Modelling species fate and porous media effects for landfill leachate flow

摘要

A numerical, multiple-species, reactive transport model, coupled to models of kinetic biodegradation, precipitation, and particle attachment and detachment for predicting landfill leachate-induced clogging in porous media for one-dimensional flow systems, is described. The finite-element method is used for transport modelling, with reactions incorporated into point-source or sink terms. The species modelled include three volatile fatty acids, active and inert suspended biomass, dissolved calcium, and inorganic particles. The clog matter consists of active biofilm, inert biofilm, and inorganic solids. A biofilm model is used to simulate the growth and decay of active biomass and removal of substrate. Precipitate accumulation and calcium removal are simulated by a model of calcium carbonate precipitation. Interphase movement between clog matter and fluid includes the processes of attachment and detachment. A geometric representation of the porous media allows porosity and specific surface to be estimated from the thickness of the accumulated clog matter. The porosity of the media can thus change spatially and temporally. The behaviour of the model is demonstrated with a hypothetical example.Key words: clogging, landfills, leachate collection systems, modelling, biofilms, mineral precipitation.On décrit un modèle numérique de transport réactif, à multiples espèces, couplé aux modèles de biodégradation cinétique, de précipitation, et d'attachement et de détachement des particules, pour prédire le colmatage induit par le lixiviant d'enfouissements sanitaires dans des milieux poreux pour des systèmes d'écoulement unidimensionnel. On a réalisé la modélisation du transport au moyen de la méthode d'éléments finis, avec des réactions incorporées en termes de charges ponctuelles positives et négatives. Les espèces modélisées incluent trois acides gras volatiles, des biomasses active et inerte en suspension, du calcium dissout, et des particules inorganiques. La matière de colmatage consiste en un biofilm actif, un biofilm inerte, et des solides inorganiques. Un modèle de biofilm est utilisé pour simuler la croissance et la décomposition de la biomasse active et l'enlèvement du substratum. On simule l'accumulation de précipités et l'enlèvement de calcium au moyen d'un modèle de précipitation de carbonate de calcium. Le mouvement d'interphase entre la matière de colmatage et le fluide inclut les processus d'attachement et de détachement. Une représentation géométrique des milieux poreux permet d'estimer la porosité et la surface spécifique en partant de l'épaisseur de la matière de colmatage accumulée. La porosité des milieux peuvent alors changer dans l'espace et le temps. On démontre le comportement du modèle au moyen d'un exemple hypothétique.Mots clés : colmatage, remblais, systèmes de collecte de lixiviant, modélisation, biofilm, précipitation minérale.[Traduit par la Rédaction]