Bentonitszőnyegek egyenértékűségének vizsgálata Dr. Szabó Imre, Tóth Andrea Miskolci Egyetem, HidrogeológiaiHidrogeológiaiMérnökgeológiai g g Tanszék
GEOTECHNIKA 2004 Konferencia Ráckeve, ác e e, 2004. 00 .
Tartalom ¾
A bentonitszőnyeg
¾
Bentonitszőnyeg hulladéklerakók aljzatszigeteléseként
¾
Bentonitszőnyegek vízzárósága
¾
Szennyezőanyag--visszatartó képesség modellezése Szennyezőanyag
Mi a bentonitszőnyeg y g? Geotextília tekercs
Bentonit Montmorillonit ( duzzadó agyagásvány) E éb ásványok: Egyéb ásványok á á k: crisz cris i ztobalit, t b lit kv k arcc, stb. kvar tb Montmorillonit Negatív töltésű felület Kationok K ti k és é vízmolekulák í l k lák megkötődése Az elektrosztatikus kötés a Bentonit l lemezek k között k gyenge Elméletileg 800 -1200 % -os vízfelvétel lehetséges
Kötőanyag
Geotextília tekercs
Bentonit granulátum g
Geotextília tekercs
Bentonitszőnyeg y g tekercs
Mi a bentonitszőnyeg y g? B t it Bentonit
Geotextília tekercs
Termikus Geotextília kezelés tekercs
Tű Tűnemezelő lő táblák
Bentonit
Geotextília tekercs
Geotextília tekercs
Bentonitszőnyeg tekercs
Száltűzés
Bentonitszőnyeg tekercs
A bentonitszőnyeg, y g, mint aljzatszigetelő j g Hulladéklerakó aljzatszigetelésétől elvárt tulajdonságok: •a megkívánt kí á t vízzáróság í á ó á teljesítése t lj íté
A bentonitszőnyeg b t it ő jjellemzői: ll ői
•jó szennyezőanyag szennyezőanyag--visszatartó képesség
•Igen jó vízzáróság (10-11-10-12 m/s) •alkalmazásuk a helyi adottságoktól kevésbé függ •helyszíni ellenőrző vizsgálatokat nem igényel •a beépítés egyszerűbb gy •a kivitelezés üteme gyorsabb
A hazai kommunálishulladék kommunálishulladék--lerakók építésénél felhasznált bentonitszőnyegek mennyisége
Vízzáróság megváltozása !! Szennyezőanyag transzport !!!
A bentonit töltet összetétele -9
Szivá árgási tény yező, k [m m/s]
1x10-9
σn = 30 kPa
-10 10
1x10-10
-11
1x10-11 0
1
2
3
4
5
6
7
8
Átszivárgási idő, t [nap]
9
10
11
12
13
A bentonit töltet szerkezete -9
1x10
Szivárrgási tényező, k [m/s]
Szivárrgási tényező, k [m/s]
1x10
1x10-10
1x10
-11
Szivárgási téényező, k [m/s]
1
1x10
-8
1x10
-9
1x10
2
3
4
5
6
7
Idő, t [nap]
8
9
10
1x10-11 1
2
3
Szárítás - nedvesítési ciklus száma
4
1x10-7
1x10
-8
1x10
-9
1x10
-10
1x10
-11
0
-10
0
-6
5
1
2
3
4
5
6
7
Fagyasztás - felengedési ciklus száma
8
9
10
A maximális vízfelvevő képesség csökken az oldatkoncentrációval ld k i l
Maxim mális vízfelvevő ő képesség, wm max,24h [%]
Kompatibilitás
800
Muster A bentonit töltet (Na-montmorillonit: 84%)
700
Desztillált víz Csapvíz NaCl CaCl2
600 500
K2SO4
400
ZnSO4 300 200 100 0 0
1
1x10-6
2
3
Koncentráció c [%] Koncentráció,
4
5
6
Szivárgá ási tényező, k [m/s]
Muster A bentonit töltet (Na-montmorillonit: 84%) 1x10-7
az áteresztőképesség függ:
1x10-8 Desztillált víz NaCl CaCl2
1x10-9
1x10
az átszivárgó folyadék összetételétől, koncentrációjától desztillált víz vagy maga a sóoldat a hidratáló folyadék
-10
1x10-11 0
1
2
3
Koncentráció, c [%]
4
5
6
A szőnyeg mechanikus igénybevétele -5
S Szivárgás si tényező [m/s] [m/s]
1x10-10 1x10
1. minta 2. minta 3. minta
-6
1x10-11 1x10
többszöri áthajtogatás területről vett minták áthajtogatás nélküliutáni területről vett minták
-7
1x10-12 1x10 1
2
3
4
5
6
Idő [nap] [ ]
7
8
9
10
Szennyezőanyag terjedés modellezése Transzportegyenlet:
Megoldása:
J = J a + J diszp + J adsz di d + Jb
numerikus
ahol:
dM Ja = = vx ⋅ c dydzdt
1D advektív d ktí fluxus fl
J diff = J adsz
2D 3D
J diszp = J hidrodin .diszp + J diff J hidrodin .diszp =
analitikus
∂( Θc ) ∂( Θc ) ∂( Θc ) dM = − Dxx ⋅ − Dxy ⋅ − Dxz ⋅ ∂x ∂y dydzdt ∂z
dM ∂c = Deff ⋅ dydzdt ∂x
d 2M ∂c = = −ρb ⋅ K d ⋅ ∂t dVdt
diffúzió
adszorpció
d 2M Jb = = −λ ⋅ (Θ ⋅ c + ρb ⋅ K d ⋅ c ) dVdt
bomlás
