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

• Autorzy: Widomski M. K. , Stępniewski W. , Polakowski C.

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2015.22(2)22

Warianty tytułu

PL

Wilgotność zagęszczania materiałów ilastych a właściwości hydrauliczne przesłon mineralnych składowisk odpadów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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.

Słowa kluczowe

EN

clay materials; mineral liners; hydraulic conductivity; numerical modelling; waste landfill

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 2
• Strony: 251--263
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 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

Polakowski C.

• Institute of Agrophysics, Polish Academy of Sciences, ul. Doświadczalna 4, 20–290 Lublin, Poland

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 Agrophysics. 2004;18:317-323.
• [5] Horn R, Baumgartl T, Possel H, Koselowske M, Albiker B. Wasser 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, Walsh PA, Yule DF. 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 A.A. 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: Developments in Hydraulic Conductivity Research. Dikinya O, editor. Rijeka: InTech; 2011.
• [18] Wysocka A, Stępniewski W, Horn R, Int. Agrophysics. 2007;21:405-408.
• [19] Baumgartl T, Horn R, Richards BG. Soil Physical Processes in Capping Systems of Landfills – Possibilities of Capillary Break Capping. In: Juhasz AL, Magesan G, Naidu R, Waste Management. Enfield, New Hampshire, USA: Science Publishers Inc; 2004.
• [20] Gebhardt S, Fleige H, Horn R. Soil Till Res. 2012;125,96-104 DOI: 10.1016/j.still.2012.06.017
• [21] PN-B-04481:1988. Grunty budowlane. Badania próbek gruntu.
• [22] ASTM C566-13. Standard Test Method for Total Evaporable Moisture Content of Aggregate by Drying.
• [23] Bieganowski A, Chojecki T, Ryżak M, Sochan A, Lamorski K. Vadose Zone J. 2013;12. DOI: 10.2136/vzj2012.0064
• [24] Dobrowolski R, Bieganowski A, Mroczek P, Ryżak M. Permafrost Periglac Process. 2012;23:251-266. DOI: 10.1002/ppp.1750.
• [25] Sochan A, Bieganowski A, Ryżak M, Dobrowolski R, Bartmiński P. Int Agrophys. 2012;26:99-102. DOI: 10.2478/v10247-012-0015-9.
• [26] Ryżak M, Bieganowski A. Int Agrophys. 2010;24:177-181.
• [27] ASTM D5856 - 95(2007) Standard Test Method for Measurement of Hydraulic Conductivity of Porous Material Using a Rigid-Wall Compaction-Mold Permeameter.
• [28] Diersch HJG, Kolditz O. Adv Water Resour. 2002;25:899-944. DOI: 10.1016/S0309-1708(02)00063-5.
• [29] Zhao Ch, Wang Y, Chen X, Li B. Ecol Model. 2005;187:341-351. DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2004.10.019.
• [30] Mazzia A, Putti M. J Comp Appl Math. 2006;185:347-359. DOI: 10.1016/j.cam.2005.03.015.
• [31] Trefry MG, Muffels C. Ground Water 2007;45:525-528. DOI: 10.1111/j.1745-6584.2007.00358.x.
• [32] Widomski MK, Iwanek M, Stepniewski W. Soil Sci Soc Am J. 2013;77:8-18. DOI: 10.2136/sssaj2012.0142.
• [33] Richards LA. Physics 1931;1:318-333. DOI: 10.1063/1.1745010.
• [34] Raats PAC. Geoderma 2001;100:355-387. DOI: 10.1016/S0016-7061(01)00028-3.
• [35] Diersch HJG. DHI-WASY Software FEFLOW Finite Element Subsurface Flow and Transport Simulation System. Reference Manual: DHI-WASY GmbH. Berlin. 2009.
• [36] Van Genuchten MTh. Soil Sci Soc Am J. 1980;44:892-898. DOI: 10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x.