Examples of pollutant transport models in groundwater of a municipal waste landfill - case study

• Autorzy: Ciuła Józef

Warianty tytułu

PL

Przykłady modeli transportu zanieczyszczeń w wodach podziemnych składowiska odpadów komunalnych - case study

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Landfills must be constantly monitored in terms of their impact on soils, groundwater and surface water, as well as plants and air quality. Leachate with high content of inorganic and organic substances, heavy metals and toxic compounds pose particular hazard. Release of leachates from the landfill may occur as a result of insulation leakage, leading to the transfer of hazardous substances into the soil and the aquifer. This paper is an attempt to describe the structure of the mathematical model used for the analysis of groundwater flow and possible directions of contaminants migration in the aquifer of an active landfill as a result of leachate release. The models have been assessed, which indicated the necessity of validation and calibration in order to obtain credible results. The analysis of literature has shown that mathematical models are often used as a tool in scientific or industrial studies. Available software products used for modeling migration of contaminants in groundwater are a vital part in landfill management and forecasting its potential environmental impact.

PL

Składowisko odpadów jest obiektem wymagającym ciągłego monitoringu jego oddziaływania na gleby, wody podziemne i powierzchniowe, rośliny oraz powietrze. Szczególne zagrożenie stwarzają odcieki zawierające duży ładunek substancji nieorganicznych, organicznych oraz metali ciężkich i związków toksycznych. Uwolnienie odcieków z bryły składowiska może wynikać z nieszczelności jego izolacji, co skutkuje przedostaniem się do gleby i warstwy wodonośnej substancji niebezpiecznych. W artykule podjęto próbę opisu konstrukcji modelu matematycznego wykorzystywanego do wykonania analizy przepływu wód podziemnych i prawdopodobnych kierunków migracji zanieczyszczeń w warstwie wodonośnej czynnego składowiska odpadów w przypadku uwolnienia odcieków. Wykonano ocenę modeli wraz z koniecznością ich walidacji i kalibracji w celu uzyskania wiarygodnych wyników. Analiza literatury przedmiotu wykazała, że modele matematyczne są często wykorzystywane jako narzędzie w badaniach naukowych oraz branżowych. Dostępne programy komputerowe przeznaczone do modelowania migracji zanieczyszczeń w wodach podziemnych stanowią ważny element zarządzania składowiskiem i prognozy jego potencjalnego oddziaływania na środowisko.

Słowa kluczowe

EN

landfill; leachates; environmental monitoring; mathematical models; migration of contaminants

PL

składowisko odpadów; odcieki; monitoring środowiska; modele matematyczne; migracja zanieczyszczeń

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Akademii Nauk Stosowanych w Nowym Sączu
• Czasopismo: Journal of Engineering, Energy and Informatics
• Rocznik: 2021
• Tom: No. 1
• Strony: 80--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Ciuła Józef

• State University of Applied Sciences in Nowy Sącz, Institute of Technology, 33-300 Nowy Sącz, Zamenhoffa 1A street

