Introducere. Depozitarea ecologică și legislația privind depozitarea deșeurilor nepericuloase [309627]
Capitolul I
Introducere. Depozitarea ecologică și legislația privind depozitarea deșeurilor nepericuloase
În prezent deșeurile reprezintă una dintre cele mai acute probleme legate de protecția mediului. Mari cantități de deșeuri sunt generate anual. [anonimizat], reciclate sau pot fi dirijate către o instalație de tratare sau un incinerator.
[anonimizat] a [anonimizat].
Gestionarea neadecvată a deșeurilor conduce la numeroase cazuri de contaminare a [anonimizat]. [anonimizat].
Un depozit se definește ca fiind ”orice amplasament pentru eliminarea finală a deșeurilor prin depozitare pe sol sau în subteran”. [22]
Dupa impactul pe care îl au asupra mediului deșeurile pot fi :
– deșeuri nepericuloase (clasa A) [anonimizat], unde este posibil.
– deșeuri periculoase (clasa B) care, prin riscul crescut de aprindere și/sau explozie ori prin acțiunea lor corozivă și a altor proprietăți au un impact semnificativ asupra mediului înconjurător.
– deșeuri inerte (clasa C) [anonimizat].
[anonimizat], construite, exploatate și construite închise în mod corespunzător.
[anonimizat] (zone) [anonimizat], [anonimizat]. Depozitarea în condiții ecologice a deșeurilor, mai ales a [anonimizat] o problemă și o sarcină de prim ordin pentru generațiile actuale.
Depozitarea în rampe ecologice poate să ofere soluții de rezolvare pentru o multitudine de probleme:
– prevenirea poluării apelor de suprafață și a celor freatice;
– prevenirea infestării solurilor cu substanțe nocive;
– [anonimizat];
– asigurarea unei calități mai bune a produselor agricole;
– dezvoltarea economică și socială a localității.
Depozitul se poate realiza parțial sub nivelul terenului prin excavarea pământului până la o adâncime stabilită de proiectant și parțial prin realizarea unor diguri de pământ cu înălțime variabilă. Se recomandă această variantă constructivă pentru mărirea capacității de depozitare și reducerea volumului de terasamente. Materialul rezultat din excavarea terenului pentru aducerea la cotă va fi parțial utilizat pentru realizarea digurilor și parțial va fi depozitat în zona de excavații din imediata apropiere a amplasamentului, unde va fi păstrat pentru acoperirea periodică a [anonimizat] a depozitului la închiderea acestuia. [38]
Directiva 1999/31/[anonimizat] sau reducerea efectelor negative asupra mediului și mai ales poluarea apelor de suprafață, a apelor subterane, a solului, aerului și a mediului în general, inclusiv efectul de seră, precum și orice alte riscuri ulterioare pentru sănătatea umană pe care le pot avea activitățile de depozitare a deșeurilor pe durata întregului ciclu de viață.
Prin Hotărârea Guvernului nr. 349/2005, Directiva 1999/31/CE a fost transpusă în legislația națională, actul normativ stabilind cadrul legal pentru desfășurarea activității de depozitare a deșeurilor, atât pentru realizarea, exploatarea, monitorizarea, închiderea și urmărirea postînchidere a depozitelor noi, cât și pentru exploatarea, închiderea și urmărirea postînchidere a depozitelor existente, în condiții de protecție a mediului și a sănătății populației.
Normativul tehnic aprobat prin Ord. nr. 757/2004 reprezintă cea mai bună tehnică disponibilă la nivel național pentru depozitele de deșeuri, prin acest act normativ fiind stabilite cerințele și măsurile operaționale și tehnice pentru depozitarea deșeurilor în scopul prevenirii sau reducerii cât de mult posibil a efectelor negative asupra mediului și sănătății umane, generate de depozitarea deșeurilor, pe toată durata de exploatare a unui depozit. [17]
Pentru realizarea depozitelor zonale de deșeuri municipale autoritățile administrației publice locale trebuie să țină seama de prevederile Strategiei Naționale de Gestionare a Deșeurilor și ale Planului Național de Gestionare a Deșeurilor, aprobate prin Hotărârea Guvernului nr. 1.470/2004, precum și de planurile regionale de gestionare a deșeurilor.
Reglementarea activității privind depozitarea deșeurilor se face cu respectarea prevederilor legislației de mediu în vigoare, prin emiterea acordului și autorizației integrate de mediu, în cazul depozitelor ce intră sub incidența legislației privind prevenirea și controlul integrat al poluării, și prin emiterea acordului și/sau autorizației de mediu pentru depozitele care nu se supun prevederilor legale menționate.
Capitolul II
Aspecte privind etanșarea de bază a depozitelor de deșeuri
2.1. Metodologii și materiale de etanșare a bazei depozitelor de deșeuri
2.1.1. Tipuri de materiale utilizate în etanșarea de bază
„Depozitele ecologice de deșeuri reprezintă la ora actuală singura modalitate de eliminare a deșeurilor. În scopul limitării efectelor nocive asupra mediului înconjurător, acestea trebuie proiectate și executate astfel încât să răspundă unor cerințe care au ca obiectiv nprincipal limitarea poluării aerului, pământului (solului) și apei subterane”.[16]
Un depozit ecologic ca depozit definitiv pentru deșeuri trebuie să fie dotat cu toate sistemele de reținere a eventualilor poluanți pentru a răspunde cerințelor. În vederea minimizării emisiilor rezultate de la depozite, este utilizat conceptul de „bariere multiple”, care presupun bariere la locul de amplasare a depozitului, în corpul de depozitare, sisteme de izolare la bază, sisteme de izolare la suprafață. Tot aici sunt incluse și întreținerea ulterioară, posibilitatea de control și de reparare. Cea mai importantă barieră o reprezintă însuși corpul de depozit, ceea ce arată că, pentru reducerea emisiilor, trebuie să aibă loc neutralizarea deșeurilor depozitate, prin metode de tratare stabilite în prealabil.[22]
Un depozit de deșeuri este o groapă construită, în care straturile de deșeuri solide sunt depozitate, compactate și acoperite pentru eliminarea finală. Este căptușit în partea de jos pentru a preveni poluarea apelor subterane. Depozitele de deșeuri construite constau dintr-un fund căptușit, un sistem de colectare și tratare a levigatului, monitorizarea apelor subterane, extracția gazelor (gazul este ars sau folosit pentru producerea de energie) și un sistem de acoperire. Capacitatea este planificată, iar amplasamentul este ales pe baza unui studiu de evaluare a riscului de mediu (UNEP 2002). Există, de asemenea, depozite de deșeuri special concepute pentru a încuraja biodegradarea anaerobă a fracțiunii organice a deșeurilor pentru producerea biogazului prin monitorizarea condițiilor de oxigen și a conținutului de umiditate. Depozitele de deșeuri necesită un sistem de proiectare și de construcție care să le garanteze funcționalitatea.[33]
Un depozit trebuie să fie amplasat și proiectat astfel încât să satisfacă condițiile necesare pentru a preveni poluarea solului, apei subterane și/sau de suprafață și să asigure colectarea eficientă a levigatului. Aceasta se realizează prin combinarea barierei geologice naturale cu o impermeabilizare a bazei depozitului în timpul fazei de exploatare/active și prin combinarea unei bariere geologice cu o impermeabilizare superioară în cursul fazei pasive/postînchidere.[17]
Fig. 2.1 Un design tipic schematic al unui depozit de deșeuri proiectat cu un control complet al levigatului și al gazelor. [ 33]
Se consideră că bariera geologică îndeplinește condițiile necesare pentru etanșare dacă prezintă următoarele caracteristici [22]:
– grosime ≥1m, coeficient de permeabilitate (k) ≤10-7 m/s – în cazul depozitelor de deșeuri inerte;
– grosime ≥1m, k ≤10-9 m/s – în cazul depozitelor de deșeuri nepericuloase;
– grosime ≥5m, k ≤10-9 m/s – în cazul depozitelor de deșeuri periculoase.
Pot fi utilizate următoarele variante:
a) Impermeabilizarea cu argilă;
b) Impermeabilizarea cu geosintetice, geomembrane, geocompozite;
c) Impermeabilizarea combinată.
Acolo unde bariera geologică nu satisface în mod natural condițiile menționate anterior, ea poate fi completată în mod artificial și întărită prin alte mijloace care să realizeze o protecție echivalentă.
O barieră geologică construită nu trebuie să fie mai subțire de 0,5 m.[17]
În afara barierei geologice descrise anterior depozitul trebuie să fie prevăzut cu o impermeabilizare artificială care îndeplinește cerințele de rezistență fizico-chimică și de stabilitate în timp, corespunzătoare condițiilor de etanșare cerute, și cu un sistem etanș de colectare a levigatului pentru a se asigura că acumularea de levigat la baza depozitului se menține la un nivel minim.
Pentru depozitele de deșeuri nepericuloase sunt stabilite următoarele cerințe:
– Impermeabilizare artificială: necesară
– Strat drenant >= 0,5 m: necesar.
Bariera construită pentru depozitele de deșeuri nepericuloase trebuie să îndeplinească cel puțin cerințele de mai jos:
– Grosime geomembrană PEHD : 2,0 mm
– Permeabilitate strat: 10 -9 m/s
– Grosime strat: >= 0,5 m.[17]
Geomembranele PEHD trebuie să asigure îndeplinirea cerințelor stabilite în Normativul tehnic privind depozitarea deșeurilor în ceea ce privește:
– proprietățile fizice: grosimea, densitatea, masa pe unitatea de suprafață;
– rezistențele mecanice: rezistența la întindere, rezistența la impact (șoc), rezistența la poansonare statică, unghiul de frecare la interfața dintre geomembranele netede PEHD și alte materiale, rezistența la sfâșiere, rezistența îmbinărilor sudate;
– stabilitatea și durabilitatea: rezistența la degradare chimică, rezistența la degradarea termică și prin oxidare (rezistență la îmbătrânire), rezistența la degradare prin acțiunea factorilor biologici.
În ceea ce privește componența sistemului de etanșare de bază, se remarcă, în cazul depozitelor de deșeuri periculoase și nepericuloase, obligativitatea utilizării materialelor geosintetice cu rol de etanșare – geomembrană din polietilenă de înaltă densitate. Sub această barieră artificială trebuie să se găsească o barieră minerala naturală sau construită cu o grosime și caracteristici de permeabilitate definite, dar și cu limite privind compoziția granulometrică: bariera naturală va avea conținut de minimum 15% (masa) de minerale argiloase cu d<0.002 mm în timp ce pentru bariera construită conținutul minim este de 20%.
Nivelul apei subterane trebuie să se găsească cu minimum 1 m sub baza sistemului de etanșare.
Fig. 2.2 Varianta de impermeabilizare a bazei pentru depozitele de deșeuri nepericuloase [17]
Fig. 2.3 Modele de curgere a poluanților prin etanșări alcătuite din: [16]
a)geomembrană;
b) strat mineral;
c) sistem compozit
Materialele de etanșare a bazei depozitelor de deșeuri pot fi următoarele:
A. Materialele argiloase trebuie să îndeplinească condițiile de permeabilitate cerute de normele naționale și majoritatea normelor internaționale pentru terenul de fundare al unui depozit de deșeuri . În anumite condiții, argila grasă, argila, argila nisipoasă, argila prăfoasă, praful argilos sau chiar loessul sau praful nisipos pot înregistra valori mai mici de 10-9 m/s .
A.1. Materiale argiloase în stare naturală
Valorile coeficientului de permeabilitate al argilelor sunt foarte reduse, în general, în jurul valorii de 10-8 ÷10-11 m/s, cauza fiind porozitatea și complexul de adsorbție. Coeficientul de permeabilitate se determină atât prin teste de laborator, cât și pe teren.
Grosimea stratului de apă adsorbită depinde în largă măsură de natura și sarcinile electrice ale ionilor (sarcini mari implică un număr mic de ioni, deci grosimi reduse ale complexului). Capacitatea de a adsorbi ionii diferă în funcție de pământ, iar cu cât este mai mică raza ionului hidratat, cu atât este mai mare intensitatea adsorbției:
H+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > Li+
Stratul de argilă are un rol foarte important în cadrul sistemului de etanșare, prin limitarea și atenuarea poluării apelor subterane. Pentru eficiență, stratul trebuie să fie omogen și continuu.
A.2. Argila compactată
Permeabilitatea poate fi îmbunătățită prin compactarea pământului, coeficientul putând fi redus cu până la două ordine de mărime (valori de ordinul a 10-9÷10-11 m/s).
Un rol foarte important în compactare îl are umiditatea. Eficiența compactării este condiționată de mai multe aspecte dintre care cele mai importante sunt: utilajul de compactare folosit și caracteristicile fizice ale pământului. Grosimea unui strat mineral de argilă compactată, din cadrul unui sistem de etanșare de bază variază în general între 0.6 si 2 m.
TABEL 2.1. Valori orientative ale umidității optime de compactare [16]
A.3. Amestecuri de pământ (mixturi)
Un strat mineral cu un coeficient mare de permeabilitate, poate fi îmbunătățit prin mixarea cu un material cu permeabilitate redusă, de exemplu, ciment. Astfel, pentru respectarea normelor legale naționale și internaționale, se urmărește obținerea unei permeabilități sub valoarea de 10-9 m/s. Această tehnologie prezintă și dezavantajul apariției unor fisuri, de aceea amestecu bentonită este frecvent utilizat.
În figura de mai jos este arătat efectul bentonitei dintr-un amestec asupra coeficientului de permeabilitate, care scade de la valoarea de 2·10-6 m/s înregistrată în stare naturală pâna la 3·10-10 m/s în urma adăugării a numai 5 procente de bentonită.
Fig. 2.4 Efectul bentonitei asupra coeficientului de permeabilitate [2]
B. Materiale geosintetice cu rol de etanșare
„Unele deșeuri prezintă un grad ridicat de agresivitate chimică, iar altele au un grad de poluare mai mare față de altele. În aceste condiții elementele componente ale depozitelor ecologice este necesar vsă îndeplinească roluri funcționale complexe, iar materialele și instalațiile necesare realizării construcției acestora trebuie să prezinte rezistențe și proprietăți specifice diferite de ale materialelor destinate pentru alte categorii de construcții (industriale, civile, hidroedilitare, hidrotehnice, etc.). Pe lângă masa și volumul reduse, aceste materiale trebuie să prezinte caracteristici bune de elasticitate, etanșeitate, rezistență la tasare diferențiată, rezistență la agresivitatea agenților chimnici și biologici, etc.” [22]
Geosinteticele sunt produse cu structură plană realizate din materiale polimerice și care sunt utilizate împreună cu pământurile, rocile sau alte materiale în domeniul construcțiilor. Funcțiile materialelor geosintetice sunt în principal hidraulice și mecanice. [28]
Materiale geosintetice cu rol de etanșare utilizate sunt de trei feluri, și anume: [16]
a) geomembranele;
b) geocompozitele bentonitice;
c) geotextilele impregnate cu asfalt lichid.
În componența sistemelor de etanșare de bază și de suprafață a depozitelor de deșeuri este obligatorie utilizarea unei geomembrane, în acord cu norme naționale și internaționale.
Pentru respectarea condițiilor de permeabilitate a stratului mineral, se utilizează geocompozitele bentonitice, un material recent dezvoltat, care se aplică pe un geosintetic cu rol de suport, de regulă, un geotextil.
B.1. Geomembranele (GM)
„Geomembranele sunt materiale geosintetice impermeabile (etanșe) obținute cu prioritate din polietilenă (PE), în general de înaltă densitate. Caracteristica de bază a acestpr materiale le conferă aplicabilitate practică ca elemente constructive de etanșare.” [22]
Fig. 2.5 Roluri funcționale și simboluri ale materialelor geosintetice (GS) [22]
Principalele proprietăți ale geomembranelor sunt:
– etanșeitate aproape absolută;
– aplicabilitate pe forme de suprafețe complexe;
– rezistență mecanică ridicată;
– rezistență chimică față de acizi și baze;
– densitate mică (ρ = 0,75…5,0 kg/m2).
Pentru fabricarea geomembranelor se utilizează folii de polietilenă, cu grosimea de 0,5 – 5,0 mm, lățimea 5 – 10 m și lungimea relativ mare L = 100 – 200 m.
Tipurile principale de geomembrane sunt:
– geomembrane clasice (HDPE), care au o etanșeitate ridicată;
– geomembrane rugoase (cu rugozitate pe o față sau pe ambele fețe);
– geomembrane (HDPE) cu strat conductiv electric – permite depistarea eventualelor zone cu defecțiuni;
– geomembrane (din HDPE) cu strat reflectorizant, concepute cu două straturi, cu rol în diminuarea supraîncălzirii datorată radiației solare de la θ=+20 °C (la geomembrana clasică) la θ = +7°C.
B.2. Geotextile (GT)
Geotextilele sunt materiale geosintetice textile permeabile realizate din polipropilenă sau poliesteri și câteodată din amestecuri de polipropilenă cu poliamidă. Se prezintă sub forma unor pături sau straturi textile simple, rezistente, cu grosimea de până la 1 cm, lățimea 3, 6 sau 10 m și lungimi mari, care se livrează în baloturi.[22]
Clasificarea geotextilelor se face după mai multe criterii:
a) după modul de fabricație: GT clasice, speciale și compuse;
b) după tipul materialului textil: GT nețesute, țesute, tricoturi, alte categorii (speciale și compuse);
c) după tipul materiei prime:
1. în funcție de tipul elementelor constituente:
– produse obținute din fibre: continue (filamente), tăiate (pentru GT nețesute);
– produse realizate din fire: monofilare, multifilare, filate, fibrilate;
– produse realizate din folii sau plăci;
2. după natura polimerului:
– produse realizate din amestecuri de polimeri sintetici;
– produse realizate din amestec de polimeri sintetici și naturali;
3. după proveniența ,ateriei prime:
– materiale la prima întrebuințare;
– materiale recuperabile și refolosite.
d) după tehnologia de fabricație:
– tehnologii textile pentru obținerea GT clasice și a unei părți din GT sintetice și compuse;
– tehnologii pentru obținerea celeilalte părți din geotextilele speciale și compuse;
e) după funcționalitate:
– filtrante, drenante, de separație;
– de protecție, de ranforsare (consolidare);
– alte funcții, precum funcția antirozională, de suport, container sau de glisare;
f) după durabilitate:
– produse cu durabilitate ridicată (GT sintetice);
– produse cu durabilitate limitată (GT din amestecuri de polimeri naturali și sintetici).
B.3. Geocompozitele (GC)
„Geocompozitele sunt realizate din diverse combinații între materialele celorlalte geosintetice și, în consecință, îmbină proprietățile și funcțiunile acestora. Ele sunt realizate sub forma unor sandvișuri / structuri de geosintetice, îndeplinind funcțiuni comasate sau extinse, în raport cu funcțiunile materialelor componente.” [22]
Fig. 2.6 Modalități de utilizare a geosinteticelor în proiectarea depozitelor de deșeuri [22]
„Geocompozitele bentonitice sunt produse prefabricate care asociază un material natural, bentonita, cu materialele geosintetice, formând o barieră etanșă și eficace, printr-un material ușor de pus în operă, omogen și rezistent la poansonare.” [28]
Geocompozitele bentonitice sunt alcătuite din trei straturi, astfel:
1. un strat suport din geomembrană de înaltă densitatesau geotextil țesut din polipropilenă;
2. un strat de bentonită sub formă granulară sau pulverulentă;
3. un strat de acoperire din geotextil nețesut din polipropilenă.
Exemple de utilizare a geosinteticelor:
Depunerea stratului de drenaj pe acoperirea finală și în sistemul de colectare a levigatului
Fig. 2.7 Tipuri de geocompozite bentonitice Fig. 2.8 Exemple de straturi de colectare a
[22] lichidului amplasate pe două pante diferite,
fără evacuare, la legătura dintre cele două pante, [7]
a) strat de drenaj în sistemul de acoperire;
b) stratul de colectare a levigatului
Funcția de etanșare a geocompozitelor bentonitice este, în cele mai multe cazuri, îndeplinită de bentonită, materialul geosintetic cu care este asociată îndeplinind practic rolul de suport și protecție.[16]
2.1.2. Calculul cantității de materiale pentru etanșarea de bază
La realizarea unei bariere construite este necesar să se demonstreze că materialele ce urmează a fi utilizate respectă cerințele în vigoare. Aceasta se verifică prin testarea comportării materialelor în câmpuri de testare unde sunt simulate condițiile specifice dintr-un depozit. Grosimea geomembranei. Conform STAS SR 13345/1996, grosimea minimă a geomembranei utilizată la etanșarea depozitelor de deșeuri trebuie să fie 1,5 mm. [22]
Grosimea necesară a geomembranei se determină in funcție de presiunile ce se vor exercita și de deformațiile ce pot apare datorită: [34]
– tasărilor diferențiate a stratului suport,
– tasărilor umpluturilor de sub geomembrană,
– tasărilor locale datorate unor zone moi etc.
