, Nwaiwu ChM. J Geotech Geoenviron Eng. 2005;131(8):1034-1041. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2005)131:8(1034).
• [11] Cuisinier O, Auriol JC, Le Borgne T. Eng Geol. 2011;123(3):187-193. DOI: 10.1016/j.enggeo.2011.07.010.
• [12] Whalley WR, Matthews GP, Ferraris S. Soil Till Res. 2012;125:23-29. DOI: 10.1016/j.still.2012.05.020.
• [13] Bello AA. KSCE J Civil Eng. 2013;17(5):939-948. DOI: 10.1007/s12205-013-0155-x.
• [14] Hamdi N, Srasra E. Waste Manage. 2013;33(1):60-6. DOI: 10.1016/j.wasman.2012.08.012.
• [15] 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.
• [16] Cimen O, Keskin SN, Yildirim H. Arab J Sci Eng. 2012; 37:1535-1546. DOI: 10.1007/s13369-012-0268-4.
• [17] Stępniewski W, Widomski MK, Horn R. Hydraulic Conductivity and Landfill Construction. In: Dikinya O, editor. Developments in Hydraulic Conductivity Research. Rijeka: InTech; 2011.
• [18] PN-B-04481:1988. Grunty budowlane. Badania próbek gruntu.
• [19] ASTM C566-13. Standard Test Method for Total Evaporable Moisture Content of Aggregate by Drying.
• [20] ASTM D5856-95(2007). Standard Test Method for Measurement of Hydraulic Conductivity of Porous Material Using a Rigid-Wall Compaction-Mold Permeameter.
• [21] Richards LA. Physics 1931;1:318-333. DOI: 10.1063/1.1745010.
• [22] Raats PAC. Geoderma 2001;100:355-387. DOI: 10.1016/S0016-7061(01)00028-3.
• [23] Diersch HJG. DHI-WASY Software FEFLOW Finite Element Subsurface Flow and Transport Simulation System. Reference Manual: DHI-WASY GmbH. Berlin; 2009.
• [24] Van Genuchten MTh. Soil Sci Soc Am J. 1980;44:892-898. DOI: 10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x.
• [25] Widomski MK, Iwanek M, Stepniewski W. Soil Sci Soc Am J. 2013;77:8-18. DOI: 10.2136/sssaj2012.0142.