mechanikai diszperzió
Modellező környezet: Processing Modflow Hidrodinamikai modellezés: Modflow Transzportmodellezés: MT3DMS
Szennyezőanyag visszatartó képesség Koncepcionális modell Szakadás
Geomembrán
h = 30 cm, c0= 1 g/cm3
vgeo 2x6 cm
vsz Tömörített agyagréteg vagy a bentonitszőnyeg
h = 0 cm, c= 0 g/cm / 3
Paraméter
agyag
bentonitszőnyeg
S i á á i tényező Szivárgási té ő
1*10-99 m/s /
11 m/s 1*10-11 /
Sűrűség
1900 kg/m3
1240 kg/m3
Effektív porozitás
0,54
0,7
Langmuir izoterma A paramétere
875 mg/100 g
3500 mg/100 g
Langmuir izoterma K paramétere
0,03 m3/kg
0,03 m3/kg
Effektív diffúziós együttható
7,17*10-10 m2/s
1*10-12 - 3*10-10 m2/s
1. Bentonitszőnyeg Vizsgált időtartam: vgeo = 22,5 5 mm 100 év vsz = 1 cm 1 éves időlépcső 2. Tömörített agyagréteg numerikus stabilitás vggeo = 2,5 mm < 1 % hiba vsz = 1 m 3. Bentonitszőnyeg + agyagréteg vgeo = 2,5 mm Eredmény: vsz = 1 cm + 50 cm Kilépő/ belépő Adszorbeált/ belépő anyagmennyiség
Diffúzív anyagáram I. 1
0.9
Kumulatív aanyagáram (-) K
0.8
0.7
J = JJ a= +J aJ diszp
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Idõ (év)
A kilépő és belépő anyagmennyiség aránya
Diffúzív anyagáram II. 1 0.9
Kumulatív aanyagáram (--)
0.8 07 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Idõ (év)
Csurgalékvíz magasság növelése
Diffúzív anyagáram III. 1
c03
0.9
c02
0.8
c01
Kumulatív aanyagáram (--)
c03>cc02 01>c01 07 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Idõ (év)
Csurgalékvíz koncentráció növelése
Adszorpció figyelembevétele 1
0.9
Kumulatív tömegáram (-)
0.8
J = J a + J diszp + J adsz
0.7
0.6
Maximális adszorpciós kapacitás:
0.5
3500 mg/100g
0.4
03 0.3
0.2 0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Idõ (év)
A kilépő és belépő anyagmennyiség aránya
Egyenértékűség 1
0.9
Kumulatív tömegáram m (-)
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 03 0.3 0.2 0.1 0 0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Idõ (év)
A kilépő és belépő anyagmennyiség aránya
A szennyező adszorpciójának leírása 0.4
Az adszorpciós folyamatok leírása li á i iizotermával: lineáris á l
Kumulattív adszorbeált anyagmeennyiség
0.35
0.3
ca = K ⋅ c
0.25
02 0.2
Maximális adszorpciós kapacitás: 800 mg/100g agyag 3500 mg/100g /100 b bentonitszőnyeg t it ő
0.15
0.1
0.05
0 0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Idõ (év)
Az adszorbeált és a belépő anyagmennyiség aránya
Az adszorpciós folyamatok leírása Langmuir izotermával:
K ⋅c ca = cmax ⋅ 1+ K ⋅ c
Kombinált alzatszigetelés I. 0.45
Kumulattív adszorbeáált anyagmeennyiség
0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0 15 0.15 0.1 0.05 0 0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Idõ (év)
Az adszorbeált és a belépő anyagmennyiség aránya
Kombinált alzatszigetelés II. 11
0.9 0.9
Kumulatív ttömegáram (-) K
0.8 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.5
Agyagvastagság növelése, anizotrópia
0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 00 00
10 15 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 55 10
Idõ (év)
A kilépő és belépő anyagmennyiség aránya
Összefoglalás, g , megállapítások g p • ásványos y összetétel mellett a szövetszerkezet is meghatározza g a vízzáróságot • a szemcsék átrendeződhetnek mechanikus igénybevételre g y
hibahelyek y
• az oldat koncentrációjának növekedésével a maximális vízfelvevő képesség radikálisan csökken szivárgási tényező értéke nő • a szivárgási tényező függ az átszivárgó folyadék összetételétől, koncentrációjától • a bentonitszőnyeg és az 1 m vastag agyagréteg között a transzport--egyenértékűség nem áll fenn transzport • a 0,5 m agyagréteg egy bentonitszőnyeggel nagyon kedvező eredményeket mutatott a számítások során