Fig. 2.9 Schema de calcul pentru determinarea grosimii geomembranei [34]
Din condiția de echilibru în direcție orizontală rezultă:
(adm) t(g) cos β = [p tan δ(S) + p tan δ(I)] x,
unde:
F – forta mobilizată în geomembrană datorită tasării δH, t(g) – grosimea geomembranei,
T(S) – forța de frecare pe fața superioară a geomembranei, T(I) – forța de frecare pe fața inferioară a geomembranei,
(adm) – efortul de întindere admisibil în geomembrană,
p – presiunea aplicată pe geomembrană de deșeurile depozitate,
δ(S) – unghiul de frecare dintre fața superioară a geomembranei și materialul de deasupra, egal cu zero dacă este vorba de un deșeu lichid,
δI) – unghiul de frecare dintre fața inferioară a geomembranei și materialul de dedesubt,
x – distanța orizontală pe care se mobilizează deformația geomembranei; variaza între 5 cm și 25 cm (Koerner, 1994); se poate determina prin încercări de laborator.
Rezultă grosimea necesară de geomembrană
t(g) =p/cosβ• x/(adm) [tan δ(S) + tan δ(I)]
În alegerea grosimii geomembranei trebuie ținut cont și de echipamentul de construcție care va fi utilizat și de grosimea stratului de protecție prevăzut, de operațiile de curatire, nivelare etc, ce pot apare pe timpul exploatării.
De asemenea, trebuie avut în vedere că, pentru geomembranele HDPE, o dată cu grosimea crește și rigiditatea.
Masa pe unitatea de suprafață diferă în funcție de natura materialului și grosimea produsului. Pentru grosime de 0.5 mm – 400 – 500 g/m2, pentru grosime de 2 mm – 2000 – 2 500 g/m2.
Stabilitatea pe pante a geomembranei. Stabilitatea pe pante a geomembranei utilizată ca sistem de etanșare simplu trebuie analizată din următoarele puncte de vedere:
– grosimea și rezistența la tracțiune a geomembranei trebuie să fie suficiente pentru a-i suporta propria greutate atunci când este instalată pe o pantă abruptă;
– eforturile induse în geomembrană de deșeurile de deasupra trebuie să fie mai mici decât rezistența sa la tracțiune. Aceasta problemă este în general rezolvată prin adoptarea de pante de cel puțin 1:3 sau mai line și prin protejarea geomembranei cu un geotextil.
– în general, geomembranele sunt protejate cu un geotextil nețesut; trebuie verificată stabilitatea acestuia pe pantă, având în vedere ca unghiul de frecare geotextil/geomembrană, ca și dintre geotextil și stratul mineral de deasupra (în general strat de drenaj) este redus;
– trebuie asigurată stabilitatea pe pantă a stratului mineral de deasupra geomembranei (respectiv de deasupra geotextilului de protecție).
Permeabilitatea. Permeabilitatea geomembranelor, în sensul legii lui Darcy (k), este extrem de scăzută (de ordinul a 10-15 m/s). [34]
Metode experimentale:
– metode bazate pe măsurarea distribuției concentrației agentului de difuzare pe toată grosimea geomembranei;
– metode asociate cu determinarea concentrației de substanță chimică pe cele două suprafețele opuse ale geomembranei și calculul fluxului de difuzie și a penetrabilității;
– metode care se bazează pe înregistrarea cantității de substanță difuzată absorbită de probă în procesul de difuzie;
– metode care implică măsurarea curgerii staționare și determinarea fluxului de difuzie a coeficientului de difuzie.
Caracteristici hidraulice. SR EN 14150 – Bariere geosintetice.
Fig.2.10 Determinarea permeabilitatii la lichide Fig. 2.11 Transmisia de vapori de apă [34]
(doar pentru geomembrane –bariere geosintetice g – modificarea de masa (g)
polimerice) [34] T – intervalul de timp (ore)
A – suprafata probei (mp)
Legendă:
1 Partea aval U Robinet de intrare a apei
2 Partea amonte D Robinet de evacuare
3 Geomembrană FU Clapetă amonte de intrare a aerului
4 Placă poroasă FD Clapetă aval de intrare a aerului
Se aplică o diferență de presiune hidraulică între cele două fețe ale geomembranei, care este menținută în timpul încercării la o valoare constantă de 100 kPa.
Transmisia de vapori de apă – WVT [34]
– o mostră este pusă într-o capsulă împreună cu apa și se controlează diferența de umiditate relativă pe cele doua fețe (100% umiditate în capsulă, o umiditate mai scazută în exterior). Se monitorizează modificarea de masă în timp.
[g/mp zi]
Rezistența la întindere [34].
Testul cu dublu T. Mostra cu lățime constantă (200 mm)
Fig. 2.12 Testul cu dublu T [34] Fig. 2.13 Mostra cu lățime constantă [34]
Încercare tridimensională
Fig. 2.14 Încercare tridimensională [34]
Rezistența îmbinărilor
Testarea îmbinărilor se face prin încercări de forfecare sau prin încercări de "jupuire" (exfoliere, încercare de desprindere în unghi de 90°). [34]
Fig. 2.15 Rezistența îmbinărilor [34]
Pierderile pe unitatea de lungime datorate infiltrațiilor de-a lungul unui sistem de etanșare din geocompozi bentonitic pot fi estimate din relația: [22]
Q = ks (hw / B)t
în care: B este lățimea de geocompozit considerată, iar t – grosimea stratului bentonitic.
Grosimea unei etanșări cu argilă este, în general, între 0,3 – 1,05 m, în timp ce grosimea unei etanșări cu geocompoyite hidratate depinde de tensiunea de comprimare aplicată în timpul hidratării.. Valorile uzuale sunt între 5-10 mm sau de circe 100 de ori mai mică decât grosimea unei impermeabilizări cu argilă [22].
2.2. Etanșarea de tip barieră geologică naturală
Proiectarea diferitelor tipuri de depozitare diferă în funcție de caracteristicile deșeurilor, a amplasamentului și a materialelor disponibile pentru execuție și de volumul de deșeuri ce urmează a fi depozitat. Caracterizarea fizico – chimică , mineralogică și geomecanică a deșeurilor este necesară atât pentru stabilirea modului constructiv de realizare a depozitului, pentru calculul capacității de depozitare, a regimului de infiltrație, de stabilire a digurilor de contur și a ansamblului depozitului, cât și pentru valorificarea deșeurilor reciclate, a stabilirii condițiilor de închidere a depozitului și de proiectare a destinației post-utilizare.Totodată, trebuie analizată compoziția deșeurilor, existența unor fenomene de tipul tixotropiei–lichefierii, cimentării, colmatării, oxidării, dizolvarea unor săruri și modificarea structurii și texturii inițiale, precum și măsuri de accelerare sau diminuare a acestor fenomene. Studiile geologice, geotehnice și hidrogeologice au rolul de a stabili condițiile de amplasare pentru depozitarea deșeurilor, natura terenului de fundare, litologia, stratele acvifere. În urma lucrărilor de prospectare și cartare geologică se vor stabili, printre altele, materialele de construcție din amplasamentul depozitului care ar putea fi folosite ca strat primar de etanșare a bazei, respectiv ca filtru mineral.[35]
Conform legislației de mediu din majoritatea țărilor europene, depozitele de deșeuri trebuie să se încadreze în mediul înconjurător.
În prezent, în majoritatea țărilor, se aplică conceptul de bariere multiple sau 'tri-bariere', ce cuprinde cele trei componente de bază:
1.locul de depozitare;
2.bariera propriu-zisă,
3.reziduurile.
Bariera geologică se definește ca structură a subsolului care îndeplinește în mod natural cerințele de impermeabilizare specifice pentru fiecare clasă de depozit de deșeuri. [17]
Se consideră că bariera geologică îndeplinește condițiile necesare pentru etanșare dacă prezintă următoarele caracteristici, [22]:
– grosime ≥1m, coeficient de permeabilitate (k) ≤10-7 m/s – în cazul depozitelor de deșeuri inerte;
– grosime ≥1m, k ≤10-9 m/s – în cazul depozitelor de deșeuri nepericuloase;
– grosime ≥5m, k ≤10-9 m/s – în cazul depozitelor de deșeuri periculoase.
Impermeabilizarea cu argilă se recomandă pentru depozite mici, depozite aflate pe terenuri impermeabile în care se face o compactare a stratului de arggilă și depozite situate în cariere când depozitul de argilă este în apropierea amplasamentului. Argila se așează în 4-5 straturi compactate astfel încât grosimea finală să fie de minim 1 m. [22]
Acolo unde bariera geologică nu satisface în mod natural condițiile menționate anterior, ea poate fi completată în mod artificial și întărită prin alte mijloace care să realizeze o protecție echivalentă. O barieră geologică construită nu trebuie să fie mai subțire de 0,5 m.
Locul de depozitare (prima barieră) – trebuie să țină cont de geologia și hidrogeologia perimetrului, caracteristicile acestuia determinând și comportamentul pe timp îndelungat al depozitului.
Locul de depozitare trebuie să se comporte ca o barieră geologică naturală, trebuind sa îndeplinească următoarele condiții:
-formațiunile geologice trebuie să fie în stare, în mod natural, să reducă posibilitatea de 'scăpare' a poluanților dinspre locul de depozitare spre barierele tehnice propriu-zise și în cel mai rău caz în mediul înconjurător;
-emisia și transportul acestor poluanți trebuie să se producă foarte lent, iar propagarea să fie limitată în spațiu (ca distanță);
-emisiile/poluanții trebuie reținute rapid și cât mai complet în apropierea locului de depozitare, reducând posibilitatea de a fi transportați într-un alt mediu sau formațiune geologică.
Această bariera geologică nu trebuie considerată ca un strat adițional de etanșare a barierei propriu-zise, ci ca un strat de retenție a poluanților în cazul cedării acesteia.
Apa este în majoritatea cazurilor mediul ce favorizează transferul și transportul poluanților în cadrul mediului. În acest sens este deosebit de important a se avea în vedere toate aspectele geologice și hidrogeologice ale zonei de depozitare. Pe lângă o cartare detaliată de suprafață a perimetrului, este recomandat să se efectueze și foraje suficient de adânci pentru a obține informații asupra nivelului apelor freatice. Probele colectate trebuie ulterior testate în condiții de laborator: teste hidraulice pentru determinarea capacității de infiltrare și absorbție a acestora.
La alegerea corectă a unui loc de depozitare a reziduurilor, indiferent de natura lor, trebuie sa se tina cont de următorii factori [35]:
-stratigrafia perimetrului (grosimea stratelor, extinderea si litologia acestora);
-tectonica perimetrului, prezența zonelor de oxidare, gradul de dezagregare/alterare a rocilor;
-poziția, grosimea și permeabilitatea stratelor acvifere și a celor impermeabile, direcția de curgere a apelor subterane și viteza de curgere;
-caracteristicile geochimice ce vizează capacitatea de reținere (fixare) a compușilor contaminanți (capacitatea de absorbție, compuși cu rol 'inhibitor' sau 'catalizator');
-caracteristicile fizico-mecanice ale solurilor și ale rocilor din subasment, urmărind stabilitatea acestora.
Construcția barierelor din material argilos necesită următoarele condiții și etape, [29]
– condiții climatice corespunzătoare, fără soare puternic, ploaie și temperaturi mai mici de 50°C, respectiv mai mari de 28°C;
-materialul necesită un conținut de apă conform cu ecuația wDPR ≤ w ≤ w 95%Dpr;
– compactarea materialului argilos se face cu un compactor picior de oaie; la sfârșitul zilei de lucru, găurile rămase în urma trecerii cu compactorul picior de oaie se acoperă cu ajutorul unui compactor obișnuit utilizat în construcții (compactor cu role).
Numărul de treceri ale compactorului, conținutul de apă, grosimea necesară pentru stratul necompactat se testează in-situ, conform prevederilor din normative.
Umiditatea optimă de compactare se determină în laborator prin încercarea Proctor, (descrisă în STAS 1913/13-83) care constă în compactarea cu același lucru mecanic specific a unor probe aduse la diferite umidități și stabilirea, pentru fiecare umiditate, a gradului de îndesare obținut, respectiv a greutății specifice în stare uscată. Lucrul mecanic specific are valoarea de 6 dJ/cm3 (la încercarea Proctor normală) și de 27 dJ/cm3 (la încercarea Proctor modificată). Umiditatea optimă de compactare corespunde gradului de îndesare maxim obținut în laborator, respectiv a densității (sau greutății volumice) maxime în stare uscată. Pentru îmbunătățirea terenurilor de fundare și pentru diguri și baraje de pamânt, în STAS 1913/13-83, se recomandă a se efectua încercarea Proctor normală, dar se pot utiliza și alte valori ale lucrului mecanic specific de compactare, cu acordul factorilor interesați. Același standard prezintă valori orientative pentru umiditatea optimă de compactare și o relație ce poate fi utilizată pentru verificarea valorii obținute a densității maxime în stare uscată:
Utilaje de compactare
Există două metode de compactare , și anume: de suprafață și de adâncime. Pentru construcția sistemului de etanșare a depozitelor de deșeuri este este utilizată exclusiv metoda de compactare de suprafațăa, cea de adâncime fiind utilizată în special în scopul îmbunatățirii caracteristicilor mecanice ale pamântului, fără a aduce obligatoriu îmbunătățiri și în sensul reducerii permeabilității.[16]
Din categoria metodelor de compactare de suprafață reținem trei metode care sunt utilizate fie individual, fie combinate, și anume: vibrare, cilindrare si batere.
Vibrarea se realizează prin utilizarea maiurilor de mâna sau plăci vibrante tip „broască” având efect pe o adâncime de 20 ÷ 50 cm. Aceste utilaje pot fi folosite pentru lucrări în spații restrânse,
datorită greutății care variază de la 40 kg în cazul maiurilor de mâna până la 750 kg în cazul plăcilor vibrante reversibile.
Utilajele care folosesc tehnologia de compactare prin cilindrare au dimensiuni mai mari și sunt: cu un cilindru compactor, cu doi cilindri compactori sau pe pneuri.
Pentru pământurile argiloase se recomandă cilindrul compactor cu came. Compactarea prin cilindrare servește la realizarea pernelor de pământ compactat. Se realizează o săpatură până la cota inferioară a sistemului de etanșare de bază. Materialul din amplasament sau de aport, în cazul în care cel din amplasament nu posedă proprietai hidraulice (de etanșare) suficiente, este dispus în straturi cu grosimea de cca. 30 cm, umezit în cazul în care umiditatea din teren este mai mică decât umiditatea optimă de compactare și este compactat, respectiv uscat atunci când umiditatea naturală este mai mare decât cea optimă. [16]
Compactarea se realizează prin mai multe treceri ale utilajului pe același loc. Eficiența compactării este condiționată, pe lânga numărul de treceri, și de viteza de deplasare a utilajului, la viteze mai mici efectul de îndesare fiind mai accentuat.
O metodă utilizată în etanșarea de bază a depozitelor de deșeuri este amestecarea pământului cu bentonita, pentru ca pamântul să poată ajunge la permeabilități foarte mici. Astfel, permeabilitatea în urma realizării amestecului va înregistra valori cu câteva ordine de mărime mai mici decât permeabilitatea în stare naturală. Poate scădea, de exemplu, de la valoarea de 2·10-6 m/s înregistrată în stare naturală pâna la 3·10-10 m/s în urma adaugării a numai 5 procente de bentonită. [7]
2.3. Etanșarea cu materiale geosintetice
Impermeabilizarea cu geosintetice se face cu membrane din polietilenă de înaltă densitate. Pentru impermeabilizare se nivelează ampriza conform planurilor de nivelare, se îndepărtează toate corpurile străine care ar putea să zgârie sau să înțepe geomembrana. Se așterne geomembrana conform planurilor de alezare a geomembranei. Se suprapune rola a 2-a peste prima rolă pe o lățime de 20 cm, după care se face sudarea geomembranei. [22]
Pentru etanșarea depozitelor de deșeuri sunt utilizate trei categorii de materiale geosintetice, și anume: geomembranele, geocompozitele bentonitice și geotextilele impregnate cu asfalt lichid.
Geomembrana se protejează prin așternerea unui strat de geotextil. Gosimea geomembranei (PEHD) trebuie să fie mai mare sau egală cu 2,5 mm pentru depozitele de clasa a (deșeuri periculoase), respectiv 2,0 mm pentru depozitele de clasa b (deșeuri nepericuloase). La depozitele care depășesc 20 m, grosimea va fi de 3 mm. Caracteristicile fizice, mecanice, hidraulice și de durabilitate a geomembranelor se determina în conformitate cu prevederile "Normativului pentru utilizarea materialelor geosintetice la lucrãrile de construcții" indicativ, NP 075-02. Caracteristicile impuse pentru utilizarea geomembranelor la depozitele de deșeuri trebuie sa fie în conformitate cu SREN 13257:2001. [29]
Pentru a preveni alunecarea și încrețirea membranei, aceasta trebuie să fie așezată într-un șanț de ancoraj. Șanțul ar trebui să fie la distanță de 1m de limita de sus a pantei, și ar trebui să aibă o adâncime de 0,6 m și o lățime de 0,6 m. [27]
În proiectarea depozitelor trebuie asigurată respectarea cerințelor de construcție pentru barieră, impermeabilizare și sistemul de drenaj pentru levigat, referitoare la:
– terenul de pozare al etanșării sintetice,
– pantele bazei depozitului,
– stratul de drenaj aferent etanșării sintetice,
– conductele de drenaj pentru levigat,
– primul strat de deșeuri depozitate,
– construcția barierelor.
Rezistența la întindere a geomembranelor se determină prin:
– solicitare la întindere mono axială pe eșantioane de forma în dublu T de lățime constantă
– în condiții de solicitare tridimensională.
Geomembranele sunt foarte sensibile la degradare ca urmare a acțiunilor mecanice cum ar fi căderea unor obiecte grele. Acestea sunt foarte subțiri și flexibile, ele putând fi ridicate și deplasate de vânt, precum și de efectul de subpresiune al eventualelor ape ascendente sau gaze din teren. Ele pot fi ușor degradate de acțiunile mecanice prin perforare, agățare, erodare de pietrele ascuțite, obiecte ce cad, corpuri plutitoare, sloiuri, de vegetația care crește sub ele și le străpunge, sau chiar acte de vandalism. [22]
Stratul suport trebuie să fie pregătit astfel încât să nu conțină agregate cu muchii sau alte corpuri care să provoace poansonarea sau sfâșierea geomembranei. Îmbinarea geomembranelor se realizează prin trei metode: extrudere, termic sau cu solvent sau adeziv.
Foarte importantă este operația de înnădire și calitatea acesteia, existând mai multe tipuri de îmbinări, ca în figura 2.16.
Fig. 2.16 Tipuri de îmbinări ale Fig. 2.17 Exemplu de etanșare de bază
geomembranelor [16] pentru un depozit de deșeuri cu geocompozit [22]
La pregătirea saltelei pentru așternerea membranei se îndepărtează stratul de material moale, cu conținut organic, precum și fragmentele mai mari de pietre. Suprafața astfel pregătită nu trebuie să prezinte denivelări sau neregularități locale mai mari de 15 mm. [22]
Utilizarea geomembranelor în etanșarea de bază impune existența unui sistem de drenaj, a cărui capacitate trebuie să fie mai mare decât cantitatea de lichid ce se poate infiltra în teren.
