Bentonitszőnyegek gy g vizsgálata g egyenértékűségének Dr. Szabó Imre, Tóth Andrea Miskolci Egyetem, HidrogeológiaiHidrogeológiaiMérnökgeológiai Tanszék
Tartalom ¾
A bentonitszőnyeg y g
¾
Bentonitszőnyeg hulladéklerakók aljzatszigeteléseként
¾
Bentonitszőnyegek vízzárósága
¾
Szennyezőanyag--visszatartó képesség modellezése Szennyezőanyag
GEOTECHNIKA 2004 Konferencia Ráckeve, 2004.
Mi a bentonitszőnyeg ?
Mi a bentonitszőnyeg ? Geotextília tekercs
Bentonit Montmorillonit ( duzzadó agyagásvány) Egyéb ásványok: ásványok: cris criszztobalit, kv kvar arcc, stb. Montmorillonit Negatív N tí tölté töltésű ű ffelület lül t Kationok és vízmolekulák megkötődése Az elektrosztatikus kötés a Bentonit lemezek között gyenge Elméletileg 800 -1200 % -os vízfelvétel lehetséges
Kötő Kötőanyag
Bentonit
Bentonit granulátum Geotextília tekercs
Geotextília tekercs
Bentonitszőnyeg tekercs
Geotextília G t tíli tekercs
Geotextília tekercs Geotextília tekercs
Bentonitszőnyeg t k tekercs
Tűnemezelő táblák
Bentonit Geotextília tekercs
Termikus kezelés
Bentonitszőnyeg tekercs
Száltűzés
1
A bentonit töltet összetétele
A bentonitszőnyeg, mint aljzatszigetelő Hulladéklerakó aljzatszigetelésétől elvárt tulajdonságok:
-9
•a megkívánt vízzáróság teljesítése
A bentonitszőnyeg jellemzői:
ő i t tó képesség ké é •jó szennyezőanyagszennyezőanyag -visszatartó
•Igen jó vízzáróság (10-11-10-12 m/s)
Szivárgási tényező ő, k [m/s]
1x10-9
•alkalmazásuk a helyi adottságoktól kevésbé függ •helyszíni ellenőrző vizsgálatokat nem igényel
σn = 30 kPa
-10
1x10-10
-11
1x10-11 0
•a beépítés egyszerűbb
1
2
3
4
5
6
7
8
Átszivárgási Áts idő t [nap] Át i árgási á á i idő, [ ]
9
10
11
12
13
•a kivitelezés üteme gyorsabb A hazai kommunálishulladékkommunálishulladék-lerakók építésénél felhasznált bentonitszőnyegek mennyisége
Kompatibilitás
A bentonit töltet szerkezete -6
-9
1x10
Szivárgási ttényező, k [m/s]
Szivárgási ttényező, k [m/s]
1x10
1x10-10
A maximális vízfelvevő képesség csökken az oldatkoncentrációval
-7
1x10
-8
1x10
-9 9
1x10
-10
1x10
Maximális v vízfelvevő képesség, wmax,24h [%]
Vízzáróság megváltozása !! Szennyezőanyag transzport !!!
800
500
ZnSO4 300 200 100 0
1x10
1x10
1x10
2
3
4
5
6
7
Idő, t [nap]
8
9
0
10
1
2
3
4
5
6
7
Fagyasztás - felengedési ciklus száma
8
9
-8
-9
-10
1
-6
10
2
3
Koncentráció, c [%]
4
5
6
Muster A bentonit töltet (Na-montmorillonit: 84%) Szivárgási tényezző, k [m/s]
Szivárgási tényező, k [[m/s]
1x10
0
1x10 1
K2SO4
400
1x10
-11
Desztillált víz Csapvíz NaCl CaCl2
600
-11
1x10
Muster A bentonit töltet (Na-montmorillonit: 84%)
700
1x10-7
1x10
az áteresztőképesség függ:
-8
1x10
az átszivárgó folyadék összetételétől, koncentrációjától
Desztillált víz NaCl CaCl2
1x10-9
desztillált víz vagy maga a sóoldat a hidratáló folyadék
-10
-11
1x10-11
0
1
2
3
Szárítás - nedvesítési ciklus száma
4
5
0
1
2
3
Koncentráció, c [%]
4
5
6
2
A szőnyeg mechanikus igénybevétele
Szennyezőanyag terjedés modellezése
-5 -10
Szivárgási téényező nyező [m/s] [m/s]
1x10 1x10
1. minta 2. minta 3. minta
Transzportegyenlet:
Megoldása:
J = J a + J diszp + J adsz + J b
numerikus
ahol:
-6
11 1 10-11 1x10 1x10
dM = vx ⋅ c dydzdt
Ja =
1D advektív fluxus
2D 3D
J diszp = J hidrodin .diszp + J diff 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
