Особенности численного моделирования распространения фильтрата в толще грунтового основания полигона твердых коммунальных отходов
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2025.18.1.7Ключевые слова:
полигон твердых коммунальных отходов (ТКО), фильтрационные процессы, неустойчивость Рэлея–Тейлора, численное моделированиеАннотация
Представлены результаты численного исследования динамики фильтрационных вод в толще основания полигона твердых коммунальных отходов (ТКО). Полигон, будучи сложным инженерным объектом, не только принимает и складирует отходы, но и осуществляет организацию хранения и утилизации, контролирует эффективность содержания и экологическую безопасность. В процессе эксплуатации полигона в ТКО образуются загрязненные стоки – фильтрат, негативное воздействие которого на окружающую среду может сказаться при его проникновении в грунтовые воды и в последующем – в поверхностные водные объекты. При строительстве полигона предусматривается укладка выполняющей барьерную функцию подложки, так называемого противофильтрационного экрана, на котором скапливается фильтрат. При проведении численного моделирования фильтрующей способности экрана слой фильтрата во внимание не принимается. В рамках настоящей работы численно исследовано влияние техногенного слоя на режимы диффузионного и конвективного распространения фильтрационных вод, смешанных с грунтом и пропитанных свалочным фильтратом ТКО, в основание полигона. Для изучения особенностей фильтрации загрязняющих веществ и определения миграционных параметров использованы архивные данные комплекса полевых и лабораторных исследований в районе расположения действующего полигона. Построена численная модель, с позиций гидродинамики описывающая миграцию веществ в почвогрунтовой толще. Процесс движения загрязняющих веществ представляется в терминах сухого остатка, растворенного в воде. В математической постановке задачи учитываются факторы, которые обуславливают миграцию ингредиентов ТКО, а именно конвективный перенос, диффузия, геологическое сложение основания полигона. Показано, что при наличии скачка концентрации в техногенном слое возникает неустойчивость, которая приводит к ускорению течения фильтрата более чем в два раза.
Скачивания
Библиографические ссылки
Singh A. Solid waste management through the applications of mathematical models // Resources, Conservation and Recycling. 2019a. Vol. 151. 104503. DOI: 10.1016/j.resconrec.2019.104503
Batool S.A., Ch M.N. Municipal solid waste management in Lahore City District, Pakistan // Waste Management. 2009a. Vol. 29, no. 6. P. 1971–1981. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.12.016
Gallardo A., Carlos M., Peris M., Colomer F.J. Methodology to design a municipal solid waste pre-collection system. A case study // Waste Management. 2015a. Vol. 36. P. 1–11. DOI: 10.1016/j.wasman.2014.11.008
Jaligot R., Chenal J. Decoupling municipal solid waste generation and economic growth in the canton of Vaud, Switzerland // Resources, Conservation and Recycling. 2018a. Vol. 130. P. 260–266. DOI: 10.1016/j.resconrec.2017.12.014
Meng X., Wen Z., Qian Y. Multi-agent based simulation for household solid waste recycling behavior // Resources, Conservation and Recycling. 2018a. Vol. 128. P. 535–545. DOI: 10.1016/j.resconrec.2016.09.033
Kale S.S., Kadam A.K., Kumar S., Pawar N.J. Evaluating pollution potential of leachate from landfill site, from the Pune metropolitan city and its impact on shallow basaltic aquifers // Environmental Monitoring and Assessment. 2010a. Vol. 162. P. 327–346. DOI: 10.1007/s10661-009-0799-7
Mohammad A., Singh D.N., Podlasek A., Osinski P., Koda E. Leachate characteristics: Potential indicators for monitoring various phases of municipal solid waste decomposition in a bioreactor landfill // Journal of Environmental Management. 2022a. Vol. 309. 114683. DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.114683
Mor S., Ravindra K., Dahiya R.P., Chandra A. Leachate Characterization and Assessment of Groundwater Pollution Near Municipal Solid Waste Landfill Site // Environmental Monitoring and Assessment. 2006a. Vol. 118. P. 435–456. DOI: 10.1007/s10661-006-1505-7
Mishra H., Karmakar S., Kumar R., Kadambala P. A long-term comparative assessment of human health risk to leachate-contaminated groundwater from heavy metal with different liner systems // Environmental Science and Pollution Research. 2018a. Vol. 25. P. 2911–2923. DOI: 10.1007/s11356-017-0717-4
Abiriga D., Vestgarden L.S., Klempe H. Groundwater contamination from a municipal landfill: Effect of age, landfill closure, and season on groundwater chemistry // Science of The Total Environment. 2020a. Vol. 737. 140307. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140307
Parvin F., Tareq S.M. Impact of landfill leachate contamination on surface and groundwater of Bangladesh: a systematic review and possible public health risks assessment // Applied Water Science. 2021a. Vol. 11, no. 6. 100. DOI: 10.1007/s13201-021-01431-3