Stratul de bază pe care se așează stratul sintetic de etanșare trebuie să aibă toleranță la planeitate de maximum 2 cm/ 4,0 m. Baza depozitului se proiectează și se construiește astfel încât, după stingerea tasărilor în terenul de fundare și în corpul deșeurilor, aceasta să aibă o înclinație finală de cel puțin 3% transversal pe rețeaua de conducte de drenaj și cel puțin 1% longitudinal pe acesta. Punctele cu adâncimea cea mai mare trebuie să fie amplasate în afara zonei impermeabilizate. [22]
Geomembranele sunt sensibile la variațiile mari de temperatură, precum și la acțiunea radicalilor de tip hidroperoxid, care trec în structura moleculară a polietilenei. Acestea trebuie protejate împotrica acțiunii factorilor biologici atât în perioada de execuție, cât și în perioada de exploatare a depozitului de deșeuri. [22]
Fig. 2.18 Soluții de impermeabilizare (etanșare) a depozitelor de deșeuri solide municipale [22]
Geocompozitele bentonitice formează o barieră etanșă și eficace, combinația dintre materialele care le formează având calitatea de a constitui un strat omogen, ușor aplicabil și rezistent la înțepare. Funcția de etanșare a geocompozitelor bentonitice este, în cele mai multe cazuri, îndeplinită de bentonită, care prezintă o permeabilitate foarte scăzută datorată capacității sale de umflare, permițând astfel, controlul variației de volum. [22, 16]
2.4. Etanșarea mixtă a bazei depozitelor
Bariera pentru impermeabilizarea combinată este alcătuită dintr-un strat de argilă mai subțire și o geomembrană sau un geocompozit. [22]
Majoritatea standardelor naționale sau internaționale referitoare la proiectarea și execuția depozitelor de deșeuri impun utilizarea unui sistem de etanșare alcătuit atât din materiale minerale dar și din materiale artificiale.
Stratul de protecție a geomembranei, realizat dintr-un strat de geotextil se adaugă după impermeabilizarea cu argilă. Peste stratul de geotextil se pune un strat de cca. 40 cm piatră selectată (15-30 mm) în care se amplasează sistemul de drenaj care colectează levigatul ce trebuie să meargă la stația de epurare trecând inițial printr-un bazin colector. [22]
Sistemul de drenaj alcătuit din material granular (pietriș) are un coeficient de permeabilitate recomandat de 10-4 ÷ 10-2 m/s și o grosime de cca. 50 cm. Prin dispunerea materialului granular peste sistemul de etanșare, trebuie avută în vedere posibilitatea perforării geomembranei, respectiv, trebuie luate măsuri în scopul păstrarii integrității acesteia. Astfel, la interfața strat drenant – geomembrană este obligatorie dispunerea unui geotextil cu rol de protecție a geomembranei.
Se poate realiza impermeabilizarea și printr-o membrană subțire protejată cu geotextil sau un compozit așezate deasupra unui strat de argilă de 40-50 cm.[22]
Rolul geotextilului este de filtrare a levigatului și de separare a stratului drenant de corpul depozitului.
În unele cazuri, stratul natural de impermeabilizare se completează cu un strat polimeric format din geomembrană, geotextile și straturi de drenare, astfel încât impermeabilizarea cuvetei depozitului. [22]
Fig. 2.19 Strat drenant [16] Fig. 2.20 Schemă a sistemului de impermeabilizare
pentru un depozit de deșeuri [22]
Fig.2.21 Exemplu de etanșare a unui depozit de deșeuri cu geocompozit [22]
Capitolul III
Factorii care afectează etanșarea de bază
3.1. Proprietățile levigatului și cantitățile de levigat în depozitele de deșeuri
Microorganismele – în principal bacterii și fungi, dar și unele specii de insecte, acarieni, anelide, ș.a. – prin activitatea cauzată de metabolismul acestora, reprezintă principalii contribuitori la descompunerea deșeurilor. Factorii naturali externi (temperatură, radiații UV, etc.) au o contribuție neglijabilă in acest sens, aceștia acționand numai la suprafață, cu efecte insignifiante.
Activitatea microorganismelor este condiționată de prezența apei. Apa acționează atat ca mediu de reacție cat și ca vector de răspandire a acestora in masa de deșeuri. Atunci cand deșeurile sunt străbătute de apele de infiltrație, populațiile de bacterii și de fungi se dezvoltă masiv, ceea ce conduce la o degradare intensă a substratului organic, cu producerea produșilor de descompunere, care variază în funcție de natura substratului și de prezența sau absența oxigenului. Degradarea oxidativă are loc mai mult in stratul de suprafață, acolo unde încă mai există oxigen prezent in substrat, sub acțiunea microorganismelor aerobe, care predomină in acest tip de mediu. Produșii de descompunere din acest spațiu sunt mai puțin toxici, multe substanțe organice fiind degradate pină la dioxid de carbon și apă, sau substanțe organice cu masă moleculară mică.
Dezvoltarea microorganismelor anaerobe este favorizată de absența din mediu oxigenului și sunt responsabile de reacțiile de descompunere anaerobe, care au loc în cea mai mare parte a masei de deșeuri. Produșii de descompunere anaerobă reprezintă principala sursă de contaminanți din levigat, dar și in ceea ce privește constituenții gazului de depozit (metan, hidrogen sulfurat, etc.). Cantitatea de suspensii este mult influențată de pH-ul levigatului. Prin percolare sunt antrenați in apă o serie de ioni, care ii pot conferi acesteia un caracter fie acid, fie bazic. Un pH acid va stimula intotdeauna mobilizarea ionilor metalici, ducând la creșterea concentrației de substanțe dizolvate din levigat și, implicit, a conductivității acestuia, în timp ce unul bazic va predispune la precipitarea lor, consecința logică fiind o cantitate de suspensii in levigat mai mare decat in primul caz și o concentrație mai mică a substanțelor dizolvate. [36]
Sub aspect fizic, levigatul poate fi descris ca un lichid urât mirositor, de culoare negricioasă, gălbuie ori portocalie. Mirosul este ințepător, pregnant și este dat de compușii amoniacali și de cei ai sulfului (in general mercaptani). Ajuns in apele naturale le conferă acestora o culoare roșiatică-portocalie.
Figura 3.1 Levigat Figura 3.2 Modificări în compoziția levigatului [10]
De obicei, caracteristicile levigatului generat din depozitele de deșeuri municipale poate fi cel mai bine reprezentat de câțiva parametri importanți, CCO, CBO5, raportul CBO5/CCO, pH-ul , particule solide suspendate, NH4-N, bacterii, turbiditate sau metale grele (Cd, Cu, Hg, Ni, Cr, Zn).[10]
TABEL 3.1. Compoziția levigatului [10]
În cazul gestionării precare a levigatului, acesta poate deveni o sursă de contaminare hidro-geologică datorată riscului de infiltrare în pânza freatică și de scurgere în apele de suprafață sau în mediul natural. În acest caz, levigatul are un impact considerabil asupra mediului și sănătății umane prin potențialul toxic, cancerigen, mutagen sau genotoxic. [10]
Principalul conținut organic al levigatului se formează în timpul proceselor de descompunere rezumate în Figura 3.3. În mod normal, parametrii măsurați sunt:
– consumul biochimic de oxigen (CBO5),
– consumul chimic de oxigen (CCO),
– carbon organic total.
Calitatea de levigat municipal de deșeuri se schimbă odată cu degradarea continuă a deșeurilor în interiorul depozitului de deșeuri. Procesul degradării (Figura 3.3) este, în general, împărțit în cinci etape succesive, și anume:
I. Hidroliza, microorganismele hidrolitice transformă moleculele organice grele în particule mai mici, cum sunt zaharidele, acizii grași, aminoacizii, apa.
II. Acidogeneza, particulele formate la prima fază sunt transformate în acizi organici, amoniac, sulfit de hidrogen și bioxid de carbon.
III. Acetogeneza, fomarea hidrogenului și bioxidului de carbon ca rezultat al transformării complexului de acizi grași în acizi acetici.
IV. Metanogeneza, formarea metanului, bioxidului de carbon și a apei. Procesul de formare a metanului este sporit la începutul fermentării și practic încetinește la finaul acesteia.
V. Oxidarea
Aceste procese sunt dinamice, fiecare etapă fiind dependentă de crearea unui mediu specific prin parcurgerea etapelor anterioare.
În etapa III, levigatul este caracterizat printr-o cantitate mare de materie organică, cu un raport CBO5/CCO mai mare de 0,4 și un PH scăzut. După trecerea la faza metanogenică (etapa IV), concentrația materialelor organice și raportul CBO5/CCO al levigatul scade rapid în timp ce valoarea pH-ului crește. Un raport CBO5/CCO de mai mic de 0,25 este tipic fazei metanogene al levigatului. Concentrația anumitor compuși, cum ar fi azotul, amoniul, fosfor și cloruri nu se schimbă semnificativ între aceste faze. Amoniacul este probabil cel mai important contaminant anorganic cu cel mai mare potențial de a avea un impact negativ asupra apelor de suprafață și apelor subterane. Cu toate acestea, alte componente, precum metalele grele și sulfurile pot să aibă un impact semnificativ în anumite circumstanțe. Fierul și calciul sunt deosebit de importante în ceea ce privește afectarea solurilor în timp ce nivelurile de salinitate ridicate sunt omniprezente. [10]
Compușii organici care sunt periculoși în concentrații scăzute pot fi de asemenea prezenți, de ex. pesticide , compuși organici halogenați, etc. Cei mai mulți provin din activitatea omului, dar unii pot fi formați în cadrul depozitului de deșeuri.
Figura 3.3 Etapele principale de degradare a deșeurilor [10]
Amoniacul. Pe perioade lungi de timp amoniacul-N este un contaminant cu cel mai mare potențial de impact negativ asupra apelor de suprafață și a apelor subterane din vecinătatea depozitelor de deșeuri.Este nevoie de trecerea câtorva decenii pentru ca valorile de concentrațiilor de azot amoniacal să scadă pentru a putea fi deversat într-un curs de apă.
Amoniacul este toxic pentru pești și nu poate fi deversat în apele de suprafață, decât în concentrații foarte scăzute. Majoritatea studiilor de cercetare arată efecte toxice acute pentru peștii salmonizi și non-salmonizi la o concentrație de amoniac neionizat între 0,002 și 10 mg / l. Amoniacul este tratat în procese aerobe însoțite de o creștere concomitentă a concentrațiilor de nitrați. Trebuie remarcat faptul că nivelurile de nitrați în apele de suprafață nu trebuie să depășească 50 mg / l.
Încărcare organică. Acest termen se referă la compușii organici prezenți în levigat. Principala caracteristică a a încărcării organice este efectul asupra cursurilor de apă unde compușii organici sunt descompuși aerob producând oxigen dizolvat, amenințând astfel peștii. Încărcarea organică poate fi măsurată prin parametri analitici, de ex. carbon organic total, CBO55 și CCO. Cantitatea de carbon organic prezent în levigat va influența metoda de tratament și metoda adecvată de evacuare.
Clorurile. Levigatul conține compuși rezultați din degradarea finală a deșeurilor care sunt, în principal, ioni simpli. Clorurile au contribuția majoră la formarea acestei concentrații ionice, iar acest lucru poate constitui o problemă de a viața peștilor și a altor utilizatori ai sursei de apă contaminate.
Fosforul. Nivelurile de fosfor total din levigate sunt scăzute. De fapt, tratamentul levigatului la instalațiile de tratare a apelor uzate pot necesita adăugarea de fosfor ca nutrient pentru creșterea bacteriilor.
Metale. Condițiile din cadrul depozitului de deșeuri în timpul fazei acetogenezice pot determina rezultarea unui levigat care poate conține concentrații ridicate de fier, mangan, calciu și magneziu. În timpul etapei metanogene metalele grele sunt insolubile și nivelurile de metale dizolvate tind să fie scăzute.
Sulfații. Concentrația din faza metanogenă conține în general concentrații scăzute (în medie de 35 mg / l) pe când media levigatului acetogenic conține până la 10 ori concentrație mai mare de sulfat. Sulfații, dacă sunt prezenți, ridică probleme de miros din cauza reducerii de hidrogen sulfurat.
Gaze. Pentru evacuare, este necesară tratarea levigatului pentru eliminarea metanului, dioxidului de carbon și hidrogenului sulfurat pentru a preveni acumularea de gaze explozive sau toxice. Evacuările în apa de suprafață vor necesita aerare și ca atare ar trebui să conțină numai gaze atmosferice.
Alți compuși. Evacuarea anumitor substanțe, atât organice cât și anorganice, este restricționată datorită toxicității lor și persistenței în mediul acvatic. De exemplu, concentrațiile de plumb sunt limitate la 0,5 mg / l în standardele germane.
Levigatul netratat are efect citotoxic (efect toxic asupra celulelor) în cazul plantelor și induce daune în genomul populației expuse la consumul de apă poluată cu levigat. Rezultatele analizelor chimice și a evaluării de risc obținutede către Baderna et al, (2011) arată că amoniacul joacă un rol important în compoziția și toxicitatea levigatului atât pentru factorul uman cât și din punct de vedere ecologic, probabil din cauză că este un agent de reducere cu persistență pe termen lung .[10]
TABEL 3.2 Variante tehnologice de epurare a levigatului
Calitatea levigatului variază în timp. Concentrațiile substanțelor chimice prezente în levigat ating o valoare maximă dupå primii 3-5 ani de la începerea exploatării gropii (Ham și Anderson, 1974), după care descresc gradual în timp. În figura 3.4 se prezintă curbele idealizate ale concentrației levigatului în timp. Aceste curbe au caracter teoretic, dar furnizează o indicație privind variabilitatea temporală a concentrației. Vitezele de scădere a concentrațiilor sunt diferite pentru diverse substanțe chimice. Substanțele ușor solubile și biodegradabile ating concentrații maxime mai ridicate, momentul atingerii valorii maxime fiind mai apropiat de momentul începerii exploatării haldei. În haldele reale, după primii ani de exploatare, levigatul conține substanțele organice ușor biodegradabile, având un pH acid cuprins între 6-7, datorită în special prezenței acizilor grași volatili. Acest levigat timpuriu se produce ca urmare a biodegradării complexe a substanțelor organice conținute în deșeuri (cazul celulozei) și a existenței substanțelor organice dizolvate (în special acizi organici). În timp, concentrațiile compușilor levigatului scad, conținutul acestuia fiind format din apă, gaze dizolvate (bioxid de carbon și metan) și biomasă. După 4-5 ani, pH-ul levigatului crește, atingând valori de 7-8, ca urmare a epuizării substanțelor ușor biodegradabile și a producerii de gaze (McBean ș.a., 1995). [9]
O înțelegere a potențialului de generare a levigatului este esențială în etapa conceptuală de proiectare a depozitului de deșeuri.Evaluarea cantităților de apă sunt folosite la calculul volumelelor de generare a levigatului.
Cantitatea și debitul de levigat produs în corpul depozitului de deșeuri este influențată de o mulțime de factori, motiv pentru care nu se poate elabora o metodă unică de estimare a acestor parametri. Un rol important îl au natura și caracteristicile fizice și chimice ale deșeurilor depozitate. Spre exemplu, deșeurile menajere vor genera o cantitate suplimentară de levigat ca urmare a descompunerii lor. Alegerea sistemului de drenare și colectare a levigatului poate modifica în mod semnificativ, nu cantitatea de levigat, dar debitul acestuia. [22]
Figura 3.4 Curbe teoretice ale concentrației Figura 3.5 – Estimarea cantităților de
de levigat [9] apă care ajung în levigat [16]
Înainte de a lua în considerare proiectarea oricărui sistemul de management al levigatului este important să se ia în considerare obiectivele stabilite a fi realizate. Levigatul trebuie să fie controlat într-un depozit de deșeuri din următoarele motive: [27]
– pentru a reduce potențialul de infiltrare din depozitul de deșeuri prin laturi sau bază;
– pentru a preveni creșterea nivelului lichidului într-o asemenea măsură încât să se reverse și să provoace poluarea prin șanțuri, scurgeri, cursuri de apă etc .;
– să influențeze procesele care conduc la formarea de gaze de deșeuri, chimice și biologice;
– minimizarea interacțiunii dintre levigat și căptușeala;
– în cazul depozitului de deșeuri deasupra solului, pentru a asigura stabilitatea deșeurilor.
Există două surse principale de apă într-o groapă de deșeuri: apa prezentă în deșeuri în momentul depozitării și apa adăugată în haldă.
Apa poate pătrunde în deșeurile din haldă pe trei căi:
– percolarea apei provenită din precipitații sub formă de ploaie sau zăpadă prin suprafața deșeurilor din haldă;
– ca urmare a curgerii orizontale, prin părțile laterale ale haldei;
– ca urmare a curgerii ascendente, prin baza haldei.
Cantitatea de apă care poate percola într-o groapă de deșeuri poate fi estimată prin balanța hidrologică a apei la suprafața haldei. Diminuarea precipitațiilor incidente pe suprafața gropii are loc datorită: scurgerii de suprafață, evapotranspirației sau infiltrației în straturile de sol folosite pentru acoperirea deșeurilor sau în straturile de deșeuri superficiale. Apa infiltrată în zonele de subsuprafață poate fi reținută în straturile superficiale și utilizată pentru evapotranspirație. În funcție de acțiunea forțelor capilare, apa reținută în zonele superficiale poate migra prin rădăcinile plantelor către suprafață, în timpul perioadelor secetoase, sau poate percola prin deșeuri, devenind în final levigat. Odată produsă, percolația începe să influențeze cantitatea de levigat, dar estimarea timpului la care acest proces are loc este dificilă. Într-un sistem ideal, fiecare strat de deșeuri ar trebui să se afle la capacitatea de câmp, înainte ca apa să poată curge către stratul de deșeuri inferior. În realitate, o haldă municipală nu este omogenă, deoarece conține deșeuri care absorb cu ușurință apa, cum este cazul hârtiei, dar și deșeuri de tipul metalelor, sticlei sau plasticului. Mai mult, în interiorul haldei se pot forma canale de curgere preferențiale, prin care apa se poate scurge înaintea apariției frontului de umiditate. Ca urmare, curgerea descendentă a apei se produce neuniform, putând ajunge sub formă de levigat la baza gropii, înainte ca întregul volum de deșeuri să atingă capacitatea de câmp. Deșeurile provenite din construcții și frunzele de copaci, favorizează formarea canalelor preferențiale prin deșeuri, deoarece împiedică compactarea uniformă a acestora, conducând la formarea unor goluri de dimensiuni mari (McBean, 1995). [9]
Rata de depozitare a deșeurilor va fi necesară pentru a completa calculul balanței de apă. Ar trebui să se țină seama de natura deșeurilor și rata de intrare care va varia în timpul viații active a depozitului de deșeuri. [27]
Cantitatea de apă care poate fi absorbită fără generarea de levigat depinde de tipul de deșeuri, de conținutul inițial de umiditate și densitatea de compactare. De exemplu, pentru o densitate a deșeurilor de 0,65 t / m3, deșeurile sunt capabile să absoarbă mai mult de 0,1 mc apă pe tonă de deșeuri înaintea levigatului generat. Această capacitate absorbantă scade până la aproximativ 0,025 m3 apă pe tonă de deșeuri pentru densitatea deșeurilor de 1 t / m3. [27]
Figura 3.6 Relația între densitatea deșeurilor și capacitatea de absorbție a deșeurilor [27]
Analiza bilanțului apei dintr-un depozit rezultă din însumarea algebrică a cantităților de apă care pătrund în depozit, a cantității de apă rezultată din reacțiile biochimice și a cantității care se transformă în vapori de apă. [22]
Ecuația bilanțului apei dintr-un depozit pentru 1 m3 de deșeuri este: [22]
WL = WP + WD + WMA + WST + WFA – WE – EG – WFN – ΔW
unde:
WL = cantitatea de levigat, kg/m3;
WP = apa din precipitații (1000 – 2000 mm/an/m2), în kg/m3;
WD = apa din deșeurile descărcate, kg/m3; WFA – producția de apă din fermentarea aerobică, kg/m3;
WMA = apa din materialul de acoperire, kg/m3;
WST = apa de la stația de tratare (eventual, nămol) care se descarcă peste deșeuri, kg/m3;
WE = apă evaporată, kg/m3; WFA – producția de apă din fermentarea anaerobică, kg/m3;
WGC = conținutul de apă al gazelor colectate, kg/m3; ΔS – variația stocului de apă.
Pentru un calcul estimativ de proiectare, se ține seama că debitul de levigat Q provine, în general, din tranzitarea de către apa provenită din precipitații a stratului de deșeuri și colectarea ei în stratul drenant. [22]
Q = ΣQi = Qp + Qdeș
Debitul de levigat provenit din apa de precipitații se determină cu relația: [22]
Qp = qsS (l/s)
în care: qs este debitul specific de acumulare a ploii, iae S – suprafața de colectare a apei din precipitații (ha).
Ploaia de calcul este ploaia, definită prin intensitate, durată, frecvență, pentru care se dimensionează sistemele de evacuare a apelor meteorice. Intensitatea ploii de calcul este o mărime care se determină statistic, în funcție de intensitatea măsurată a ploii și servește la determinarea debitelor de calcul ale sistemelor de evacuare a apelor de precipitații. [22]
3.2. Alți factori care pot afecta etanșarea de bază
Deși permeabilitatea geomembranelor este foarte scăzută, ele permit o scurgere minimă. Transportul prin geomembrane este guvernat de mecanismul difuziei.