J hidrodin .diszp 10
J diff = J adsz =
Jb =
Szennyezőanyag visszatartó képesség Koncepcionális modell Szakadás
Geomembrán
analitikus
dM ∂( Θc ) ∂( Θc ) ∂( Θc ) = = − Dxx ⋅ − Dxy ⋅ − Dxz ⋅ dydzdt ∂z ∂x ∂y
dM ∂c = Deff ⋅ ddydzdt d dt ∂x
∂c d 2M = −ρb ⋅ K d ⋅ ∂t dVdt
diffúzió
adszorpció
2
d M = −λ ⋅ (Θ ⋅ c + ρb ⋅ K d ⋅ c ) dVdt
bomlás
mechanikai diszperzió
Modellező környezet: y Processing Modflow Hidrodinamikai modellezés: Modflow Transzportmodellezés: MT3DMS
Diffúzív anyagáram I. 1
h = 30 cm, c0= 1 g/cm3
vgeo
0.9 2x6 cm
vsz Tömörített agyagréteg vagy a bentonitszőnyeg Paraméter
agyag
h = 0 cm, c= 0 g/cm3 bentonitszőnyeg
Szivárgási tényező
1*10-9 m/s
1*10-11 m/s
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 = 2,5 mm 100 év vsz = 1 cm 1 éves időlépcső 2. Tömörített agyagréteg numerikus stabilitás vgeo = 2,5 mm < 1 % hiba vsz = 1 m 3. Bentonitszőnyeg + agyagréteg Eredmény: vgeo = 2,5 mm vsz = 1 cm + 50 cm Kilépő/ belépő Adszorbeált/ belépő anyagmennyiség
Kumulatív anyagáram (-)
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
3
Diffúzív anyagáram II.
Diffúzív anyagáram III.
1
1
c03
0.9
0.9
c02
0.8
0.8
c01
Kumulatív anyagáram (-)
Kumulatív anyagáram (-)
c03>cc02 01>c01 0.7 0.6 0.5 0.4
0.7 0.6 0.5 0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1 0
5
0
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Idõ (év)
Csurgalékvíz magasság növelése
Adszorpció figyelembevétele
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
Egyenértékűség 1
1
0.9 0.9
0.8
J = J a + J diszp + J adsz
0.7
0.6
Maximális adszorpciós kapacitás:
0.5
3500 mg/100g
Kumulatív tömegáram (-)
Kumulatív tömegáram (-)
0.8
07 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3
04 0.4
0.2 0.3
0.1
0.2
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
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
4
A szennyező adszorpciójának leírása
Kombinált alzatszigetelés I.
0.4
0.3
ca = K ⋅ c
0.25
0.2
Az adszorpciós folyamatok leírása Langmuir izotermával:
Maximális adszorpciós kapacitás: 800 mg/100g agyag 3500 mg/100g bentonitszőnyeg
0.15
ca = cmax ⋅
0.1
K ⋅c 1+ K ⋅ c
0.05
0.4 Kum mulatív adszorbeált anyagmenny yiség
0.35 Kum mulatív adszorbeált anyagmenny yiség
0.45
Az adszorpciós folyamatok leírása lineáris izotermával:
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
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
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
Összefoglalás, megállapítások
0.9 0.9
• ásványos összetétel mellett a szövetszerkezet is meghatározza a vízzáróságot
Kumulatív tömegáram (-)
0.8 0.8 00.7 0 77 0.7
• a szemcsék átrendeződhetnek mechanikus igénybevételre
0.6 0.6 0.5 0.5
Agyagvastagság növelése, anizotrópia
0.4 0.4
hibahelyek
• az oldat koncentrációjának növekedésével a maximális vízfelvevő képesség radikálisan csökken szivárgási tényező értéke nő • a szivárgási tényező függ az átszivárgó folyadék összetételétől, koncentrációjától
0.3 0.3
• a bentonitszőnyeg b t it ő és é az 1 m vastag t agyagréteg ét kö között ött a transzport--egyenértékűség nem áll fenn transzport
0.2 0.2 0.1 0.1
• a 0,5 m agyagréteg egy bentonitszőnyeggel nagyon kedvező eredményeket mutatott a számítások során
00 00
55 10 10 15 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
5
