2D modelling of clogging in landfill leachate collection systems

摘要

On décrit un modèle à deux dimensions pour prédire le colmatage de systèmes de collecte du lixiviat d'un enfouissement sanitaire et la position subséquente du lixiviat en surface (formation de monticules). On a combiné un écoulement de fluide transitoire en éléments finis avec un modèle réactif de transport de multiples espèces en éléments finis. Le modèle de transport prend en considération la croissance biologique et la biodégradation, la précipitation, et l'attachement et le détachement des particules. Il utilise une relation géométrique pour établir la porosité en partant de l'épaisseur calculée de la matière colmatée accumulée, et une relation entre la porosité et la conductivité hydraulique des éléments du système. Le modèle représente le cheminement de l'écoulement à l'intérieur de la couche de drainage dans le profil. On utilise une méthode d'itération pour résoudre pour les nouvelles charges hydrauliques, surface et positions nodales internes, et les propriétés de colmatage redistribuées (quantité de colmatage, porosité, conductivité hydraulique) pour chaque élément, et chaque étape dans le temps. La porosité (et conséquemment la conductivité hydraulique) des média peut en conséquence changer dans l'espace et dans le temps. Le grillage est régénéré automatiquement à chaque étape dans le temps (incluant l'addition la ou la soustraction de noeuds) prenant en compte les rapports d'éléments d'aspect admissibles, les interfaces entre différentes couches hydrostratigraphiques, et le point statique des sources et des ouvertures. On inclut une solution intégrée alternée pour chacun des monticules très minces. On démontre l'application du modèle au moyen d'un cas hypothétique sur le terrain.%A 2D model for predicting clogging of a landfill leachate collection system and subsequent leachate surface position (mounding) is described. A transient finite element fluid flow model is combined with a reactive, multiple-species finite element transport model. The transport model considers biological growth and biodegradation, precipitation, and particle attachment and detachment. It uses a geometrical relationship to establish porosity from the computed thickness of the accumulated clog matter and a relationship between the porosity and hydraulic conductivity of elements in the system. The model represents the flow path within the drainage layer in profile. An iterative method is used to solve for the new hydraulic heads, surface and internal nodal positions, and redistributed clog properties (clog quantity, porosity, hydraulic conductivity) for each element and for each time step. The porosity (and consequently hydraulic conductivity) of the media can therefore change spatially and temporally. The mesh is regenerated automatically each time step (including the addition or subtraction of nodes) taking into account allowable element aspect ratios, the interfaces between differing hydrostratigraphic layers, and static point sources and openings. An integrated alternate solution for very thin mounds is included. The application of the model is demonstrated using a hypothetical field case.