Scurgerile prin geomembrane pot fi, de asemenea, favorizate de existența unor înțepături de dimensiuni reduse sau de existența unor găuri de dimensiuni mai mari.
Găurile formate din înțepături se definesc a fi găurile a căror diametre sunt mai mici decât grosimea geomembranelor. Apariția înțepăturilor este provocată de cele mai multe ori de incluziunile accidentale de particule cu duritate mare în timpul proceselor de fabricare. [6]
TABEL 3.3 Debite scurse printr-o geomembrană de 1 mm grosime pentru diferite adâncimi saturate ale apei [6]
Găurile mari sunt considerate cele cu diametre mai mari decât grosimea geomembranelor.
Pentru curgerea liberă printr-un orificiu se poate utiliza ecuația lui Bernoulli pentru a evalua debitul de lichid printr-un defect al geomembranei în stratul de dedesubt, considerat foarte permeabil. Curgere liberă apare atunci când mediul poros inferior are o deschidere medie mai mare decât diametrul defectului geomembranei și este valabilă dacă conductivitatea hidraulică a mediului de dedesubt (ex. pietriș, georețea) în contact cu geomembrana este ridicată. [22]
Debitul pierderilor de lichid prin defectele unei etanșări geocompozite, adică geomembrană / CCL sau geomembrană / GCL (căptușeală din geocompozit), depinde de tipul și numărul defectelor, de presiunea lichidului deasupra geomembranei și deasupra stratului de argilă, de grosimea straturilor etanșării ș.a. Fluxul dintre geomembrană și stratul de permeabilitate redusă se numește flux de interfață și depinde de calitatea contactului dintre cele două componente. [22]
Pentru evaluarea performanței etanșării de bază, se pot considera circa 3 defecte la hectar, cu o arie de 0,1 cm2 (echivalent cu un orificiu de diametru 3,5 mm), iar pentru o proiectare conservativă se poate considera o suprafață de defect de 1 cm2 (echivalent cu un diametru al orificiului de 11 mm). [22]
Capitolul IV
Calitatea și proprietățile geosinteticelor
4.1. Geosintetice cu rol de elemente de etanșare (geomembrane)
Geomembranele. Geomembranele sunt materiale plastice cu permeabilitate extrem de scăzută, care sunt utilizate la etanșarea gropilor de deșeuri, în scopul minimizării scurgerilor de levigat în mediul hidrogeologic înconjurător.[9]
Geomembranele sunt materiale geosintetice impermeabile (etanșe) obținute cu prioritate sin polietilenă (PE), în general de înaltă densitate. Caracteristica de bază a acestor materiale le conferă aplicabilitate practică ca elemente constructive de etanșare. Astfel, principalele proprietăți ale geomembranelor sunt: [22]
etanșeitate aproape absolută;
aplicabilitate pe forme de suprafețe complexe;
rezistență mecanică ridicată;
rezistență chimică față de acizi și baze;
densitate mică (ρ = 0,75 … 5,0 kg/m2).
Transportul poluanților prin geomembrane
Permeabilitatea geomembranelor. Geomembranele sunt materiale omogene și nu au caracterisitcile unui mediu poros de tipul argilelor. Geomembranele nu prezintă goluri mai mult sau mai puțin interconectate care să permită trecerea lichidelor. Aceste materiale nu prezintă deci o permeabilitate în raport cu lichidele ca în cazul legii lui Darcy. Cu toate acestea, între macromoleculele din geomembrane există interstiții prin care pot trece prin difuzie moleculele de dimensiuni mici.
Datorită grosimii lor reduse și a faptului că sunt livrate sub formă de rulouri care se asamblează în amplasament, geomembranele pot prezenta defecte, găuri, de-a lungul cărora lichidele se pot infiltra.
Difuzia prin geomembrane se produce în trei etape: [6]
− absorbția moleculei pe suprafața amonte a geomembranei;
− difuzia propriu-zisă a moleculei prin geomembrană;
− evaporația sau desorbția moleculei de pe suprafața aval de geomembrană.
Permeabilitatea geomembranelor în raport cu levigatul, pentru adâncimi saturate mici ale levigatului deasupra etanșării, este guvernată de difuzia vaporilor de apă și nu de adâncimea saturată.
Geomembranele se fabrică din polietilenă de înaltă densitate sub formă de folii, cu grosimea de 0,5 – 5,0 mm, lățimea 5-10 m și lungimea relativ mare L = 100 – 200 m. [22]
Din punct de vedere constructiv, tipurile principale de geomembrane sunt: [22]
1. Geomembrane clasice (HDPE), care au principala proprietate etanșeitatea ridicată (de circa 100 de ori mai mare decât foliile realizate din policlorura de vinil).
2. Geomembrane rugoase (cu rugizitate pe o față sau pe ambele fețe), realizate pentru creșterea aderenței foliei pe taluzurile protejate.
3. Geomembrane (HPDE) cu strat conductiv electric, realizate astfel încțt după instalare (așternere) să permită depistarea eventualelor zone cu defecțiuni (perforări sau lipiri imperfecte între două folii), adică a zonelor unde etanșeitatea este întreruptă (controlul calității lucrării).
4. Geomembrane (din HDPE) cu strat reflectorizant, concepute cu două straturi, unul la partea de jos, caracteristic tuturor tipurilor, de culoare neagră și un alt strat deasupra de culoare albă conceput pentru reflectarea razelor solare.
Figura 4.1 Tipuri de geomembrane cu suprafața rugoasă [16]
4.2. Geocompozite bentonitice utilizate în sistemul de etanșare
Geocompozitele bentonitice sunt prefabricate care asociază materialele geosintetice și bentonita, formând o barieră etanșă și eficientă, printr-un material ușor de aplicat, omogen și rezistent la poansonare. Aceste produse asociază bentonita, ca material natural cu permeabilitate foarte scăzută datorită capacității ei de umflare, cu materialele geosintetice care conferă rol de protecție și eventual de etanșare. [22]
Geocompozitele bentonitice sunt fabricate în rulouri cu lățimi de la 4 m la 5,2 m și lungimi între 30 și 61 m. După ce sunt fabricate acestea sunt rulate pe un miez de metal și acoperite cu folie din material plastic pentru prevenirea variațiilor de umiditate. [22]
Figura 4.2 Tipuri de sisteme de etanșare care au în componența lor geocompozite bentonitice [16]
Proprietățile hidraulice ale geocompozitelor bentonitice sunt următoarele: [16]
Hidratarea bentonitei – are loc în mod diferit în funcție atât de lichidul de hidratare cât și în funcție de efortul normal aplicat. Încercări efectuate pe geocompozite bentonitice au pus în evidență comportamentul acestora în contact cu apa distilată, lixiviat sintetic sau motorină. Deformația, în sensul creșterii grosimii materialului geosintetic, a rezultat maximă în urma hidratării cu apă distilată în timp ce, prin hidratarea cu motorină, aceasta este nulă. Valori medii, între cele două limite, au fost înregistrate în urma hidratării cu lixiviat sintetic. A rezultat astfel că, utilizate la depozitele de deșeuri care conțin hidrocarburi, geocompozitele bentonitice trebuiesc pre-hidratate cu apă.
Umflarea libera (STAS 1912/12-88) – se determină prin măsurarea volumului ocupat de 2 g de bentonită lăsată să sedimenteze în apă (sau oricare alt fluid de interes). Producătorii geocompozitelor bentonitice ale căror fișe tehnice au fost obținute și analizate, raportează valori între 24 si 27 ml/2g pentru bentonita sodică.
Capacitatea de adsorbție – se determină prin încercarea Enslin și pune în evidență cantitatea de apă adsorbită de un gram de bentonită pudră. Aceasta valoare variază între 2 și 7 cm3.
Permeabilitatea – este principala proprietate pentru care bentonita este utilizată sub formă de geocompozit bentonitic în cadrul unui sistem de etanșare de bază sau de suprafață. Producătorii de geocompozite bentonitice raportează valori pentru această proprietate de 5·10-11 ÷ 1·10-12 m/s.
Permeabilitatea după deformare – Încercări de laborator au arătat că, în stare nehidratată, bentonita are o permeabilitate de 10-8 m/s, în timp ce, în stare saturată, poate atinge valori mai mici de 10-11 m/s. Permeabilitatea scazută este strâns legata de procesul de hidratare care are loc simultan cu o creștere de volum, datorită atragerii moleculelor de apă și al cationilor dintr-o soluție, în complexul de adsorbție al mineralelor argiloase.
Principalele tipuri de geocompozite sunt următoarele: [22]
compozite geotextile cu miez din materiale profilate drenante;
compozite geotextile – geomembrane;
compozite geomembrane – georețele;
compozite geotextile – geogrile;
compozite cu miez din material plastic puternic drenant.
Figura 4.3 Exemplu de geocompozit bentonitic [32]
Avantajele folosirii geocompozitelor bentonitice sunt următoarele: [32]
Cost competitiv
Înlocuiesc argila compactată sau geomembranele
Rezistență bună la îngheț/dezgheț și umezire/uscare
Comportare bună pe pante și la tasări diferențiat.
Instalare ușoară în condiții nefavorabile de climă și teren
Autocicatrizare
Nu necesită sudură
Efecte de sinergie atunci când sunt asociate geomembranelor în etanșările compuse
Înlocuiesc argila compactată sau geomembranele la iazuri, lagune, canale, lucrari de irigații,
terenuri mlăștinoase, stufărișuri
Suprapunerile se realizează ușor folosind pasta de bentonită
Sunt compatibile cu protecțiile catodice
Înlocuiesc argila compactată sau geomembranele la iazuri de decantare.
Capitolul V
Calculul scurgerilor prin etanșarea de bază a depozitelor de deșeuri
5.1. Importanța determinării scurgerilor prin etanșarea de bază a depozitelor de deșeuri
Rolul sistemului de etanșare de bază al depozitelor de deșeuri este de a reduce și chiar elimina nivelul poluanților în terenul de fundare, respectiv în acvifer, în condițiile în care un sistem de etanșare perfect nu poate fi realizat. În practică, sistemele de etanșare sunt de tip multistrat, materialele utilizate fiind argila naturală, argila compactată, geocompozitele bentonitice și geomembranele. [22 ]
Chiar dacă se realizează o etanșare corespunzătoare, în special cu folie din PEID, geomembrana se poate deteriora atât în timpul depunerilor de deșeuri, cât și după aceea, datorită muchiilor ascuțite ale unor obiecte care pot rămâne sub geomembrană sau a proeminențelor materialului de drenaj. [22]
Sistemele de etanșare joacă un rol cheie în formarea unei bariere între deșeuri și mediu. Ele sunt unul dintre elementele principale în proiectarea și construcția depozitelor de deșeuri. Sistemele de etanșare învelesc deșeurile și îl izolează de contactul direct cu mediul înconjurător. Proiectarea lor ar trebui să asigure o minimă pătrundere a levigatului în sol precum și activarea pe termen lung a funcției de barieră a etanșării de bază, pe toată durata de viață a depozitului. Solurile cu granulație fină compactă sunt adesea utilizate în etanșarea de bază a depozitelor de deșeuri ca bariere hidraulice. Dacă materialul adecvat de pământ este disponibil în apropierea locului de construcție, etanșarea cu pământ compact este un mijloc ieftin și eficient. La acest tip de etanșare, în special o etanșare compactă groasă, principiul care stă la bază este reducerea dimensiunilor porilor solului prin deplasarea aerului și a apei. Din cauza riscului inerent de poluare a apelor subterane din depozitele de deșeuri, sunt disponibile metode statistice pentru a analiza calitatea construcției și fiabilitatea solului compactat . Scopul unei etanșări compozite este de a combina avantajele a două sau mai multe materiale, precum geomembrane, geotextile și soluri, care au diferite proprietăți hidraulice, fizice și de anduranță. Scurgerea printr-o etanșare compozită poate rezulta din curgerea prin defectele geomembranelor sau din pătrunderea prin geomembrană. Dacă există un defect în geomembrană, lichidul curge mai întâi prin defectul geomembranei, apoi lateral pe o anumită distanță între geomembrană și solul cu permeabilitate mică și în final, în și prin stratul de sol cu permeabilitate mică. Fluxul în spațiul dintre geomembrană și sol se numește flux de interfață, iar zona acoperită de fluxul de interfață se numește zona umedă. Utilizarea geomembranei este benefică datorită permeabilității sale foarte scăzute, care scade rata de scurgere, comparativ cu rata de scurgere printr-un strat de sol. Rezistența chimică și caracteristicile de îmbătrânire ale geomembranelor și solurilor sunt diferite. Prin urmare, se pot folosi două materiale diferite, dacă unul dintre ele nu durează atât timp cât a fost prevăzut, celălalt poate continua să funcționeze. La depozitele de deșeuri generarea de levigat scade dramatic după închiderea depozitului. [26]
Deoarece nici o căptușeală nu este impermeabilă, controlul scurgerilor nu poate rezulta doar din utilizarea garniturilor. Controlul scurgerilor poate rezulta însă dintr-o combinație de garnituri și straturi de drenaj, care îndeplinesc funcții complementare: [6]
– Căptușelile (care sunt bariere cu permeabilitate mică) împiedică curgerea lichidelor spre sol.
– Straturile de drenaj (care au o permeabilitate ridicată) transmit fluxul lichidelor către un punct de colectare controlat.
O căptușeală este o barieră cu permeabilitate mică, utilizată pentru a împiedica curgerea lichidului sau a gazului.
Solurile cu permeabilitate scăzută utilizate pentru construirea garniturilor includ argile, argile lutoase, nisipuri argiloase și nisipuri lutoase. Dacă astfel de soluri nu sunt disponibile se poate face un sol cu permeabilitate mică amestecând bentonită cu un sol mai permeabil precum nisipul. [6]
Geomembranele sunt membrane cu permeabilitate scăzută utilizate în inginerie civilă ca bariere de fluide. Prin definiție, o membrană este un material subțire și flexibil. Geomembranele includ geomembrane asfaltice și geomembrane polimerice. Exemple de materiale folosite la fabricarea geomembranelor polimerice sunt: polietilenă de înaltă densitate (HDPE); polietilenă liniară de densitate medie (LMDPE); clorură de polivinil (PVC) și polietilenă clorosulfonată. [6]
Scopul unei căptușeli compozite este de a combina avantajele a două materiale, cum ar fi geomembrane și soluri, care au diferite proprietăți hidraulice, fizice și de rezistență. [6]
5.2. Debitul de scurgere prin defectele geomembranei
În categoria materialelor cu permeabilitate ridicată utilizate pentru construirea straturilor de colectare a scurgerilor include:
– soluri cu permeabilitate ridicată, precum nisipuri și pietrișuri, deseori combinate cu conducte; și
– materiale sintetice de drenaj, cum ar fi geotextile, georețele etc.
Pe lângă utilizarea lor ca medii de transmisie, geotextilele sunt utilizate pe scară largă în sistemele de căptușeală: sunt utilizate ca filtre sau separatoare pentru prevenirea contaminării materialelor cu permeabilitate ridicată cu solurile fine sau deșeuri și sunt utilizate ca strat de protecție pentru geomembrane față de deteriorarea produsă de materialele adiacente. Prin urmare, transmisibilitatea lor hidraulică nu este neglijabilă și pot transporta lichide. Intr-o căptușeală compozită cu scurgeri printr-un orificiu în partea superioară a geomembranei componente, fluxul lateral în geotextil crește rata de scurgere prin stratul compozit deoarece crește suprafața de sol cu permeabilitate redusă, expusă unui orificiu. De asemenea, poate crește rata de scurgere prin stabilirea unei conexiuni între un defect din geomembrană și fisuri în stratul de sol cu permeabilitate mică. Prin urmare, inginerul se confruntă cu o dilemă: pe de o parte, plasarea unui strat geotextil între cele două componente ale unui strat de compozit va ajuta la prevenirea apariției unui defect în geomembrană; pe de altă parte, dacă există un defect, rata de scurgere poate fi mai mare decât fără un geotextil. [6]
Chiar dacă se realizează o etanșare corespunzătoare, în special cu folie PEID, geomembrana se pote deteriora atât în timpul depunerilor de deșeuri, cât și după aceea, datorită muchiilor ascuțite ale unor obiecte care pot rămâne sub geomembrană sau a proeminențelor materialului de drenaj. [22]
În conformitate cu Giroud, trebuie să se facă diferență între defectele mari și mici ale geomembranei. Defectele mici pot fi definite ca deschideri având o dimensiune (diametru) semnificativ mai mică decât grosimea geomembranei. Sursa principală de găuri sunt defectele de fabricație. Procesele de fabricație și formulele de polimeri au avansat în așa măsură că defectele sunt acum relativ rare.
Defectele mari pot fi definite ca deschideri având o dimensiune (diametru) egală sau mai mare decât grosimea geomembranei. [6]
Ipoteza privind materialul de bază. Ratele de scurgere prin găurile geomembranei sunt afectate semnificativ de materialul care stă la baza acesteia. Două cazuri extreme pot fi luate în considerare: un material cu permeabilitate mare, un strat de drenare granulară sau sintetică și un sol cu permeabilitate scăzută, precum un strat de argilă așezat sub o geomembrană pentru a forma o căptușeală compozită.
Presupunând că materialul care stă la baza geomembranei are o conductibilitate hidraulică infinită, Teste lui Brown au arătat că solurile subadiacente cu o conductibilitate hidraulică mai mare de 10-3 m/s (10-1 cm/s) nu afectează în mod semnificativ fluxul liber prin defectele mici ale geomembranei. Rezultatele justifică teoria unei conductibilități hidraulice infinită pentru multe materiale de drenaj care stau la baza unei geomembrane. [6]
Ipoteza cu privire la materialele suprapuse. Ratele de scurgere prin defectele din geomembrană sunt afectate de materialul care stă la baza geomembranei. În acest caz, nu s-a calculat influența permeabilității solului suprapus la rata de scurgere. Evaluarea acestei influențe poate fi importantă în unele cazuri și sunt necesare calcule suplimentare.
Cel puțin, este clar faptul că, cu cât este mai permeabil materialul de deasupra , cu atât rata de scurgere este mai mare. [6]
TABEL 5.1 Rata de scurgere unitară calculată la scurgerea apei printr-o geomembrană HDPE[6]
Notă: Aceste valori ale ratelor de scurgere utilizate au fost calculate presupunând o grosime a geomembranei de 1 mm
TABEL 5.2 Rata de scurgere calculată datorată defectelor dintr-o geomembrană [6]
Notă: Se presupune că geomembrana este suprapusă peste un strat poros, cum ar fi pietriș grosier sau georețea. Rata de scurgere calculată pentru defecte mari ar fi redusă semnificativ dacă stratul poros în contact cu geomembrana pe o parte sau ambele părți este nisip sau un material mai puțin permeabil. În cazul defectelor de dimensiuni semnificativ mai mici decât grosimea geomembranei, calculul s-a efectuat pentru o geomembrană cu grosimea de 1 mm, în timp ce în cazul defectelor de dimensiuni mai mari, rata de scurgere este independentă de grosimea geomembranelor. Calculele pentru defectele de dimensiuni semnificativ mai mici decât grosimea geomembranei s-au bazat pe apă la 20 ° C.Un defect de formă circulară cu diametrul de 2·0 mm („gaură mică”) are o suprafață de 3·1 mm2 și un defect de formă circulară cu diametrul de 11·3 mm gaură circulară ("gaură mare") are o suprafață de 1 cm2. [6]
În calculele de proiectare trebuie să se estimeze rata de scurgere prin defectele geomembanei în substratul cu permeabilitate mai ridicată de sub ea până la acvifer. [22]
Numai scurgerile prin defecte sunt luate în considerare, deoarece permeabiltatea intrinsecă a geomembranei este foarte scăzută și se neglijează. [22]
Pentru curgerea liberă printr-un orificiu se poate utiliza ecuația lui Bernoulli pentru a evalua debitul de lichid printr-un defect al geomembranei în startul de dedesubt, considerat foarte permeabil.
Curgere liberă apare atunci când mediul poros inferior are o deschidere medie mai mare decât diametrul defectului geomembranei și este valabilă dacă conductivitatea hidraulică a mediului de dedesubt (ex. pietriș, georețea) în contact cu geomembrana este ridicată. [22]
Tabelul de mai jos arată ratele de scurgere unitare care pot fi așteptate când depozitul este căptușit doar cu o geomembrană.