Bibliografia

• Anderson, M.P., Woessner, W.W. (1992). Applied groundwater modeling: simulation flow and advective transport. San Diego: Academic Press, Inc.
• Bear, J., Cheng, A.H.-D. (2010). Modeling Groundwater Flow and Contaminant Transport. Series: Theory and Applications of Transport in Porous Media, 23.
• Berkhoff, K. (2007). Groundwater vulnerability assessment to assist the measurement planning of the water framework directive - a practical approach with stakeholders. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 4, 1133-1151.
• Bocanegra, E., Massone, H., Martínez, D., Civit, E., Farenga, M. (2001). Groundwater contamination: risk management and assessment for landfills in Mar del Plata, Argentina. Environmental Geology, 40(6), 732-741.
• Borysiewicz, M., Kopka, P., Korycki, M., Kwiatkowski, T., Potempski, S., Prusiński, P., Wawrzyńczak-Szaban, A. (2019). Modele i programy obliczeniowe na potrzeby systemu wyznaczania ryzyka obszarowego. In: J. Połeć, B. Tępiński (eds.), Metody i narzędzia wspomagające. Proces oceny ryzyka w zakładach przemysłowych. Józefów: Wydawnictwo CNBIP-PIB.
• Chalfen, M. (2012). An influence of measurement inaccuracy of dispersion coefficients on time-space pollutant distribution in groundwater. Infrastructure and Ecology of Rural Areas, 3, 167-179.
• Chawla, A., Singh, S.K. (2014). Modeling of Contaminant Transport from Landfills. International Journal of Engineering Science and Innovative Technology, 3(5), 222-227.
• Ciuła, J., Kozik, V., Generowicz, A., Gaska, K., Bak, A., Paździor, M., Barbusiński, K. (2020). Emission and Neutralization of Methane from a Municipal Landfill-Parametric Analysis. Energies, 13(23), 1-18.
• Dąbrowski, S., Kapuściński, J., Nowicki, K., Przybyłek, J., Szczepański, A. (2011). Metodyka modelowania matematycznego w badaniach i obliczeniach hydrogeologicznych - poradnik. Warszawa: Ministerstwo Środowiska, WFOŚiGW.
• Fetter, C.W. (1999). Contaminant Hydrogeology. New Jersey: Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River.
• Gaska, K., Generowicz, A., Zimoch, I., Ciuła, J., Siedlarz, D. (2018). A GIS based graph oriented algorithmic model for poly-optimization of waste management system. Architecture Civil Engineering Environment, 11, 151-159.
• Gurwin, J., Serafin, R. (2008). Budowa przestrzennych modeli koncepcyjnych GWZP w systemach GIS zintegrowanych z Modflow. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 431, 49-60.
• Guymon, G.L. (1994). Unsaturated zone hydrology. New Jersey: Prentice Hall.
• Hill, M.C., Tiedeman, C.R. (2007). Effective Groundwater Model Calibration With Analysis of Data, Sensitivities, Predictions, and Uncertainty. New Jersey: John Wiley and Sons Inc., Hoboken.
• Holzbecher, E., Sorek, S. (2005). Numerical models of groundwater flow and transport. Encyclopaedia of hydrological sciences. Anderson, M.G., McDonnell, J.J., New York: John Wiley&Sons.
• Kania, J., Witczak S., Duliński M., Kapusta M., Różański K., Jackowicz-Korczyński, M., Kinzelbach, W. (1986). Groundwater Modeling: An Introduction with Sample Programs in BASIC. Amsterdam: Elsevier Science Publishers B.V.
• Kleczkowski, A., Różkowski, A. (eds.). (2002). Słownik hydrogeologiczny. Warszawa: Wydawnictwo TRIO.
• Leah R., Johnson, M., Connor L., Fox, W., Levene, C. (2001). Dispersal of polychlorinated biphenyls from a closed landfill site. Land Contamination & Reclamation, 9(1), 1-8.
• Małecki, J., Nawalany, M., Witczak, S., Gruszczyński, T. (2006). Wyznaczanie parametrów migracji zanieczyszczeń w ośrodku porowatym dla potrzeb badań hydrogeologicznych i ochrony środowiska. Poradnik metodyczny. Warszawa: Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii.
• Michalak, J., Nawalany, M., Sadurski, A. (eds.). (2011). Schematyzacja warunków hydrogeologicznych na potrzeby numerycznego modelowania przepływu w JCWPd. Warszawa: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy.
• Michalczyk, T., Bar-Michalczyk, D., Kania, J., Żurek, A.J. (2018). Niestacjonarny model migracji azotanów w wybranej zlewni na obszarze GZPW 326 w rejonie na północ od Częstochowy. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 471, 109-116.
