Расчет необходимой толщины фильтрационного/миграционного барьера для изоляции токсичных отходов от окружающей среды
Данный пример демонстрирует функционал модуля A-CONC. Подробнее ознакомиться со всеми возможностями модуля можно на основной странице.
При строительстве и рекультивации полигонов промышленных отходов актуальной является задача обоснования толщины защитного барьера. В процессе работы проектировщиками должна быть обоснована такая толщина барьера, которая будет способна сдерживать выход загрязнения с территории полигона в окружающую среду на протяжении всего установленного срока.
На рисунке 1 приведен типовой пример инженерного решения, которое предполагает возведение замкнутой ПФЗ (противофильтрационной завесы) по контуру полигона для изоляции отходов, а также создание горизонтального экрана, который будет предотвращать попадание атмосферных осадков в тело полигона.
Как правило, при обосновании защитных свойств барьера должны учитываться следующие процессы (параметры):
– конвективный перенос (коэффициент фильтрации, градиент потока, дисперсивность);
– диффузионный перенос (эффективный коэффициент молекулярной диффузии, активная пористость);
– физико-химические преобразования вещества (коэффициент сорбционного распределения, плотность сухого грунта, константа распада);
– продолжительность изоляции отходов (гарантированный срок).
В том случае, когда необходимо обеспечить безопасность объекта на срок более 100 лет, принято использовать природные глинистые материалы для барьеров безопасности. В первую очередь это связано с тем, что природные материалы в гораздо меньшей степени подвержены изменению своих барьерных свойств во времени, нежели искусственные материалы.
Рассмотрим ниже пример обоснования толщины инженерного барьера для полигона токсичных отходов. В своих расчетах будем использовать программу АНСДИМАТ (меню: Масосперенос – Миграция в 1D моделях). Отметим, что расчеты основываются на точных аналитических решениях, поэтому их результаты не зависят от дискретности сеточной разбивки, решателя или других численных критериев.
В качестве материала барьера была выбрана бентонитовая глина. Гарантированный срок службы барьера был установлен равным не менее 1 000 лет.
Для обоснования параметров барьера были проведены лабораторные испытания. Их результаты сведены в таблицу 1.
Задача решалась в одномерной постановке. На левой границе модели задавался постоянный источник, который ассоциировался с токсичными отходами. На правой границе задавалось условие 2 рода по концентрации (dC/dX=0), что отвечало внешней границе барьера. Схематизация и базовое аналитическое решение приведены на рисунке 2.
На рисунке 3 приведен интерфейс геомиграционного модуля программы АНСДИМАТ. После задания всех необходимых параметров программа позволяет выводить графики проникновения фронта загрязнения в барьере на различные моменты времени. Также программа позволяет построить графики роста концентрации на любом расстоянии от источника загрязнения.
На рисунке 4 приведены результаты расчета проникновения фронта загрязнения токсичных отходов в тело инженерного барьера на различные моменты времени. Хорошо видно, что для полного сдерживания загрязнения в течение 1 000 лет толщина глинистого барьера должна составлять не менее 5 м.
Также отметим, что программа АНСДИМАТ формирует автоматический отчет по результатам расчетов. В отчете представлены все исходные данные и параметры, аналитическое уравнение по которому проводился расчет, результаты расчета в табличном и графическом виде, а также список использованной литературы. Пример автоматического отчета доступен по ссылке…
Настоящий пример подготовлен с помощью модуля геомиграционных прогнозов (модуль A-Conc). Подробнее узнать о модуле геомиграционных расчетов вы можете на следующей странице.