Se pare că ratele de scurgere unitare datorate numai unui orificiu pe o suprafață de 4000 m2 sunt mari, în special pentru un defect de dimensiune mare, în timp ce ratele de scurgere unitare datorate permeabilității și defectelor de mici dimensiuni sunt mici. Datele din Tabelul 5.3 se referă la o căptușeală dintr-o geomembrană amplasată direct pe stratul de colectare a scurgerilor sau alt strat foarte permeabil. Calculul de evaluare a ratelor de scurgere prin defectele geomembranei este valabil dacă conductivitatea hidraulică a stratului de colectare a scurgerilor este mai mare de 10-3 m/s (0·1 cm/s), ceea ce va fi adesea cazul. [6]
TABEL 5.3 Rata de scurgere unitară calculată printr-o geomembrană [6]
Notă: Se presupune că geomembrana este suprapusă peste un strat poros, cum ar fi pietriș grosier sau georețea. Rata de scurgere calculată pentru defecte ar fi redusă semnificativ dacă dacă stratul poros în contact cu geomembrana pe o parte sau ambele părți este nisip sau un material mai puțin permeabil. Geomembrana este din HDPE cu o grosime de 1 mm. Rata de scurgere unitară (adică rata de scurgere pe unitatea de suprafață a căptușelii) au fost obținute luând în calcul un singur orificiu la 4000 m2. Acest tabel a fost creat prin combinarea tabelelor 5.1 și 5.2. Defectul de dimensiuni foarte mici considerat are un diametru de 0·1 mm. Defectul de dimensiuni mici are o suprafață de 3·1 mm2, adică un diametru de 2·0 mm. Defectul de dimensiuni mari are o suprafață de 1 cm2 , adică un diametru de 11·3 mm.
Stratul de sol sau alt material (cum ar fi stratul de drenaj sintetic) amplasat direct deasupra geomembranei nu împiedică curgerea, deși în unele cazuri un strat protector de sol sau material de drenaj granular plasat peste o geomembrană poate reduce curgerea prin defectele geomembranei. [6]
Se recomandă o dimensiune a defectului în geomembrană de 1 cm2 pentru calculele efectuate pentru dimensionarea componentelor sistemului de căptușire și, în special, a sistemului de detectare, colectare și îndepărtare a scurgerilor (adică pentru a determina transmisibilitatea hidraulică necesară sau grosimea stratului de colectare a scurgerilor, pentru a calcula distanțarea și diametrele conductelor, la alegerea dimensiunii pompei etc.). [6]
Se recomandă o dimensiune a defectului în geomembrană de 3·1 mm2 pentru calculele de evaluare a performanței sistemului de căptușeală (cum ar fi calcule de funcționalitate, de exemplu, debitul în stratul de colectare a scurgerilor în condiții de operare atipice).
În alte cuvinte, pentru calcule este recomandat defectul de dimensiune mică, care există probabil în condiții de operare normale și defectul de dimensiune mare, a cărui existență este probabilă, în condițiile de curgere maximă. [6]
Pentru o georețea obișnuită / geocompozit cu o conductivitate hidraulică de 10-1-1 m/s și o mărime a defectului geomembranei mai mică sau egală cu 0,1 cm2, relația de calcul este: [22]
(1)
unde Q – debitul de scurgere, în m3/s; A – aria suprafeței defectelor geomembranei considerate, în m2; n – numărul defectelor în suprafața geomembranei; a – aria unui defect (orificiu), în m2; G – accelerația gravitațională, în m/s; hw – înălțimea lichidului la partea de sus a geomembranei, în m.
Relația se poate utiliza pentru o suprafață oarecare A a geomembranei și pentru un număr n de defecte cu dimensiuni diferite ale orificiilor. [22]
Ecuația lui Bernoulli supraevaluaează debitul de scurgere, în special în depozitele de deșeuri, astfel că debitul calculat printr-un defect al geomembranei poate fi mai mare decât debitul de curgere întârziată de deasupra geomembranei. [22]
Dimensiunea maximă a defectelor care pot există după asigurarea controlului calității este echivalentă cu un diametru de 1-3 mm pentru defecte de fabricație și posibil până la 5 mm pentru cazuri speciale, precum îmbinările geomembranelor cu celelalte materiale. [6]
În cele din urmă, diametre mai mari ale găurilor, de ex. 10 mm, pot fi considerate a fi defecte mari, cum ar fi cele datorate perforațiilor accidentale.
Există, de asemenea, defecte care nu pot fi observate la controlul calității, cum ar fi: [6]
– străpungerea geomembranei în timpul amplasării materialului de acoperire sau stratul de drenaj granular de deasupra geomembranei; și
– străpungerea geomembranei ca urmare a tensiunii cauzate de greutatea materialului de acoperire sau a traficului aferent funcționării depozitului.
Defectele din aceste cauze pot provoca apariția unor defecte de dimensiuni mai mari decât cele menționate mai sus. [6]
Geomembranele instalate la depozitele de deșeuri ar putea avea 1-3 defecte de fabricație la hectar, cu un diametru de cca 2 mm (adică o zonă de defect de 3,14·10-6m2). [22]
Pentru un sistem de etanșare din bentonită (încapsulat) pierderile prin orificii pot fi determinate cu relația: [22]
(2)
unde Ks – conductivitatea hidraulică a bentonitei; i – gradientul hidraulic (i=hw/t – nivelul apei deasupra orificiului / grosimea bentonitei); a – aria defectelor coincidente prin sistemul de etanșare.
Pierderile pe unitatea de lungimedatorate infiltrațiilor de-a lungul unui sistem de etanșare din geocompozit bentonitic pot fi estimate din relația: [22]
Q = ks (hw/B)t (3)
în care: B este lățimea de geocompozit considerată, iar t – grosimea stratului bentonitic.
În fig. 5.1, notațiile au următoarea semnificație: hd = D – ha + hw = nivelul maxim al fluidului peste căptușeala geocompozită; ha – nivelul potențiometric în stratul permeabil față de stratul de argilă; hw= nivelul maxim al fluidului deasupra geomembranei; D – grosimea stratului de argilă; kv – conductivitatea hidraulică verticală a stratului de argilă; kh – conductivitatea hidraulică orizontală.
Fig. 5.1 Schemă pentru pierderile de fluid prin defecte pentru două situații întâlnite în practică[22]
a) orificiu în geomembrană în contact intim cu căptușeala din argilă;
b) orificiu într-o cută a geomembranei fără contact intim cu căptușeala din argilă.
Conform schemei anterioare, pentru un orificiu circular de rază ro într-o geomembrană, în cazul general, debitul de scurgere este: [22]
(4)
Grosimea unei etanșări cu argilă este, în general, între 0,3 – 1,5 m, în timp ce grosimea unei etanșări cu geocompozite hidratate depinde de tensiunea de comprimare aplicată în timpul hidratării. Valorile uzuale sunt între 5-10mm sau de circa 100 de ori mai mică decât grosimea unei impermeabilizări cu argilă. [22]
Din practică, pentru depozite de deșeuri dublu căptușite, debitul scurs prin orificii este mai mare la cuplul de materiale geomembrană / căptușeală din geocompozit decât la cuplul geomembrană / căptușeală din argilă. [22]
Defectele care pot apărea în geomembrane sunt numeroase și pot să fie cauzate de o mare varietate de factori, inclusiv un design necorespunzător, defect fabricarea și instalarea defectuoasă.
Defectele tipice observate în geomembrane includ: [6]
– cusături discontinue sau defecte rezultate din fabricarea sau factorii de instalare, inclusiv umiditate excesivă, temperatura necorespunzătoare, contaminarea cu praf sau murdărie și manopera necorespunzătoare;
– rupturi cauzate de întinderi excesive în timpul amplasării;
– deteriorarea geomembranelor în timpul construcției sau al funcționării ca rezultat al tensiunilor excesive cauzate de traficul de echipamente;
– străpungerea geomembranelor cu pietre aflate în materialul de suport sau de acoperire, sub presiune, ca urmare a traficului de echipamente sau a greutății materialului depozitat;
– defecte cauzate de transportul geomembranelor, din cauza tensiunilor excesive generate de greutatea materialului depozitat sau mișcările materialelor în contact cu sistemul de căptușeală;
– defecte fine cauzate cauzate de mecanisme de creștere lentă a fisurilor datorate tensiuni constante, cum ar fi suprasolicitarea;
– defecte fine cauzate de uzură din cauza tensiunilor repetate, cum ar fi cele rezultate din contracția – dilatarea termică;
– conexiuni defecte între geomembrane, datorită manevrării inadecvate.
5.3. Debitul de scurgere prin defecte în etanșarea geocompozită
Debitul pierderilor de lichid prin defectele unwi etanșări geocompozite, adică geomembrană/ CCL sau geomembrană/ GCL (căptușeală din geocompozit), depinde de tipul și numărul defectelor, de presiunea lichidului deasupra geomembranei și deasupra stratului de argilă, de grosimea straturilor etanșării ș.a.
Fluxul dintre geomembrană și stratul de permeabiltate redusă se numește flux de interfață și depinde de calitatea contactului dintre cele două componente.
Căptușelile de argilă geosintetice (GCL) sunt din ce în ce mai acceptate ca înlocuitori pentru garniturile de argilă compactată (CCL) în sistemele de etanșare a depozitelor de deșeuri. În cele mai multe cazuri când GCL este utilizat pentru a înlocui un CCL într-un sistem de căptușire a depozitelor de deșeuri, de regulă este necesară o demonstrație de echivalență. Această demonstrație constă, de obicei, în stabilirea faptului că performanța preconizată a sistemului de căptușeală cu GCL este echivalentă sau superioară performanței preconizate a aceluiași sistem de căptușeală cu un CCL. Demonstrația echivalentă poate include analize ale fluxului de interfață a levigatului, difuzia elementelor constitutive ale levigatului prin căptușeli, stabilitatea pantei, așezare, compatibilitatea chimică cu levigatul etc.[5]
Fig. 5.2 Împrăștierea fluxului de lichid scurs printr-un defect al geocompozitului [22]
Fluxul de fluid în condiții de contact bun Fluxul de fluid în condiții de contact bun
a)Cu contact de interfață perfect (fără decalaj) b)Cu contact de interfață imperfect (cu decalaj)
Fig 5.3 Scurgeri de levigat printr-o geomembrană compromise [1]
Chiar și atunci când nu este necesară o demonstrație de echivalență, inginerul proiectant are nevoie să evalueze și să compare performanța scontată a diferitelor alternative de sistem de căptușeală luate în considerare în proiectare, mai ales când una dintre alternative constă în înlocuirea un CCL cu GCL. [5]
Fluxul prin defectele geomembranei presupune că levigatul trece mai întâi prin defect, apoi de-a lungul spațiului dintre geomembrană și stratul de argilă și în final prin porțiunea căptușelii de argilă afectată de defect, care este denumită zona udată. În consecință, rata de flux este afectată de calitatea contactului dintre geomembrană și căptușeala de argilă, care determină permeabilitatea interfeței geomembrană-argilă și de geometria defectului. [14]
Condițiile de contact pot fi: [22]
a) Condiții de contact bune care corespund unei geomembrane instalate cu puține încrețituri, peste un strat de sol cu permeabilitate scăzută, care a fost suficient compactat și cu o suprafață netedă;
b) Condiții pecare de contact care corespund unei geomembrane cu un anumit număr de îndoituri, amplasată pe un strat de sol cu permeabilitate scăzută, care nu a fost compactat și nu este neted.
TABEL 5.4 Factorul de calitate a contactului cu terenul de dedesubt [22]
Neregulile la interfața dintre o geomembrană și CCL pot apărea din multe surse, inclusiv pietre mici sau bolovani la suprafață, crăpături realizate de roți sau cilindri de compactare, fisuri (de exemplu, datorită desecării) în suprafața argilei etc. Cartaud și colab. (2005) au stabilit că interfața dintre geomembrana HDPE de 2 mm grosime și CCL se poate decala, la contactul direct, cu până la 10 mm pe o suprafață de 1 m2. Giroud și Bonaparte (1989b) au definit două tipuri de contacte geomembrană – CCL – „bun” și „precar” – iar Rowe (1998), în baza acestei clasificări a stabilit relațiile fluxului de interfață geomembrană -CCL:
1. pentru contact bun
log10θ = 0.07 + 1.036(log10kL)+ 0.0180(log10kL)2 (5)
2. pentru contact precar
log10θ = 1.15 + 1.092(log10kL)+ 0.0207(log10kL)2 (6)
unde fluxul,θ, este în m2/s și conductibilitatea hidraulică a CCL, kL, este în m/s. Pentru o conductibilitate hidraulică normală kL = 1 × 10–9 m/s , aceasta corespunde unui flux de 1.6 × 10–8 m2/s pentru un contact bun și 1 × 10–7 m2/s pentru contactul precar. Aceste date iau în considerare doar neregularități minore deshidratarea majoră a CCL sau îndoituri semnificative în geomembrană.
Odată ce se poate face o estimare a fluxului de interfață, scurgerea printr-un orificiu dintr-o geomembrană în contact direct cu o căptușeală pe bază de argilă formând primul strat de căptușeală compozită într-un sistem cu căptușeală dublă poate fi calculată și comparată cu scurgerile calculate pentru o căptușeală doar cu geomembrană sau strat de argilă folosind soluția analitică dezvoltată de Rowe (1998). Rowe (1998) a dezvoltat o ecuație simplă de a estima scurgerile printr-un defect al geomembranei care coincide cu (sau adiacentă) cu o îndoitură, care, în forma sa cea mai simplă (presupunând că nu există interacțiuni între îndoiturile adiacente), se poate scrie:
Q = 2L[kb + (kDθ)0.5]hd/D, (7)
unde:
Q – debitul de scurgere, în m3/s;
L – lungimea îndoiturii, în m;
k – conductivitatea hidraulică, în m/s;
2b – lățimea îndoiturii, în m;
D – grosimea stratului de argilă, în m;
θ – fluxul la interfața geomembranei cu starul de argilă, în m2/s;
hd – pierderea capului în stratul compozit
Considerând 2,5 – 5 defecte/ha, calculul scurgerilor prin geomembranele utilizate cu CCL /
GCL, chiar și defecte de dimensiuni foarte mici (raza = 0,5 mm) într-o căptușeală simplă cu geomembrană, arată că ar provoca scurgeri de la 250 la 500 m3/s pentru o suprafață de 0,3 m într-un depozit deșeuri și 1000 până la 2000 m3/s pentru o suprafață de 5 m. Pentru un defect obișnuit cu o suprafață de 1 cm2 (raza = 5,6 mm), scurgerile corespunzătoare sunt de 32 000 până la 63 000 m3/s pentru o suprafață de 0,3 m și 130 000 – 260 000 m3/s pentru o suprafață de 5 m. [18]
Fig 5.4 Schemă care prezintă scurgeri Fig. 5.5 Imagine geomembrană cu încrețituri de
printr-o îndoitură [18] lungime L și lățimea 2b cu un defect circular de rază[18]
Fig. 5.6 Imaginea unei căptușeli de argilă cu Fig 5.7 Imaginea unei suprafețe precare a
fisuri înainte de amplasarea unei geomembrane[20] unei căptușeli de lut [20]
Există în principal două tipuri de defecte: [22]
– defecte de fabricație;
– defecte de instalare.
Geomembranele obișnuite pot avea aproximativ 1-3 defecte la hectar, din fabricație (cu un diametru egal sau mai mic decât grosimea geomembranei).
Densitatea defectelor de instalare depinde de calitatea instalării, testare, materiale, pregătirea suprafeței, echipamente și managementul lucrărilor.
TABEL 5.5 Densitatea defectelor de instalare a geomembranei [22]
*Densitate mai ridicată a defectelor a fost raportată pentru depozite de deșeuri vechi cu operații de instalare și materiale precare; cu toate acestea, aceste densități mari nu sunt caracteristice în practica modernă.
Pentru evaluarea performanței etanșării de bază, se pot considera circa 3 defecte la hectar, cu o arie de 0,1 cm2 (echivalent cu un orificiu de diametru 3,5 mm), iar pentru o proiectare conservativă se poate considera o suprafață de 1cm2 (echivalentă cu un diametru al orificiului de 11mm). [22]
a)forme de defecte ale geomembranei b)schemă în secțiune transversală a unei
geomembrane cu defecte
Fig 5.8 Nivelul de levigat deasupra unei bariere înclinate [1]
Pot fi considerate diferite forme de defecte ale geomembranei, în m3/s: [22]
defect circular cu diametru d:
(8)
unde: Q – debitul de scurgere prin defectul considerat al geomembranei, în m3/s;
Q*- debitul de scurgere pe unitatea de lungime a defectului considerat, în m3/s;
A – aria suprafeței geomembranei considerate, în m2;
n – numărul defectelor în suprafața geomembranei;
Cqo, Cq∞- factorul de calitate a contactului;
h – înălțimea lichidului la partea de sus a geomembranei, în m;
ts – grosimea stratului de permeabilitate mică din componența compozitului, în m;
d – diametrul defectului circular, în m;
b – lățimea defectului, în m;
B – lungimea defectului rectangular, în m;
Ks – conductivitatea hidraulică a stratului inferior.
defect pătrat cu latura b:
(9)
defect cu lungime infinită de lățime b:
(3.7)
d. defect rectangular cu lățimea b și lungimea B:
(10)
unde: Q* – debitul de scurgere pe unitatea de lungime a defectului considerat, în m3/s;
b – lățimea defectului, în m;
B – lungimea defectului rectangular, în m.
Figura de mai jos rezumă principalele cauze ale presiunilor sub geomembrană:
Fig 5.9 Unele cauze ale presiunii excesive [31]
Limitările modelului matematic: pentru defect circular, diametrul defectului 0,5<d<25 mm;
pentru defecte necirculare, lățimea defectului 0,5<b<25 mm; înălțimea lichidului deasupra geomembranei h≥3m.
Ratele de scurgere prin căptușeli compozite pot fi determinate cu relația: [22]
, (m3/s) (11)
unde: a – suprafața unui orificiu (m2);
hw – înălțimea lichidului deasupra (m);
Ks – conductivitatea hidraulică (m/s).
Pentru unele situații existente se pot lua: sintetic peste nisip K = 10-4 cm/s; sintetic peste aluviuni K = 10-5 cm/s; sintetic peste argilă K = 10-7 cm/s.
Pentru contact slab al sinteticului se utilizează 1,15 în loc de 0,21. [22]
5.4. Calculul permeabilității echivalente
Performanța hidraulică a căptușelii compozite este un criteriu care poate permite compararea diferitelor sisteme de căptușeală.
Giroud și colab. (1997) a observat că scurgerile printr-o căptușeală compozită dintr-o geomembrană și un strat de argilă de 0,6 m cu k = 1×10-9 m/s a fost de șapte ori mai mare decât printr-o căptușeală compusă dintr-o geomembrană deasupra unei GCL cu o grosime de 7 mm cu
k = 1×10-11 m/s (cu punct de presiune de 0,3 m deasupra geomembranei și zero la baza CCL/GCL). Calculele privind scurgerea prin căptușeli compozite a neglijat prezența a unui strat de sol sub GCL și a presupus că condițiile de interfață dintre o geomembrană și GCL sunt identice pentru un GM o geomembrană și CCL. [19]
Schema sistemelor de bariere compozite sunt prezentate în fig. 5.10.
Fig. 5.10 Sisteme de bariere compozite [19]
Fluxul de interfață dintre o geomembrană și un strat de colectare geosintetic poate fi mai mică decât pentru interfața cu un CCL, în special dacă geotextilul de acoperire al GCL este impregnat cu bentonită. [19]
Stratul cu permeabilitate mică a unei bariere compozite este în mare parte fie o căptușeală de argilă compactată (CCL) sau o căptușeală de argilă geosintetică (GCL). Un CCL are grosimea de obicei în intervalul 0,3- 1,5 m în timp ce grosimea unui GCL hidratat depinde de presiunea aplicată în timpul hidratării și este în mod normal în intervalul de 5-10 mm, adică de 100 de ori mai mică decât grosimea unui CCL. Conductivitatea hidraulică atât a CCL cât și a GCL se bazează pe natura materialului, natura lichidului și presiunea aplicată. În cazul în care fluidul strâns este apă sau un levigat normal, acesta nu afectează conductivitatea hidraulică a materialelor argiloase, inclusiv a bentonitei. [1]
Un CCL standard are conductivitate hidraulică în intervalul 1×10-10 la 1×10-9 m/s în timp ce un GCL standard are conductivitate hidraulică în mod normal în intervalul 5 ×10-12 până la 5×10-11 m/s, de 10-100 de ori mai mică decât conductivitatea hidraulică a unui CCL. [1]
O geomembrană intact are o permeabilitate semnificativ scăzută și, ca atare, cea mai mare parte a migrației lichide printr-o barieră compozită apare prin defecte ale geomembranei. [1]
Când un strat granular de colectare a lichidului este înlocuit cu un strat de colectare geosintetic, dacă cele două straturi au aceeași transmisivitate (permeabilitate în planul geocompozitului), atunci se poate spune că ele sunt echivalente. Această aproximare este adeseori reglementată prin normative pentru cazul straturilor de colectare a levigatului și pentru straturi de detecție și colectare a infiltrațiilor folosite în depozitele de deșeuri. Această aproximare este adevărată numai în cazul curgerilor delimitate (de exemplu, pentru straturi de colectare complet saturate cu lichid). În realitate, straturile de colectare a lichidului ar trebui calculate pentru o curgere liberă (neîngrădită). Pentru a fi echivalent în condiții de curgere liberă, stratul geosintetic de colectare trebuie să aibă o mare permeabilitate, prin urmare și stratul granular de colectare a lichidului. [22]
Transmisivitatea echivalentă a geosinteticului Tgst se calculează cu relația: [22]
Tgst =E· Tsol.dren (12)
unde: E este factorul de echivalență; Tgst și Tsol.dren – permitivitatea materialului geosintetic, respectiv permitivitatea solului de drenaj; β – unghiul pantei (S =tg β – coeficient unghiular).
