Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Ciuła Józef

Journal of Engineering, Energy and Informatics

|

2021

|

No. 1

80--92

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.

2

Migracja strumienia zanieczyszczeń przez obszar bariery aktywnej

Adach A., Wroński S., Łączny J. M., Iwaszenko S.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2006

|

Nr 5s

5-8

EN

The model of the contaminants migration and its immobilisation on the active barrier was presented together with boundary conditions. The division of the system into 2 horizontal layers (partially and fully saturated) and 3 vertical compartments (soil before the barrier, barrier itself and soil after the barrier) was proposed. The values of the dimensionless Peclet and Fourier numbers indicate the diffusive-convective type of mass transfer mechanism.

3

Axi-Symmetric Migration of Active Substances which Are Involved in a Sequential Reaction, and Transferred from the Underground Depository of Waste Materials

Sławomirski M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Earth Sciences

|

2003

|

Vol. 51, nr 1

43-63

EN

In this paper one-dimensional migration of the chemically active substances transferred from the underground depository of waste materials by technical water has been considered. It has been assumed that active substances dissolved in water flowing through rocks are subjected simultaneously to the advection, sorption, and chemical reactions. The author has taken into account the situation in which the substance A flowing out the depository is transformed chemically into substance B, and substance B is afterwards transformed chemically into substance E. The author assumed that from the standpoint of chemical kinetics the sequential reaction A -› B -› E is of the first order. For the description of the propagation problem the system of partial differential transport equations have been applied. In the transport equations, the concentrations FA, FB,FE of substances A, B, E were handled to be the primary dependent variables. The cylindrical symmetry of the problem has been assumed. The system of differential equations describing the propagation process has been solved applying the Carson-Laplace integral transform method. Rational considerations have been completed with a brief discussion concerning the adequacy of the model for the genuine migration phenomenon.

4

One-dimensional migration of an active substance involving subsurface advection, diffusion and sorption phenomena

Sławomirski M.

Archives of Mining Sciences

|

2002

|

Vol. 47, nr 4

521-537

EN

In this paper one-dimensional migration ofthe chemically active substance in the porous rock mass has been considered. It has been assumed that the active substance dissolved in water flowing through rocks is subjected simultaneously to the advection, diffusion, dispersion, sorption, ion exchange, and chemical disintegration processes. For the description of the problem the differential equations of balance and kinetics have been applied. The considerations are restricted to the initial phase of the migration process. Consequently, it has been assumed that at the initial time t = O the concentration of dissolved active substance C and the concentration of active substance sorbed in the rock are equal to zero. Moreover, the general non-linear kinetics equation may then be approximated by means of the linear relation. The differential equation describing the migration process has been solved applying the Carson-Laplace integral transform method. The solution for the case when the diffusion-dispersion process may be neglected has been compared to the solution for a the situation in which the diffusion and dispersion influence the pattern of the migration phenomenon.