Du Y.J., Hayashi S., Liu S.Y. Experimental study of migration of potassium ion through a two-layer soil system // Environmental Geology. 2005a. Vol. 48. P. 1096–1106. DOI: 10.1007/s00254-005-0050-y
Zhan T.L., Guan C., Xie H.J., Chen Y.M. Vertical migration of leachate pollutants in clayey soils beneath an uncontrolled landfill at Huainan, China: A field and theoretical investigation // Science of The Total Environment. 2014a. Vol. 470/471. P. 290–298. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2013.09.081
Richards R.G., Mullins B.J. Using microalgae for combined lipid production and heavy metal removal from leachate // Ecological Modelling. 2013a. Vol. 249. P. 59–67. DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2012.07.004
Torretta V., Ferronato N., Katsoyiannis I., Tolkou A., Airoldi M. Novel and Conventional Technologies for Landfill Leachates Treatment: A Review // Sustainability. 2016a. Vol. 9, no. 1. 9. DOI: 10.3390/su9010009
Papadopoulou M.P., Karatzas G.P., Bougioukou G.G. Numerical modelling of the environmental impact of landfill leachate leakage on groundwater quality – a field application // Environmental Modeling & Assessment. 2007a. Vol. 12. P. 43–54. DOI: 10.1007/s10666-006-9050-x
Wu L., Zhan L., Lan J., Chen Y., Zhang S., Li J., Liao G. Leachate migration investigation at an unlined landfill located in granite region using borehole groundwater TDS profiles // Engineering Geology. 2021a. Vol. 292. 106259. DOI: 10.1016/j.enggeo.2021.106259
Slack R.J., Gronow J.R., Hall D.H., Voulvoulis N. Household hazardous waste disposal to landfill: Using LandSim to model leachate migration // Environmental Pollution. 2007a. Vol. 146, no. 2. P. 501–509. DOI: 10.1016/j.envpol.2006.07.011
Divya A., Shrihari S., Ramesh H. Predictive simulation of leachate transport in a coastal lateritic aquifer when remediated with reactive barrier of nano iron // Groundwater for Sustainable Development. 2020a. Vol. 11. 100382. DOI: 10.1016/j.gsd.2020.100382
Любимова Т.П., Лепихин А.П., Паршакова Я.Н., Циберкин К.Б. Численное моделирование инфильтрации жидких отходов из хранилища в прилегающие грунтовые воды и поверхностные водоёмы // Вычислительная механика сплошных сред. 2015. Т. 8, № 3. C. 310–318. DOI: 10.7242/1999-6691/2015.8.3.26
Yang N., Damgaard A., Kjeldsen P., Shao L.-M., He P.-J. Quantification of regional leachate variance from municipal solid waste landfills in China // Waste Management. 2015a. Vol. 46. P. 362–372. DOI: 10.1016/j.wasman.2015.09.016
He H.J., Hu J. Leachate drainage volume of municipal solid waste landfills: field testing and hydro-mechanical modeling // Environmental Science and Pollution Research. 2022a. Vol. 29, no. 43. P. 64680–64691. DOI: 10.1007/s11356-022-20413-9
Huppert H.E., Neufeld J.A. The Fluid Mechanics of Carbon Dioxide Sequestration // Annual Review of Fluid Mechanics. 2014a. Vol. 46. P. 255–272. DOI: 10.1146/annurev-fluid-011212-140627
Emami-Meybodi H., Hassanzadeh H., Green C.P., Ennis-King J. Convective dissolution of CO2 in saline aquifers: Progress in modeling and experiments // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2015a. Vol. 40. P. 238–266. DOI: 10.1016/j.ijggc.2015.04.003
Bestehorn M., Firoozabadi A. Effect of fluctuations on the onset of density-driven convection in porous media // Physics of Fluids. 2012a. Vol. 24, no. 11. 114102. DOI: 10.1063/1.4767467
Riaz A., Hesse M., Tchelepi H.A., Orr F.M. Onset of convection in a gravitationally unstable diffusive boundary layer in porous media // Journal of Fluid Mechanics. 2006a. Vol. 548. P. 87–111. DOI: 10.1017/S0022112005007494
Паршакова Я.Н., Висков М.В., Катаев Р.И., Картавых Н.Н. Численное моделирование миграции фильтрационных вод от объектов размещения твердых коммунальных отходов через грунтовые защитные сооружения // Вычислительная механика сплошных сред. 2024. Т. 17, № 2. C. 151–159. DOI: 10.7242/1999-6691/2024.17.2.14
Rapaka S., Chen S., Pawar R.J., Stauffer P.H., Zhang D. Non-modal growth of perturbations in density-driven convection in porous media // Journal of Fluid Mechanics. 2008a. Vol. 609. P. 285–303. DOI: 10.1017/S0022112008002607
Slim A.C., Bandi M.M., Miller J.C., Mahadevan L. Dissolution-driven convection in a Hele–Shaw cell // Physics of Fluids. 2013a. Vol. 25. 024101. DOI: 10.1063/1.4790511
Wooding R.A., Tyler S.W., White I. Convection in groundwater below an evaporating Salt Lake: 1. Onset of instability // Water Resources Research. 1997a. Vol. 33, no. 6. P. 1199–1217. DOI: 10.1029/96WR03533
Zubova N., Ivantsov A. Modeling of Leachate Propagation in a Municipal Solid Waste Landfill Foundation // Fluid Dynamics & Materials Processing. 2024a. Vol. 20, no. 6. P. 1407–1424. DOI: 10.32604/fdmp.2024.051130
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