(13)
iar tsol.dren este grosimea solului uscat de drenaj; L – lungimea pantei taluzului.
TABEL 5.6 Rata de scurgere calculată prin căptușeli compozite prezentate în figura 5.10 Se presupune că geomembrana are 2,5 găuri circulare nedetectate cu o rază de 5,64 mm pe hectar [19]
Nota: GM – geomembrană, AL – strat de atenuare
Capitolul VI
Soluții teoretice și practice pentru reducerea scurgerilor prin etanșarea de bază
6.1. Soluții teoretice pentru minimizarea scurgerilor prin etanșarea de bază
6.1.1. Soluții analitice inginerești de reducere a scurgerilor de levigat
Modelele matematice utilizează soluții analitice, semi-analitice sau numerice pentru ecuațiile de curgere a apei subterane și de transport. Fiecare tehnică are avantaje și dezavantaje. Soluțiile analitice sunt mai eficiente din punct de vedere al calculului decât simulările numerice și sunt mai propice pentru analiza incertitudinii (adică, tehnicile Monte Carlo). De obicei, datele de intrare pentru modelele analitice sunt simple și nu necesită o familiarizare detaliată cu modelul computerului sau cu experiența de modelare extinsă. Modelele analitice necesită, în general, un număr limitat de parametri, care sunt deseori considerați a fi constanți în spațiu și timp (van der Heijde și Beljin, 1988). [21]
Deși unitățile de depozitare a deșeurilor și sistemele hidrogeologice sunt tridimensionale, este deseori de dorit să se reducă numărul de dimensiuni simulate într-un model matematic la una sau două. Modelele cu două și trei dimensiuni sunt, în general, mai complexe și costisitoare din punct de vedere al calculului decât modelele unidimensionale și, prin urmare, necesită mai multe date. Alegerea numărului de dimensiuni din model trebuie făcută pentru un anumit sit, pe baza complexității sitului și a disponibilității datelor. [30]
Modelele de producere a levigatului prezic cantitatea și caracteristicile levigatului care este eliberat din partea de jos a unui depozit de deșeuri. Aceste modele sunt utilizate pentru a estima termenii sursei de contaminanți și eliberarea de substanțe contaminante în subsol. Modelele de curgere și transport simulează transportul contaminanților eliberați de la sursă la zonele nesaturate și saturate. Sunt disponibile modele geochimice care iau în considerare procesele chimice care pot fi active în subsol, cum ar fi adsorbția, precipitația, oxidarea / reducerea speciilor apoase și cinetica. [21]
Majoritatea modelelor iau în considerare fluxul și transportul bazate pe ecuații de dispersie a advecției. Modele mai complexe iau în considerare procesele de transformare fizică și chimică, fluxul întrerupt și fluxul de fluide multifazic. Modelele de producere a levigatului prezic cantitatea și caracteristicile levigatului care este eliberat din partea de jos a unui depozit de deșeuri. Aceste modele sunt utilizate pentru a estima termenii sursei de contaminanți și eliberarea de substanțe contaminante în subsol. Modelele de curgere și transport simulează transportul contaminanților eliberați de la sursă la zonele nesaturate și saturate. Sunt disponibile modele geochimice care iau în considerare procesele chimice care pot fi active în subsol, cum ar fi adsorbția, precipitația, oxidarea / reducerea. [21]
TABEL 6.1 Modele analitice și semi-analitice pentru aplicarea problemelor de migrație a levigatului (adaptate de la Travers și Sharp-Hansen, 1991) [21]
1D – uni-dimensional Ss – constant Hom – omogen Adv – advecție
2D – bi-dimensional Sat – saturat Iso – izotrop Dis – dispersie
3D – tri-dimensional Tr- tranzitoriu Uc – nelimitat Ads – adsorbție
H – orizontal Usat – nesaturat C – limitat Dec – dezintegrare
V – vertical An – neizotropic Ret – degradare
Dif – difuzie
Modelul MULTIMED [21] Agenția de Protecție a Mediului din Statele Unite ale Americii a dezvoltat modelul MULTIMED pentru a-l pune la dispoziția operatorilor de depozite de deșeuri. MULTIMED poate fi utilizat împreună cu un alt model de pentru levigat, cum ar fi HELP (Schroeder și colab., 1984). Out-put-urile din HELP sunt apoi utilizate în MULTIMED pentru a demonstra că fie o proiectare a depozitului de deșeuri, fie condițiile hidrogeologice specifice existente într-un amplasament vor împiedica concentrațiile contaminante din apa freatică să depășească concentrațiile maxime admise. [21]
Modelul MULTIMED constă din module care estimează emisiile de contaminanți în aer, sol, ape subterane sau ape de suprafață. [21]
În MULTIMED, modulul semi-analitic, unidimensional, în stare constantă, simulează curgerea în zona nesaturată. Ieșirea din acest modul, care este saturația apei în funcție de adâncime, este utilizată ca intrare în modulul de transport nesaturat. Acesta din urmă simulează un transport tranzitoriu, unidimensional (vertical) în zona nesaturată și include efectele dispersiei, adsorbției liniare și descompunerii. Ieșirea din modulele de zonă nesaturată este utilizată ca intrare în modulul de transport a zonei saturate semi-analitice. Acesta din urmă ia în considerare fluxul tridimensional, deoarece efectele dispersiei laterale sau verticale pot afecta semnificativ rezultatele modelului. [21]
Prin urmare, reducerea dimensiunilor la unul din aceste modul va produce rezultate inexacte. În plus, MULTIMED are capacitatea de a evalua impactul erorilor input-urilor modelului la output-urile modelului (concentrația contaminanților la un punct specificat), folosind tehnica de simulare Monte Carlo. [21]
Procedurile utilizate în MULTIMED sunt: [21]
– Colectarea datelor hidrogeologice specifice sitului, inclusiv cantitatea de levigat generat
– Identificarea contaminanților care trebuie simulați și punctul de conformitate
– Alegerea unui proiect de depozit de deșeuri și determinarea ratei de infiltrare corespunzătoare
– Executare MULTIMED și calculare factorul de atenuare a diluției – (DAF) (adică, factorul prin care concentrația este de așteptat să scadă între unitatea de depozitare și punctul de conformitate)
– Înmulțire concentrația inițială de contaminanți cu DAF și comparare concentrația rezultată cu niveluri maxime de contaminanți pentru a determina dacă proiectul va îndeplini standardul.
Poate fi modelat numai transportul contaminanților în zonele nesaturate și / sau saturate,
deoarece celelalte opțiuni (adică apa de suprafață, aerul) nu au fost încă testate în detaliu. În plus, sunt permise doar simulări de transport constant. Nu este permisă diminuarea datelor sursei contaminante; concentrația de contaminanți care intră în sistemul acvifer este presupusă a fi constantă în timp. Receptorul (de exemplu, o fântână cu apă potabilă) este localizat direct în aval de instalație și interceptează stratul contaminant; de asemenea, concentrația de contaminanți este calculată în vârful acviferului. [21]
Caracteristicile spațiale asumate în MULTIMED ar trebui luate în considerare atunci când se aplică MULTIMED pe un site. Presupunerea unui flux nesaturat vertical unidimensional poate fi valabilă pentru instalațiile care primesc reumplere uniformă. Această presupunere poate să nu fie valabilă pentru depozitele unde au loc acoperiri sau reumpleri zilnice. În plus, simularea fluxului orizontal, uni-dimensional, în zona saturată necesită mai multe presupuneri de simplificare. Zona saturată este tratată ca un acvifer unic, orizontal, cu proprietăți uniforme (de exemplu, conductivitatea hidraulică). Efectele pompării sau evacuării puțurilor asupra sistemului de curgere a apei subterane nu pot fi abordate cu modelul MULTIMED. [21]
Modelul MULTIMED presupune un flux constant în toate aplicațiile. Unele sisteme de curgere a apei subterane sunt într-o „stare echilibrată”, în care cantitatea de apă care intră în sistemul de curgere este egală cu cantitatea de apă care iese din sistem. [21]
Modelul MULTIMED poate fi rulat și în metoda Monte Carlo. Metoda Monte Carlo oferă un mijloc de estimare a rezultatelor incerte, dacă gradul de incertitudine al variabilelor de intrare este cunoscut sau poate fi estimat. Mai mult, pentru a obține o estimare valabilă a incertitudinii în producție, modelul trebuie rulat de mai multe ori (de obicei de câteva sute de ori), ceea ce poate dura mult timp. Aceste probleme trebuie luate în considerare înainte de a utiliza tehnica Monte Carlo. [21]
Modelul MODFLOW-SURFACT [11].Rowe și Nadarajah (1996) au determinat ecuațiile pentru scurgerea de levigat la puțurile verticale în condiții de stare constantă, iar metoda elementului finit a fost utilizată pentru rezolvarea lor. Analizele lor au indicat că nivelul de levigat a fost funcția razei puturilor, rw, distanțarea puțurilor, 2R, rata de colecție a precipitațiilor, q0 și conductivitatea hidraulică orizontală a deșeurilor, kh. Ei au subliniat că conductivitatea hidraulică verticală a deșeurilor, kv, a avut, de asemenea, o influență semnificativă la nivelul levigatului în jurul puțurilor verticale, când raportul de q0 la kv a fost> 0,2. [11]
Al-Thani și colab. (2004) și-au extins studiul pentru a include condiții tranzitorii, iar modelul numeric MODFLOW-SURFACT a fost utilizat pentru a investiga extragerea tranzacțiilor. Aceștia au descoperit că suprafața de scurgere s-a dezvoltat la intrarea în puț, astfel încât extragerea de levigat din deșeuri nu va fi la fel de semnificativă pe cât era de așteptat. Într-un test de pompare, Olivier și colab. (2009) au utilizat metodele clasice Theis și Cooper-Jacob (Cooper și Jacob, 1946) pentru a obține valori medii ale conductivității hidraulice și a coeficientului de stocare a deșeurilor. [11]
Apoi, MODFLOW-SURFACT a fost utilizat pentru a simula activitatea de pompare a puțurilor verticale în celule complexe 3D. Mai mulți cercetători au propus modele bazate pe ecuația Richards pentru a analiza pomparea și recircularea levigatului folosind puțuri verticale în terenuri (McDougall, 2007; Hettiarachchietal., 2009; Fengetal., 2015; Slimani și colab., 2017). De exemplu, Slimani și colab. (2017) a prezentat o analiză a testelor de pompare și injecție a levigatului în vârstă. Când pomparea s-a oprit la 70 ore, nivelul de levigat din puțul de pompare a crescut de la 3,2 m la 70 ore la 5,6 m la 90 ore. Nivelul de levigat simulat folosind modelul Richards a fost de 6,8 m la 90 ore, ceea ce a fost mult mai mare decât valoarea măsurată. Ei au descoperit că diferența semnificativă între nivelul de levigat simulat și măsurat în timpul fazelor de pompare și recuperare a nivelului de levigat s-ar putea datora limitării modelului Richards, care a neglijat duozitatea porozității deșeurilor. [11]
MODFLOW-SURFACT a fost utilizat pentru modelarea debitului și a transportului în medii
saturate și nesaturate în mai multe studii de flux subteran și transport. Doherty (2001) a comparat valorile capului de presiune calculate prin utilizarea caracteristicilor pseudo-solului de către MODFLOW-SURFACT pentru a verifica un cod MODFLOW modificat. Codul MODFLOW a fost modificat prin ajustări la pachetul MODFLOW BlockCentered-Flow. Modificările au permis straturilor să aibă o transmisivitate foarte redusă, chiar și atunci când celulele din strat erau nesaturate.
Transmisivitatea redusă a permis desaturarea și resaturarea celulelor cu mișcarea verticală a stratului de apă fără ca celulele nesaturate să fie inactive în simulare. S-a observat că valorile capului de presiune calculate de către Cod MODFLOW modificat și MODFLOW-SURFACT pentru o simulare cu aceleași date de intrare erau aproape identice. [23]
6.1.2. Relații de calcul utilizate în determinarea pierderilor prin etanșări geocompozite
Sistemul de barieră din partea de jos a depozitelor moderne de deșeuri încorporează, de obicei, un sistem de colectare a levigatului, un strat de protecție geotextilă și o căptușeală compusă dintr-o geomembrană (GM), fie pe o căptușeală de argilă geosintetică (GCL), fie pe o căptușeașă de argilă compactată (CCL) (care de obicei are o conductivitate hidraulică mai mică de 10-7 m / s). Este bine recunoscut faptul că, chiar și cu un bun control al calității și asigurarea calității construcțiilor (CQC / CQA), vor exista unele defecte (orificii) în geomembrană și că scurgerile vor avea loc prin acele găuri cu o presupunere de 2,5 până la 5 găuri / ha fiind utilizate în mod obișnuit ca valoare de proiectare (Giroud și Bonaparte 2001). Scurgerea prin garnituri de bază compozite în depozitele de deșeuri depinde de numărul și dimensiunea găurilor, așa cum a fost recunoscută de mult timp. Cu toate acestea, și alte aspecte ale proiectării, construcției și operațiunilor pot avea un impact profund asupra scurgerilor atât în timpul vieții de exploatare, cât și în timpul de viață contaminant al depozitului.
În mod tradițional, scurgerile au fost calculate, presupunând că GM-ul este în contact direct cu căptușeala de argilă, cu ecuațiile dezvoltate de Giroud și Bonaparte (1989), iar ulterior ecuațiile modificate de Giroud (1997) sunt utilizate cel mai frecvent. Aceste ecuații sunt adecvate pentru a fi utilizate în cazul în care GM-ul nu prezintă rugozități semnificative, așa cum este raportat în cazul Germaniei. Cu toate acestea, în cele mai multe părți ale lumii, când o geomembrană este acoperită de sistemul de colectare a levigatului, vor exista rugozități de interconectare a geomembranelor.[20]
Rowe (1998) a prezentat o soluție analitică pentru cazul în care orificiul din geomemrană coincide cu o rugoizitate (înrețitură) presupunând un flux lateral neobstrucționat de-a lungul lungimii, L și pe toată lățimea, 2b, a încrețiturii și un flux lateral între geomembrană și sol (Figura 6.1). Această ecuație permite luarea în considerare a interacțiunilor între încrețiturile similare adiacente presupuse a fi distanțate la o distanță de două ori mai mare și scurgerea, Q, este dată de:
Q = 2 L ks [b + {1- exp (- α (x-b))}/ α] hd / D (14)
unde:
L este lungimea rugozității (încrețitura) (m)
2b este lățimea rugozității (încrețitura) (m)
α = [ks/(Dθ)]0.5
ks este media aritmetică a conductivității hidraulice a căptușelii de argilă, k și a stratului intermediar (m / s)
θ este transmisibilitatea interfeței geomembrană-argilă (m2 / s)
hd este orificiul de scurgere în stratul compozit (m)
D este grosimea căptușelii de argilă și a stratului de atenuare (m)
Presupunând că nu există interacțiuni cu o încrețitură adiacentă, scurgerea, Q, este dată de:
Q = 2 L [ks b + (ksD θ) 0,5] hd / D (15)
Rowe (2005) a demonstrat că scurgerea prin garnituri primare compuse (atât cu CCL, cât și GCL) în depozitele de deșeuri cu căptușeală dublă, unde scurgerile au fost monitorizate, este considerabil (adesea cu un ordin de mărime sau mai mult) mai mare decât ceea ce se aștepta pentru numărul tipic de orificii în geomembrană dacă geomembrana a fost în contact direct cu căptușeala de bază (de argilă). Cu toate acestea, scurgerea observată a fost explicată folosind ecuația Rowe (ecuația 2 de mai sus) și luând în considerare orificiile din încrețiturile geomembranei sau situate adiacent acestora. Ecuația 2 oferă un mijloc convenabil de calcul al scurgerilor pentru multe situații practice în care se preconizează apariția rugozităților din încrețituri, și nu a contactului direct. [20]
Fig. 6.1 Schemă care prezintă scurgeri Fig. 6.2 Scurgeri prin căptușeală compozită
printr-o încrețitură de lungime L și lățime (GM și GCL), în funcție de conductibilitatea
2b cu un orificiu de rază ro [20] hidraulică GCL pentru două condiții de interfață constantă și un orificiu în încrețitură, cu o lungime interconectată de 125m / ha [20]
Exemple specifice de căptușeală compozită. [20]
Pentru o căptușeală GM / GCL compozită în care GCL are o grosime de 0,007 m (HL =
0,007 m în figura 6.1) și se sprijină pe un strat intermediar cu o conductivitate hidraulică de 10-7 m / s și grosimea egală cu distanța dintre partea de sus a GCL și vârful acviferului subiacent este de 3,75m (adică D = 3,75m în figura 6.1; minimul permis în conformitate cu reglementările din Ontario Canada). Conductivitatea hidraulică, k, a GCL este considerată a fi 5×10-11 m / s, deși nu este neobișnuit să ajungă la 2×10-11 m / s și valori mai mari pot rezulta din interacțiunea bentonitei fie cu cationii din sol, fie cu levigatul. Pentru a examina efectul conductivității hidraulice GCL, scurgerea a fost calculată în cazul unei transmisii bune (θ = 2×10-12 m 2 / s) și a unei transmisii slabe (θ = 2×10-10 m2 / s) și a unei încrețituri interconectate cu un orificiu de lungime 125m / ha pentru un nivel al conductivități hidraulice între 2×10-11 m / s și 2×10-8 m / s (vezi Rowe 1998 sau Rowe și colab. 2004), așa cum se arată în figura 6.2.
Dacă transmisibilitatea interfeței nu se modifică, conduce la o modificare a conductivității hidraulice de la 2×10-11 m / s la 2×10-8 m / s în condiții de creștere a scurgerii de levigat de la aproximativ 4 la 34 lphd pentru un contact bun (θ = 2×10-12 m 2 / s) și o creștere de la aproximativ 12 la 60 lphd pentru un contact slab (θ = 2×10-10 m2 / s). Astfel, cu condiția ca lungimea încrețiturilor interconectate să rămână modestă (125 m / ha sau mai puțin), o creștere semnificativă a conductivității hidraulice a GCL are doar un efect modest asupra scurgerilor. Acest lucru se datorează faptului că rolul principal al GCL este de a reduce răspândirea levigatului prin reducerea transmisivității interfeței GM / GCL, mai degrabă decât datorită conductivității hidraulice a GCL de sub zona umedă. [20]
6.1.3. Exemple de aplicații ale calculelor în estimarea scurgerilor prin etanșarea de bază
1. Înălțimea lichidului (levigatului) deasupra geomembranei unui sistem de etanșare este
h = 0,3 m. Permitivitatea stratului de sub geomembrană este 10-7 m/s, având o grosime de 2 m, iar aria suprafeței afectată scurgerile prin defectele acesteia este de 4000 m2. Cât este cantitatea specifică de lichid care afectează zona, dacă în geomembrană există un singur defect circular cu diametrul de 0,2 mm, având o calitate bună a contactului cu stratul inferior?
R: Lichidul care se scurge prin orificiu se raportează la toată suprafața celulei.