PL

W artykule rozważono jednowymiarową migrację chemicznie aktywnej substancji w porowatym górotworze. Zagadnienie migracji substancji aktywnych posiada zasadnicze znaczenie dla problematyki podziemnego składowania szkodliwych odpadów przemysłowych. Zawarte w składowisku substancje toksyczne, rozpuszczone następnie w postaci jonów i unoszone przez przepływąjace wody podziemne, mogą być rozpraszane na znacznym obszarze, prowadząc do zatrucia podziemnych zasobów wodnych. Z punktu widzenia ochrony zasobów wodnych informacja dotycząca migracji skażeń ma zasadnicze znaczenie. W artykule przyjęto, że substancja rozpuszczona w wodzie przepływającej w skałach (zwana dalej substancją aktywną) podlega równocześnie procesom adwekcji, dyfuzji, dyspersji, sorpcji, wymiany jonowej i rozpadu chemicznego. Do opisu problemu zastosowane zostały równania różniczkowe bilansu i kinetyki. Jako podstawowe równania opisujące ruch płynu unoszącego substancje aktywne przyjęto równanie ciągłości przepływu w ośrodku porowatym (2) oraz formułę Darcy'ego (1). Jednowymiarowa propagacja substancji aktywnej opisana jest równaniem transportu (7) uwzględniającyej procesy wymienione uprzednio. W równaniu tym stężenie substancji w przepływającym płynie C oraz stężenie substancji zasorbowanej w skałach górotworu są podstawowymi zmiennymi zależnymi od położenia i czasu. Założono liniową kinetykę rozpadu substancji aktywnej daną wzorem (6), co z chemicznego punktu widzenia odpowiada reakcji I rzędu. Przyjęto, że procesy dyfuzji i dyspersji opisane są w wystarczającym przybliżeniu prawem Ficka (4). Rozważania ograniczono do początkowego stadium zjawiska migracji. Umożliwiło to przyjęcie założcnia, że w chwili początkowej koncentracja rozpuszczonej w wodzie substancji aktywnej C oraz koncentracja substancji aktywnej zasorbowanej w skałach są równe zeru. Ponadto nieliniowe równanie kinetyki procesu sorpcji i wymiany jonowej (5) może być wówczas aproksymowane relacją linową (8). W rezultacie ogólne równanie transportu (7) upraszcza się do postaci (9). Rozważono przypadek transportu jednowymiarowego, lecz uogólnienie równań na przypadki dwu- i trójwymiarowy nie stanonowi żadnego problemu. Przyjęto warunek początkowy, zgodnie z którym w chwili t = O konccntracja substancji aktywnej w przepływajacym płynie równa jest zeru, a dopływ tej substancji następuje poprzez brzeg x = O. Odpowiada to warunkom początkowo-brzegowym (10)-(12). W celu uniknięcia ewentualnych niejasności, w rozdziale 5 artykułu uściślono pojęcie początkowego stadium procesu migracji. Przyjmuje się, że proces migracji jest w stadium początkowym, jeśli nieliniowe równanie kinetyki procesu sorpcji i wymiany jonowej (5) może być aproksymowane relacją linową (8). Odpowiada to warunkowi (28), pokazanemu graficznie na rysunku l. Otrzymane równanie różniczkowe opisujące proces jednowymiarowej migracji (9) rozwiązano metodą transformacji Carsona-Laplace'a. Rozwiązanie fianlne w postaci całkowej (24) jest jednak niedogodne do przeprowadzania obliczeń i dlatego też skorzystano z numerycznych metod rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych. Równanie transportu (9) rozwiązano metodą różnic skończonych. Zastosowano aproksymację typu semi-implicitc (29), dzięki której problem sprowadzono do rozwiązania równania macierzowego (32) z macierzą współczynników L typu trójdiagonalnego. Analiza stabilności przyjętego schematu różnicowego (29), przeprowadzona szczegółowo w innej pracy autora (Sławomirski 2001) w oparciu o metodę analizy harmonicznej, prowadzi do warunku (30), który w obliczeniach efektywnych musi zawsze być spełniony. Przykładowe obliczenia przeprowadzono na komputerze Digital AlphaStation typu RISC, wykorzystując specjalnie do tego celu napisany przez autora program obliczeniowy oparty na przyjętym schemacie różnicowym. Ze względu na duże możliwości obliczeniowe maszyny zastosowano siatkę obliczeniową zawierającą 6000 węzłów. Wyniki obliczeń przedstawiono na rysunkach 2-5. Rozwązanie (34), (35) dla przypadku, gdy dyfuzja i dyspersja mogą być pominięte porównano z rozwiązaniem odpowiadającym sytuacji, gdy procesy dyfuzyjno-dyspersyjne mają istotny wpływ na finalny obraz zjawiska migracji. W przypadku gdy procesy dyfuzji i dyspersji są pominięte, rozwiązanie ma postać przesuwającej się w czasie fali eksponencjalnej "obciętej" przez wyraźny front falowy. Matematycznie jest on reprezentowany przez funkcję Heaviside'a (rys. 6). Obceność procesów dyfuzji i dyspersji "wygładza" front falowy, powodując nawet przy odpowiednio dużych wartościach współczynnika dyfuzji-dyspersji jego zaniknięcie. Z matematycznego punktu widzenia odpowiada to zmianie typu równania z hiperbolicznego na paraboliczne, w którym żadne nieciągłości pierwszej pochodnej rozwiązania nie powinny mieć miejsca.