• Piwińska, D., Kaleta, J. (2016). Model rozprzestrzeniania kadmu w warstwie wodonośnej z wykorzystaniem programu Processing Modflow. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, 63(3), 351-364.
• Przydatek, G. (2019). Multi-indicator analysis of the influence of old municipal landfill sites on the aquatic environment: case study. Environ Monitoring and Assessment, 191, article number: 773.
• Rolle, M., Clement, T.P., Seth, R., Di Molfetta, A. (2008). A kinetic approach for simulating redox-controlled fringe and core biodegradation processes in groundwater: model development and application to a landfill site in Piedmont, Italy. Hydrological Processes, 22, 4905-4921.
• Rosik-Dulewska, C. (2015). Podstawy gospodarki odpadami. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• Rouholahnejad, E., Sadrnejad, S.A. (2009). Numerical simulation of leachate transport into the groundwater at landfill sites, 18th World IMACS / MODSIM Congress, Cairns, Australia.
• Rybicki, S.M., Wiewiórska, I. (2017). Minimizing the concentration of aluminum in tap water after coagulation. Przemysł Chemiczny, 96(8), 1719-1722.
• Saghravani, S.R, Mustapha, S. (2011). Prediction of contamination migration in an unconfined aquifer with visual MODFLOW: a case study. World Applied Sciences Journal, 14(7), 1102-1106.
• Shaker, A., Yeung, W. (2010). Trail road landfill site monitoring using multi-temporal landsat satellte data. Toronto, Ontario: Department of civil engineering, Ryerson University.
• Śliwka, I., Zuber, A. (2005). Kalibracja i walidacja modelu przepływu i migracji oraz korekty modelu koncepcyjnego GZWP-451 z wykorzystaniem znaczników. Współczesne Problemy Hydrogeologii, 12, 317-322.
• Spitz, K., Moreno, J. (1996). A practical guide to groundwater and solute transport modeling. New York - Chichester - Brisbane - Toronto - Singapore: John Wiley & Sons, Inc.
• Starek, A. (2001). Polichlorowane bifenyle - toksykologia - ryzyko zdrowotne. Roczniki Państwowego Zakładu Higieny, 52(4), 187-201.
• Ujile A.A., Owhor, S.N. (2018). Developing mass transfer model for predicting concentration profiles of contaminants in groundwater resource. Chemical and Process Engineering Research, 57, 67-81.
• Ukpaka, C.P. (2016). Empirical model approach for the evaluation of pH and conductivity on pollutant diffusion in soil environment. Chemistry International, 2(4), 267-278.
• Van Geer, F.C., Stroet, B.M., Yangxiao, Z. (1991). Using Kalman filtering to improve and quantify the uncertainty of Numerical Groundwater Simulations. 1. The role of system noise and its calibration. Water Resour Res Journal, 27(8), 1987-1994.
• Wang H.F., Anderson, M. (1982). Introduction to groundwater modeling. Finite difference and finite element methods. San Diego: Academic Press Inc.
• Wiencław, E., Koda, E. (2005). Model przepływu wód podziemnych i transportu zanieczyszczeń dla składowiska z bentonitową przesłoną pionową. Przegląd Geologiczny, 53(9), 770-775.
• Wysowska, E., Kicińska, A., Nikiel, G. (2020). Analysis of Natural Vulnerability of Groundwater Intakes to Migration of Surface Pollutants Based on a Selected Part of the Dunajec River Basin. Polish Journal of Environmental Studies, 29, 2925-2934.
• Xi, B., Li, J., Wang, Y., Deng, Ch., Li, X., Ma, Y., Xiong, Y. (2021). Risk Assessment of Groundwater Contamination Sites. In: Investigation and Assessment Technology for Typical Groundwater-contaminated Sites and Application Cases. Singapore: Springer.
• Zdechlik, R., Tomaszewska, B., Dendys, M., Pająk, L. (2015). A review of applications for numerical modeling of environmental processes in geothermal systems. Przegląd Geologiczny, 63, 1150-1154.
• Złotoszewska-Niedziałek, H. (2007). Warunki migracji zanieczyszczeń w podłożu składowiska „Lipiny Stare”. Architectura, 6(3), 25-34.
• Zuber, A., Różański, K., Ciężkowski W. (eds.). (2007). Metody znacznikowe w badaniach hydrogeologicznych. Poradnik metodyczny. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).