Rezultă: Cqo =0,21; q = 2,12∙10-11 (m3/s)/m2 (sau 18,31) (l/ha)/zi) [22]
2. Înălțimea lichidului (levigatului) deasupra geomembranei unui sistem de etanșare este h = 0,3 m. Permitivitatea stratului de sub geomembrană este 10-7 m/s, având o grosime de 2 m, iar aria suprafeței afectată scurgerile prin defectele acesteia este de 4000 m2. Cât este cantitatea specifică de lichid care afectează zona, dacă în geomembrană există un defect rectangular cu lățimea de 2 mm și lungimea de 1 cm, având o calitate bună a contactului cu stratul inferior?
R: Lichidul care se scurge prin orificiu se raportează la toată suprafața celulei.
Rezultă: Cqo =0,21; Cq∞ = 0,52; q = 3,46∙10-11 (m3/s)/m2 (sau 29,97) (l/ha)/zi) [22]
3. Cât este factorul de echivalență pentru o pantă de înclinare 10%, care are lungimea de 250 m, acoperită cu un strat de nisip cu grosimea de 1 m? Cât trebuie să fie transmisivitatea unui geosintetic de drenaj dacă transmisivitatea stratului de nisip este 5∙10-6 m2/s?
Răspuns: E = 1.19; ɵGST = 5,95∙10-6 m2/s. [22]
Capitolul VII
Soluții practice pentru reducerea scurgerilor prin etanșarea de bază
7.1. Soluții practice pentru controlul levigatului la depozitele de deșeuri
Levigatul colectat din depozit trebuie înlăturat din vecinatatea stratului izolator cât mai repede posibil. De regulă, levigatul este evacuat fie prin cădere liberă (gravitațională), fie prin pompare. Componentele unui sistem de colectare a levigatului includ de regulă: straturi izolatoare protectoare, conducte perforate pentru colectarea (laterale si centrale), stație de pompare și alte componente. [22]
Un sistem de drenaj, colectare și pre-epurare a levigatului se poate compune din :
-strat de drenaj pentru levigat, rețea de drenuri din tuburi de polietilenă de înaltă densitate cu diametrul de 250 mm, amplasate pe platforma incintei pe un strat de geotextil, sub un strat de drenare din pietriș ;
– conducte cu pantă de minim 1,5 % traversează stratul de etanșare și sunt racordate prin trei conducte de colectare cu conexiune gravitațională la căminele de stocare intermediară;
-cămin pentru pomparea levigatului;
-rezervor închis pentru stocarea levigatului;
-stație de pre-epurare modulară care va funcționa pe baza principiului osmozei inverse, dotată cu toate echipamentele necesare asigurării încadrării parametrilor de evacuare a levigatului ;
– rezervor tampon pentru levigat înainte de statia de pre-epurare ;
– bazin colector pentru levigatul tratat.
Scopul unui sistem de colectare a levigatului este de a reduce presiunea asupra părții impermeabile a sistemului de căptușeală, reducând la minimum adâncimea de levigat deasupra stratului de acoperire. În Statele Unite, aceasta este limitată la mai puțin de 30 cm(Agenția pentru Protecția Mediului din S.U.A., 1988). În țările europene, restricția se bazează pe rata de penetrare a poluanților în sol și nu pe adâncimea levigatului. Țevile perforate orizontale sunt introduse în fiecare strat de drenaj pentru colectarea levigatului. Levigatul colectat este pompat din partea de jos a depozitului, depozitat în rezervoare și trimis fie la o stație de epurare obișnuită, fie la o stație de tratare la fața locului. Reciclarea levigatului este esența pentru a distinge tehnologia bioreactorului de ”biocell”. Scopul este de a optimiza procesul de descompunere microbiană prin controalele de umiditate care ar putea fi obținute prin recircularea levigatului. Prin menținerea unui conținut ridicat de umiditate ar spori descompunerea bioreactorului. Uneori, substanțele chimice sau microorganismele sunt adăugate la levigatul recirculant pentru a promova biodegradarea (Tammemagi, 1999). Recircularea levigatului s-a realizat prin diferite metode care induc puțuri de reumplere verticală, sisteme de irigare prin pulverizare și aplicare la nivelul suprafeței. Printre aceste tehnici, sondele de reumplere sunt considerate a fi cele mai simple și efective (Reinhart și Townsend, 1999). [13]
Cea mai obișnuită metodă de a grăbi degradarea particulelor într-un sistem solid-lichid în două faze este adăugarea de apă suplimentară și / sau reciclarea levigatului la deșeurile solide, conceptul fiind dezvoltat chiar din operațiunile de depozitare a deșeurilor. Au fost studiate anterior diferite regimuri de adăugare de apă de spălare, recirculare de la efluentul hidrolizelor și / sau reactoarelor metanogene. Efectele lor pozitive asupra descompunerii deșeurilor solide organice includ conținutul crescut de umiditate și alcalinitatea într-un reactor lichefiere-acidogenic, eficiența crescută a transferului de masă, redistribuirea biomasei și a enzimelor extracelulare și promovarea descompunerii. Rolul esențial al recirculării metanogene a efluenților ar putea fi atribuit capacității sale de tamponare, dar recircularea excesivă ar putea iniția și metanogeneza în reactorul din prima fază. [24]
Reciclarea levigatului a fost inițiată în SUA, în anii '70, ca mijloc de a spori degradarea deșeurilor de deșeuri, de a reduce sau de a stopa formarea contaminanților în masa deșeurilor și de a depozita excesul de levigat. Reciclarea levigatului oferă multe beneficii economice și de mediu pentru depozitele de deșeuri solide.[4]
Un sistem de recirculare a levigatului poate fi realizat prin proiectarea unui sistem de irigarea prin pulverizare, luând în considerare permeabilitatea stratificată a depozitului de deșeuri. Un depozit de deșeuri de bioreactor se va tasa mai rapid decât un depozit tradițional, fapt care este în mare parte atribuit greutății deșeurilor. Fiecare strat de deșeuri în cadrul unui depozit prezintă o presiune diferită în funcție de nivel, de adâncime, fapt care duce la gradienți verticali în raportul de umplere și coeficienții de permeabilitate a deșeurilor din depozit.
Pe parcursul irigării prin pulverizare, levigatul într-un depozit de bioreactor este recirculat la suprafața lui. O parte din levigatul recirculat se evaporă la suprafață, în timp ce restul de levigat se scurge în masa depozitului de deșeuri. În general, masa deșeurilor este nesaturată înainte de infiltrare. După infiltrare, levigatul se filtrează rapid în interiorul depozitui de deșeuri. Cu toate acestea, datorită intensității limitate a injecției de levigat în sistemele de irigare prin pulverizare, migrarea levigatul de sus în jos apărea în condiții de nesaturare. [4]
În zonele nesaturate ale unui depozit, este folosită Legea lui Darcy modificată pentru levigat pentru a descrie fluxul vertical în masa de deșeuri. Legea lui Darcy modificată este generalizată prin introducerea conductivității hidraulice nesaturate K (hp) având la bază legea lui Darcy pentru zone saturate. Variabila de conductibilitate hidraulică nesaturată este în mod predominant o funcție a conținutului de apă sau a punctului de presiune al zonelor nesaturate. Scurgerea apei poate fi văzută doar prin spațiile porilor care sunt umplute cu apă. Porii plini de aer nu permit apa să curgă prin ei. Prin urmare, porii umpluți cu aer din zonele nesaturate se pot comporta similar cu material solid și solurile nesaturate pot fi tratate ca soluri saturate cu conținut redus de apă (Childs 1969). Ulterior, validitatea legii lui Darcy modificată poate fi verificată pentru soluri nesaturate folosind metode de verificare care sunt similare cu cele utilizate pentru soluri saturate. Experimentele pentru verificarea Legii lui Darcy modificate pentru soluri nesaturate (Childs și Collis-George 1950) au arătat că rata de curgere a apei printr-un sol nesaturat este direct proporțională cu cea a punctului hidraulic atunci când coeficientul de permeabilitate este constant, ceea ce este similar cu situația folosirii solurilor saturate. Aceste concluzii au confirmat că legea modificată a lui Darcy ar putea să se aplice pe soluri nesaturate. Similar cu legea lui Darcy, Legea lui Darcy modificată este valabilă pentru fluxul laminar. Deoarece levigatul curge lent în masa depozitului de deșeuri, Legea modificată a lui Darcy este valabilă pentru migrarea levigatului. [4]
În zonele nesaturate, conductivitatea hidraulică K este semnificativ afectată de modificările combinate ale golului de umplere și gradul de saturație (sau conținutul de apă) al masei de deșeuri. Levigatul va curge doar prin spațiile porilor care sunt umpluți deja cu levigat. Astfel, procentul golurilor care sunt umplute cu levigat este important. Deoarece masa deșeurilor este nesaturată, aerul ocupă o parte din pori. Prin urmare, levigatul curge prin porii mai mici cu o creștere a sinuozității căii de flux. Interfața aer-apă este atrasă mai aproape de particulele de sol. În consecință, conductivitatea hidraulică a apei scade rapid deoarece spațiul disponibil pentru fluxul de levigat este redus. Ecuația pentru calcularea conductivității hidraulice a masei deșeurilor: [4]
K(θ)= hsat x kr(θ) (16)
unde ksat este conductivitatea hidraulică saturată
kr(θ) este conductivitatea hidraulică relativă.
Pentru a determina conductivitatea hidraulică nesaturată K, sunt necesare conductivitatea hidraulică saturată ksat și conductivitatea hidraulică relativă kr .
În timpul umplerii, proprietățile masei deșeurilor devin stratificate datorită greutății proprii, precum și a utilizării unui buldozer.
McDougall (2007) a propus relația dintre conductivitatea hidraulică saturată și golul de umplere în funcție de rezultatele experimentale ale lui Beaven:
ksat= aeb (17)
unde ksat este conductivitatea hidraulică saturată a masei
e este gol de umplere
a și b sunt parametrii de calcul.
În depozitele de deșeuri, gradul de compactare în partea de jos este mai mare decât cel din
vârf, care rezultă din utilizarea buldozerelor și din greutatea masei de deșeuri. Aceasta duce la stratificarea evidentă a masei. Modelul straturilor decontarea sub greutate este ilustrată schematic în
Fig. 7.1.
Golul de umplere inițial (e0) și conductivitatea hidraulică inițială (K0) este aceelași pentru toate straturile. După umplere, golul și conductivitatea hidraulică se modifică în funcție de adâncime. Mai exact, golul de umplere al fiecărui strat este e0, e1, e2,…en și conductivitatea hidraulică saturată a fiecărui strat este K0, K1, K2, … Kn.
În zonele nesaturate, conținutul de apă scade odată cu adâncimea deoarece golul de umplere
nu variază de-a lungul depozitului când stratificarea este neglijată. Cu toate acestea, dacă stratificarea este considerată, golul de umplere scade de sus în jos.Variația conținutului de apă cu adâncime, luând în considerare efectul stratificării este prezentat în Fig. 7.2.
Fig. 7.1 Model de proiectare având în vedere Fig. 7.2 Variația conținutului de apă în funcție
stratificarea masei de deșeuri [4] de adâncime în depozit de deșeuri bioreactor[4]
Mai mult, când volumul de levigat de recirculare rămâne constant, golul de umplere scade treptat în jos în fiecare strat, deși conținutul de apă crește. Adâncimea de influență a recirculării levigatului crește pe măsură ce mărimea compactării crește. Cu toate acestea, volumul de recirculare a levigatului pentru o suprafață a unității nu suferă modificări evidente.
7.2. Structuri de etanșare pentru reducerea pierderilor prin etanșarea de bază
Pentru a preveni poluarea solului și a apelor subterane din levigat, se utilizează sistemul de căptușeală pentru a bloca răspândirea levigatului în împrejurimi. Cel mai utilizat sistem de căptușeală este compus dintr-o geomembrană de polietilenă (HDPE) de înaltă densitate peste un strat de argilă compactă. O serie de țări, inclusiv China, SUA, Germania și Japonia, au lansat specificații tehnice pentru sistemul de căptușeală pe baza cercetărilor lor experimentale și analize independente. Rowe și Booker au efectuat cercetări comparative pe trei tipuri de sistem de căptușeală:
– geomembrană + strat de argilă,
– geomembrană + strat de argilă + strat de atenuare
– sistemul dublu căptușit.
Rowe a ajuns la concluzia că, în cele din urmă, proiectele standard de bariere au dat naștere unor efecte inacceptabile din cauza efectelor de blocare ale sistemului de colectare a levigatului. Xie și colab. a studiat patru tipuri de sisteme de garnitură de deșeuri care au fost propuse în standardele chineze. Concluzia a fost că sistemul de căptușeală geomembrană + strat de argilă cu două straturi a fost cea mai bună barieră pentru contaminanți. Turan și colab. a efectuat un studiu intens asupra performanței diferitelor materiale de căptușeală cu bentonită privind eficiența eliminării Cu (II) și Zn (II) din levigat. S-au făcut unele recomandări de proiectare pentru a îmbunătăți eficiența eliminării sistemului de căptușeală. [25]
7.2.1 Soluții de impermeabilizare cu geomembrane și argilă
Comparație între tipurile de sisteme de etanșare de tip geomembrane și argilă din 4 țări: [25]
China – CJJ113-2007 Codul tehnic pentru sistemul de căptușeală a depozitului de deșeuri
solide municipale a propus patru tipuri de sisteme de căptușeală, inclusiv geomembrană + strat de argilă, geomembrană + căptușeală geosintetică de argilă, un singur strat de argilă și o singură geomembrană. Sistemul de etanșare geomembrană + strat de argilă este compus dintr-un strat de argilă cu o grosime de 0,75 m acoperit de geomembrană HDPE cu o grosime de 1,5 mm. Coeficientul de conductivitate hidraulică a stratului de argilă ar trebui să fie sub 1 × 10 –9 m / s.
Proiectul SUA (subtitle D minimum design) constă dintr-o geomembrană HDPE de 1,5 mm
grosime peste un strat de argilă de 0,6 m grosime cu o conductivitate hidraulică de 1 × 10 –9 m / s.
Germania – Cerințele minime de proiectare pentru sistemul de căptușeală sunt compuse
dintr-o geomembrană HDPE de 2,5 mm grosime pe un strat de argilă de 0,75 m grosime cu o conductivitate hidraulică de 5 × 10-10 m / s.
Ghidul japonez specifică cerințele minime de proiectare a sistemului de căptușeală constând
dintr-o geomembrană HDPE de 1 mm grosime și un strat de argilă de 0,5 m grosime cu o conductivitate hidraulică de 1 × 10–8 m / s.
TABEL 7.1 Cerințele minime pentru sistemul de căptușeală [25]
hL – grosimea stratului de argilă
hG – grosimea geomembranei HDPE
hC – cap hidraulic
kC – conductivitatea hidraulică a stratului de argilă
Principalele mecanisme de transportare a contaminanților prin sistemul de căptușeală sunt advecția și difuzarea (inclusiv dispersia mecanică). Analiza unidimensională de transport a contaminanților este realizată pentru a studia performanța sistemului de căptușeală. Ipotezele sunt următoarele: [25]
(a) Sursa contaminantului se află în partea de sus a sistemului de etanșare. Fluxul în fiecare strat în fiecare interval de timp este în stare de echilibru. Condițiile de curgere tranzitorii nu sunt luate în considerare. Această presupunere este verificată de Rowe și Nadarajah. Ei au ajuns la concluzia că neglijarea stării de trecere tranzitorie are o influență redusă asupra practicilor de inginerie.
(b) Proprietățile fiecărui strat sunt uniforme. Aceste proprietăți includ coeficientul de difuzie, porozitatea și viteza advectivă. Diferitele straturi pot avea proprietăți diferite și aceste proprietăți se pot schimba în momente diferite.
(c) Sorbția este prima fază.
Depozitul de gunoi considerat are o lungime de 200 m în direcția curgerii apelor subterane. Sunt luați în considerare doi contaminanți: Cd2+ și diclorometan. Cei doi contaminanți sunt aleși deoarece se găsesc în mod obișnuit în levigat și datele de concentrare sunt ușor disponibile. Cd2+ reprezintă metalul greu din levigat. Concentrația inițială pentru Cd2+ este de 1 mg / . Diclorometanul reprezintă poluantul organic din levigat. Concentrația inițială a diclorometanului este de 5 mg / L. Conform standardelor de apă potabilă din SUA, nivelul maxim de contaminanți pentru Cd2+ și diclorometan este de 0,01 mg / L și respectiv 0,005 mg / L. Concentrația critică relativă pentru Cd2+ și diclorometan sunt 0,01 și respectiv 0,001. Conductivitatea hidraulică, porozitatea și densitatea uscată sunt legate între ele. [25]
Evoluția concentrației în timp este prezentată în figura 7.3. Concentrația crește odată cu trecerea timpului. Pentru un anumit timp, concentrația contaminantului este cea mai ridicată pentru sistemul de căptușeli al standardului japonez, urmată de cea a standardului american și cea a standardului chinez. Concentrația contaminantului este cea mai mică pentru sistemul de căptușeală din standardul german. Motivul este că grosimea geomembranei și a stratului de argilă sunt cele mai mari, iar conductivitatea hidraulică este cea mai mică din sistemul de căptușeli al standardului german. În timp ce grosimile geomembranei și a stratului de argilă sunt cele mai mici, iar conductivitatea hidraulică este cea mai mare din sistemul de căptușeli al standardului japonez, reiese că cerințele minime din standardul german sunt cele mai conservatoare, în timp ce cele din standardul japonez cel mai economice. [25]
Cd2+ b) diclorometan
Fig.7.3 Curbele concentrație-timp ale contaminanților [25]
Timpul în care concentrația din partea inferioară a sistemului de căptușeală ajunge la nivelul maxim de concentrație este definit ca timpul critic. Timpurile critice ale celor patru tipuri de sistem de căptușeală sunt enumerate în tabelul 7.2. Sistemul de căptușeli al standardului german are cel mai lung timp critic, în timp ce cel al standardului japonez are cel mai scurt timp critic. Timpul critic al diclorometanului este mai scurt decât cel al Cd2+ deoarece coeficientul de difuzie al diclorometanului este mai mare decât cel al Cd2 [25]
TABEL 7.2 Timpurile critice ale sistemelor de etanșare / an. [25]
Curbele de concentrare față de adâncime. La anul 10, concentrația din vârful stratului de argilă este cea mai mare pentru sistemul de căptușeală japonez și este cea mai mică pentru sistemul de căptușeală german. Concentrația din partea superioară a stratului de argilă este foarte apropiată pentru sistemul de căptușeli din SUA și pentru sistemul de etanșare chinez. La anul 100, distribuția concentrației în vârful stratului de argilă este similară cu cea din anul 10. Gradientul concentrației la anul 100 este mai mic decât cel din anul 10, ceea ce indică faptul că concentrația de-a lungul adâncimii tinde să fie uniformă distribuit odată cu creșterea timpului. Diferența concentrațiilor în vârful stratului de argilă pentru Cd2+ este mai mare decât cea pentru diclorometan. Motivul poate fi că diferența coeficientului de difuzie în geomembrană și stratul de argilă pentru Cd2+ este mai mare decât cea pentru diclormetan. [25]
Performanța geomembranelor a fost recunoscută pe scară largă odată cu dezvoltarea tehnologiei materialelor geotextile. Geomembrana are durabilitate bună și proprietăți de alungire supuse tensiunii. Este un material economic în transport și construcții. Prin urmare, geomembrana este utilizată pe scară largă în sistemul de etanșare la depozitele de deșeuri. Grosimea geomembranei studiate include 1 mm, 1,5 mm, 2 mm și 2,5 mm. Curba de concentrație față de adâncime pentru diferite grosimi este prezentată în Figura 7.4. Concentrația contaminantului din vârful stratului de argilă este insensibilă la grosimea geomembranei. Influența grosimii geomembranei asupra comportamentului de infiltrare a sistemului de căptușire scade odată cu creșterea timpului. La anul 100, concentrațiile contaminantului sunt aproape egale pentru diferite grosimi ale geomembranei. [25]
10 ani b) 100 ani
Fig. 7.4 Compararea rezultatelor numerice cu diferite grosimi ale geomembranei. [25]
Curba de concentrație față de adâncime pentru diferite grosimi ale stratului de argilă este
prezentată în figura 7.5. Concentrația contaminantului din vârful stratului de argilă rămâne aceeași odată cu creșterea grosimii stratului de argilă. Este indicat că grosimea stratului de argilă are un efect redus asupra concentrației din vârful acestuia. Concentrația din partea de jos a stratului de argilă scade remarcabil odată cu creșterea grosimii acestuia. Concentrația din partea de jos a ale stratului de argilă față de curbele de timp este prezentată în figura 7.6. Timpurile critice cresc de aproape trei ori când grosimea stratului de argilă crește de la 0,5 m la 1,0 m, ceea ce indică faptul că creșterea grosimii acestuia este benefică pentru comportamentul de scurgere a sistemului de căptușeală.
10 ani b) 100 ani
Fig. 7.5 Compararea rezultatelor numerice cu diferite grosimi ale stratului de argilă. [25]
Fig. 7.6 Comparația timpului de concentrare cu diferite grosimi ale stratului de argilă. [25]
Concluziile sunt următoarele: [25]
Cerințele minime pentru sistemul de etanșare în conformitate cu specificațiile germane
sunt cele mai bune pentru un comportament performant antiscurgere al stratului, în timp ce, sistemul de etanșare în conformitate cu specificațiilor japoneze, are cele mai slabe performanțe antiscurgere dintre cele patru țări supuse studiului comparativ. Performanțele sistemelor de etanșare de bază proiectate în China și SUA sunt similare și se situează la mijlocul celor patru țări.
Grosimea geomembranei are efecte reduse asupra timpului critic, concentrației din vârful
stratului de argilă și concentrației din partea inferioară a acestuia. Principala modalitate de migrare a contaminantului în geomembrană este prin defecte.
c) Concentrația din vârful stratului de argilă crește odată cu mărirea capului hidraulic, numărul defectelor de geomembrană și conductivitatea hidraulică. Concentrația de jos devine mai mare odată cu creșterea capului hidraulic, numărul defectelor de geomembrană și conductivitatea hidraulică. Concentrația de jos scade odată cu creșterea grosimii stratului de argilă.
d) Timpul critic al sistemului de căptușeală scade odată cu creșterea capului hidraulic, numărul defectelor de geomembrană și conductivitatea hidraulică, în timp ce timpul critic crește odată cu creșterea grosimii stratului de argilă. Modalitățile de a controla comportamentul de scurgere a sistemului de căptușeală sunt reducerea capului hidraulic, numărul de defecte pe geomembrană și conductivitatea hidraulică, precum și creșterea grosimii stratului de argilă.
Capitolul VIII
Studiu de caz privind controlul și reducerea pierderilor de levigat prin etanșarea de bază
8.1. Depozitul de deșeuri de tip ”Biocell” Calgary, Canada
„Biocell” este o celulă de depozitare bioreactor funcțională situată în orașul Calgary, Canada. Abordarea Biocell este un avans suplimentar al depozitului cu tehnologie de tip bioreactor, care implică o operarea celului în trei etape. În prima etapă, celula funcționează ca bioreactor anaerob pentru producerea îmbunătățită de gaz. În a doua etapă, Biocelul funcționează în mod aerobic pentru a produce material asemănător compostului care poate fi procesat ca combustibil derivat din reziduuri. Ultima etapă implică exploatarea pentru recuperarea resurselor și a spațiului, făcând astfel operarea celulei durabilă. Odată recuperat, spațiul poate fi amenajat pentru utilizări ulterioare, inclusiv pentru implementarea altui Biocell. [8]
Biocell-ul Calgary acoperă o suprafață de 100 m x 100 m cu o amprentă de deșeuri de 85 m x 85 m și înălțimea maximă de 15 m. Baza Biocell -ului este de 50 m x 50 m, și se extinde la 10 m sub suprafața solului. Forma Biocell- ului este ca a unui trunchi piramidal. Există două straturi intermediare de acoperire cu o distanțare verticală de 5 m. Înălțimea celulei a fost selectată pentru a menține neîntreruptă bio-activitatea în interiorul celulei chiar și în timpul iernii. Pentru a realiza și menține acest lucru cu o amprentă la sol cât mai mică, baza celulară este cu aproximativ 5 m sub pantă. Datorită pantelor laterale ale Biocell-ului, baza este înclinată cu 2,23% spre bazinul de colectare a levigatului. [8]
Biocell-ul a fost apoi acoperit cu o membrană LLDPE (o polietilenă cu densitate mică) și au fost instalate sisteme de extracție a gazului și recirculare a levigatului. A devenit complet operațională în 2006. Deșeurile depozitate nu au fost compactate cu echipament de mișcare a pământului și nici nu au fost utilizate proceduri de acoperire zilnică. Prin urmare, deșeurile din Biocell au fost lăsate să fie compactate prin greutatea proprie a acestora. Cantitatea totală de deșeuri depozitate în celulă a fost de aproximativ 47.900 tone în trei rânduri de aproximativ 5 m fiecare. [8]
Biocell a fost echipat cu un sistem automat care permite controlul recirculării levigatului prin măsurarea nivelului de levigat în colector și in stratul de pe căptușeală. Un program extins de monitorizare a fost proiectat pentru a permite colectarea de date legate de redistribuirea levigatului în celulă, și reacțiile biochimice precum și pentru a determina caracteristicile generale de biodegradare a deșeurilor. Sistemul de monitorizare era format din senzori instalați în celulă și conectat la un sistem de achiziție de date. Acest sistem a fost capabil să obțină date în timp real care au fost procesate și înregistrate la fiecare oră. [8]
Sistemul permite descărcarea datelor pe un computer pentru gestionarea datelor și analiză. Parametrii monitorizați au fost: [8]
• temperatura; ca indicator indirect al activității biologice
• conținutul de umiditate; pentru a monitoriza eficacitatea sistemului de recirculare a levigatului
• comportament de decontare; pentru a determina tiparele de decontare dependente de timp
• șanțul hidraulic de levigat; deasupra stratului de jos al garniturii de etanșare, ca indicator al acumulării de levigat
• sarcini; la diferite niveluri în fiecare strat
• volumele de recirculare a levigatului
• compoziția gazelor de depozit și volumul extras
Sistemul de recirculare a levigatului a fost utilizat pentru a menține umiditatea ridicată în corpul depozitului prin recircularea levigatului și adăugare de umiditate suplimentară, după cum este necesar. Este format din tranșee orizontale instalate cu țevi perforate și patru puțuri verticale. Șanțurile orizontale sunt pe trei straturi: sub cele două straturi de acoperire intermediare și capacul final. Puțurile verticale se extind până la o adâncime de 3 m deasupra sistemului de colectare a levigatului. Rețeaua de conducte a sistemului de injecție de lichid este proiectat pentru a acoperi suprafața maximă și redistribuie umiditatea din corpul depozitului. [8]
În timpul fazei anaerobe, rata debitului de injecție lichidă a fost menținută aproximativ egală cu rata debitului în colectorul de levigat. Adăugarea de umiditate datorată infiltrării este redusă la minimum.
Membrana LLDPE din stratul de acoperire final interzice infiltrarea. Regimul de umiditate după închiderea celulelor era deci controlată exclusiv de sistemul de recirculare a levigatului.
Probele de deșeuri prelevate din Biocell la sfârșitul perioadei de umplere indică un conținut de umiditate de aproximativ 36% în greutatea în stare proaspătă. Levigatul colectat în bazin și levigatul injectat în celulă au fost echilibrate, ceea ce indică faptul că sistemul de recirculare a levigatului este eficient în menținerea adecvată conținutului de umiditate în celulă. [8]
Fig. 8.1 Schemă concept depozit de deșeuri de tip BIOCELL [3]
Fig. 8.2 Construcție BIOCELL[3] Fig. 8.3 BIOCELL după instalarea
căptușelii de bază[3]
Fig. 8.4 BIOCELL – monitorizare/senzori[3] Fig. 8.5 BIOCELL – sistem de colectare
levigat/gaz[3]
Fig. 8.6 Schemă BIOCELL [39]
Capitolul IX
Concluzii
Rolul sistemului de etanșare de bază al depozitelor de deșeuri este de a reduce și chiar elimina nivelul poluanților în terenul de fundare, respectiv în acvifer, în condițiile în care un sistem de etanșare perfect nu poate fi realizat. În practică, sistemele de etanșare sunt de tip multistrat, materialele utilizate fiind argila naturală, argila compactată, geocompozitele bentonitice și geomembranele.
Puse în balanță, materialele utilizate la etanșarea depozitelor de deșeuri posedă proprietăți
care le conferă avantaje și dezavantaje ale unora în raport cu celelalte. Nu se poate afirma că există un material care poate îndeplini funcția de etanșare la modul cel mai eficient în toate aplicațiile posibile. Prin natura lor, materialele geosintetice au proprietăți hidraulice, în general, mai bune decât cele naturale dar implicațiile economice sunt de multe ori în favoarea celor din urmă. Singurul material care se poate afirma cu certitudine că nu trebuie să lipsească din componența unui sistem de etanșare de bază sau de suprafață este geomembrana, dar și aceasta este produsa într-o multitudine de variante care trebuie analizate. Geomembranele, indiferent de materia primă folosită la realizarea lor, reprezintă la ora actuală cea mai eficace barieră hidraulică cu condiția unei dispuneri corespunzătoare în operă si, mai ales, a realizării unor îmbinări corecte. Mai mult decât orice alt material cu rol de etanșare, funcția de barieră hidraulică a geomembranelor este puternic influențată de punerea în operă, numeroase studii publicate în literatura de specialitate demonstrând acest lucru. [16]
Utilizarea geocompozitelor bentonitice ca o alternativă la stratul natural de argilă este actualmente pe deplin acceptată la nivel internațional. Prin compararea proprietăților fizice și mecanice ale celor două materiale sunt scoase în evidență avantajele și dezavantajele utilizării lor, fără a concluziona care dintre ele are o eficiență mai mare, alegerea sau stabilirea soluției facându-se pentru fiecare studiu de caz în parte, de cele mai multe ori printr-o balanță economică.
Depozitele pot fi considerate “reactoare” biologice care pot fi utilizate în epurarea levigatului. Depozitul poate fi un reactor ușor controlabil, care asigură o bună izolare a deșeurilor în celule specifice, permite colectarea și recircularea levigatului și monitorizează emisiile gazoase. Astfel de sisteme sunt capabile de o conversie biochimică accelerată a deșeurilor și de epurare eficientă a levigatului.
Majoritatea depozitelor sunt de obicei contruite astfel încât levigatul este colectat și evacuat.Viteza de stabilizare a deșeurilor este mică, în cele mai multe cazuri fiind vorba despre ani în care are loc atât etapa de acidogeneză, cât și etapa de metanogeneză. Descompunerea fracției biodegradabile va fi limitată și incompletă. Levigatul trebuie drenat, colectat și tratat înainte de evacuarea finală.
În cazul implementării măsurii de recirculare a levigatului, populația microbiană anaerobă se dezvoltă mai rapid. Timpul necesar stabilizării deșeurilor se reduce la 2-3 ani, față de 15-20 de ani cât este momentan în depozitele fără recircularea levigatului. Această stabilizare sau maturare accelerată este sustinută de expunerea uniformă a microorganismelor la constituienții din levigat,ceea ce asigură timpul necesar pentru contact, substrat și nutrienți pentru conversia și degradarea eficientă. Recircularea levigatului convertește depozitul într-un bioreactor dinamic care accelerează conversia materiei organice la produși intermediari și finali.[37]
Tratarea levigatului înainte de deversarea în receptorul natural reprezintă un imperativ absolut, nu doar din considerente de ordin legislativ ci, în primul rând, aceasta este o condiție necesară eco-sanogenezei. Epurarea levigatului trebuie să se facă în urma alegerii unei soluții optime, ținându-se seama de condițiile reale de la fața locului, respectiv de compoziția levigatului, condițiile climatice, suprafața disponibilă, etc. dar și de impactul tehnologiei asupra mediului. Realizarea unei eco-economii sustenabile „este o realizare monumentală” a omenirii, de aceea este important ca fiecare persoană, organizație, companie, etc. să contribuie cu toate capacitățile la realizarea acestui obiectiv comun. [36]
Utilizarea pe scară largă a geosinteticelor în depozitele de deșeuri și în alte aplicații geotehnice, continuă să aducă în atenția specialiștilor și cercetătorilor diverse probleme ridicate de ciclurile de umiditate, ciclurile de îngheț-dezgheț, cicluri termice, expunere pe termen lung la radiații solare, căptușirea pantelor cu materiale geosintetice. Toate aceste condiții de mediu pot influența semnificativ performanța hidraulică pe termen lung și durabilitatea materialului geosintetic/geocompozit. Deși studii primare asupra impactului acestor factori pot fi găsite în unele publicații, mecanismul prin care condițiile complicate influențează proprietățile fizice și chimice ale componentelor geosinteticelor trebuie să fie cercetate în continuare. [12 ]
Tehnologia tratării cu polimeri a demonstrat un potențial mare pentru viitoarele aplicații ale geosinteticelor. Capacitatea de expansiune a bentonitei în materialul geosintetic scade atunci când interacționează cu scurgeri mari cu concentrație mare de cationi. Adăugarea de polimeri superabsorbanți, care au rezistența mult mai mare la scurgeri agresive, poate compensa deficiența de bentonită și poate îmbunătăți considerabil performanța hidraulică. [12]
Testarea proprietăților hidraulice de deșeuri din laborator nu poate ține cont în mod eficient de eterogenitatea deșeurilor la scară largă. Testarea pe teren a proprietăților hidraulice de deșeuri poate folosi o dimensiune a eșantionului mult mai mare în comparație cu testarea de laborator și, prin urmare, poate oferi rezultate mai reprezentative ale unui volum mare de deșeuri. Cu toate acestea, dezavantajul testului pe teren este că nu se poate controla factorii de influență, făcând astfel analiza rezultatelor testelor pe teren dificil de analizat și comparativ cu studiul de laborator. [15]
BIBLIOGRAFIE:
1. Agbenyeku E.E., Muzenda E., Msibi M.I., Provisional Equations for Determining Leachate Leakage Rate through Composite Barriers from Compromised Geomembrane, International Conference on Sustainable Materials Peocessing and Manufacturing, SMPM 2017, Kruger National Park, 23-25 Ianuarie 2017
2. Daniel D.E. (1993a), „Landfills and impoundments”, Geotehnical practice for waste disposal, Edited by D.E. Daniel, London, Marea Britanie, Chapman & Hall.
3. Davies Don, Colbran Corey, Sustainable landfill biocell an innovative technology to biostabilize organic fraction of municipal solid waste, RemTech, 2010
4. Feng Shi-Jin, Cao Ben-Yi, Zhang Xu, Jiao Yang, Leachate recirculation in bioreactor landfills considering the stratification of MSW permeability, Article in Environmental Earth Sciences, April 2014
5. Giroud J. P., K. Badu-Tweneboah and K.L. Soderman, Comparison of leachate flow through compacted clay liners and geosynthetic clay liners in landfill liner systems
6. Giroud J. P. & R. Bonaparte, Leakage Through Liners Constructed with Geomembranes – Part I. Geomembrane Liners
7. Giroud J.P., Zornberg J.G., Beech J.F., Hydraulic design of geosynthetic and granular liquid collection layers comprising two different slopes, Geosynthetics Internațional, 2000, Vo. 7, no. 4-6, p. 453-489
8. Hunte C.A. , Hettiarachchi C.H. , Meegoda J.N. and Hettiaratchi J.P.A., The City of Calgary Biocell Landfill: Data Collection and Settlement Predictions using a Multiphase Model, GeoCongress 2012
9. Ionescu Cristina Sorana, Depozite de deșeuri – Elemente de proiectare a sistemelor de etanșare – drenaj, Editura HGA, București, 2000
10. Jascău DV, Boros MN, Sur IM, Pica EM, Ingineria Mediului și Antreprenoriatul Dezvoltării Durabile – Vol. 4, Nr. 1, 2015
11. Kea Han, Hua Jie, Xub Xiao Bing, Wuc Xiao Wen, Lia Yu Chao, Lana Ji Wu, Analytical solution of leachate flow to vertical wells in municipal solid waste landfills using a dual-porosity model, Engineering Geology, 2017
12. Kong De-Jun , Wu Huai-Na , Chai Jin-Chun and Arulrajah Arul, State-Of-The-Art Review of Geosynthetic Clay Liners, 2017
13. Kuang -Ling Hsiao, An Environmental Evaluation of Landfill Systems Case Study from Two Landfills in South Sweden, Master of Science in Environmental Science Lund, Sweden, November 2001
14. Kyriakos Kandris, Marina Pantazidou – Landfill Base Liners: Assessment of Material Equivalency and Impact to Groundwater
15. Novy Lukas, Role of waste hydraulic properties on landfill engineered systems, A Thesis submitted to the Faculty of Graduate Studies of The University of Manitoba in parlial fulfilment ofthe requirements ofthe degree of Master of science, 2007
16. Olinic E., Eficiența sistemelor de etanșare de bază ale depozitelor ecologice de deșeuri, Editura Conspress (U.T.C.B.), 2010
17. Petrescu V., Ghid privind depozitarea deșeurilor menajere, Casa de presă și editură Tribuna, Sibiu, 2011
18. Rowe R.K., Short- and long-term leakage through composite liners. The 7th Arthur Casagrande Lecture
19. Rowe R.K., Brachman R.W.I., Assessment_of_ equivalence _of_composite_liners, Geosynthetics International, No. 4, 2004
20. Rowe R.K., Hosney M.S., A systems engineering approach to minimizing leachate leakage from landfills, 9th International Conference on Geosynthetics, Brazil, 2010
21. Travers, Sharp-Hansen C. AND S.. Leachate generation and migration at subtitle d facilities: a summary and review of processes and mathematical models. U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C., EPA/600/R-93/125 (NTIS PB93217784), 1993
22. Voicu Gheorghe S., Ingineria depozitării ecologice a deșeurilor solide, Editura Politehnica Press, București, 2016
23. Waghdare Nilesh, M.S., Rainwater Ken, D. Ph., E.P., DEE, and Jackson Andrew, Ph.D., P.E., Numerical Simulation of Unsaturated Flow Near a Septic System Drainfield Volume I. Report and Appendixes A, B, and C, Texas Tech University Water Resources Center, December, 2003
24. Wong Jonathan W-C, Tyagi R. D., Pandey Ashok, Current Developments in Biotechnology and Bioengineering: Solid Waste Management, Elsevier, 2017
25. Yasar. E., Leakage performance of the GM + CCL liner system for the MSW landfill, the scientific world journal 2014(2):251465 · february 2014
26. Yasodian S.E., Dutta R.K., Nisha N.P. and Salila S., Quantification_of_ discharge _through_ the_composite_liner_due_to_geomembrane_defect, International Journal of Geotechnics and Environment (IJGE) 3(1) January-June 2011; pp. 17-34
27. *** – Landfill Manuals, Landfill site design, Environmental Protection Agency , Ireland, 2000
28. *** – „Normativul pentru utilizarea materialelor geosintetice la lucrările de construcții” (NP 075-02), publicat în Buletinul Construcțiilor nr. 13/2002
29. *** – Ordinul nr. 757 din 26 noiembrie 2004 pentru aprobarea Normativului tehnic privind depozitarea deșeurilor, 2004
30. ⁎⁎⁎ – Subpart D Design criteria, US EPA Archive Document
31. ⁎⁎⁎ – www.firestonebpe.com – Geomembrane General Technical Guide for Water Reservoirs
32. *** – https://iridexplastic.ro/produse/materiale-geosintetice/geocompozit-bentonitic
33. *** – https://sswm.info/water-nutrient-cycle/wastewater-treatment/hardwares/solidHYPERLINK "https://sswm.info/water-nutrient-cycle/wastewater-treatment/hardwares/solid-waste/landfills" HYPERLINK "https://sswm.info/water-nutrient-cycle/wastewater-treatment/hardwares/solid-waste/landfills"wasteHYPERLINK "https://sswm.info/water-nutrient-cycle/wastewater-treatment/hardwares/solid-waste/landfills" /HYPERLINK "https://sswm.info/water-nutrient-cycle/wastewater-treatment/hardwares/solid-waste/landfills"landfills
34. *** – https://www.academia.edu/30073759/GEOSINTETICE_Geomembrane_CURS _ANUL _II_MASTER_INGINERIE_GEOTEHNICA
Sheela Evangelene Yasodian*, Rakesh Kumar Dutta**
N. P. Nisha*** and S. Salila
35. *** – http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/BARIERE-MINERALOGICE-UTILIZATE177.php
36. *** – https://www.scribd.com/doc/124888667/Levigatul-formare-si-tratare
37 .*** – https://www.scribd.com/document/341659731/Sistemul-de-Colectare-Si-Stocare-a-Levigatului
38. *** – http://www.scrigroup.com/geografie/ecologie-mediu/DEPOZITAREA-ECOLOGICA-A-DESEUR92735.php
39. ⁎⁎⁎ – www.ucalgary.ca/mbf/calgary-biocell
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Introducere. Depozitarea ecologică și legislația privind depozitarea deșeurilor nepericuloase [309627] (ID: 309627)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.