Περιβαλλοντική Γεωτεχνική Θεματική Ενότητα 8 Τεχνολογίες αποκατάστασης υπεδάφους

Transcript

1 Περιβαλλοντική Γεωτεχνική Θεματική Ενότητα 8 Τεχνολογίες αποκατάστασης υπεδάφους Λυμένες ασκήσεις Απαιτούμενος χρόνος και όγκος άντλησης Μ. Πανταζίδου, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια ΕΜΠ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειες χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στο πλαίσιο του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα ΕΜΠ» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

3 ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΧΩΡΩΝ ΣΧΟΛΙΑ ΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΟΠΟΙΕΣ ΔΙΝΟΝΤΑΙ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Σχόλια για 2. άντληση με επεξεργασία - Δοκιμασμένη τεχνολογία - Κατ αρχήν κατάλληλη για κάθε είδος ρύπου (μεγάλο εύρος μεθόδων επεξεργασίας βιομηχανικών αποβλήτων) - Προβληματική η απομάκρυνση του ρύπου μέσω άντλησης για ανομοιογενή εδάφη - Πετυχαίνει μείωση της συνολικής μάζας του ρύπου αλλά είναι δύσκολη η επίτευξη επιτρεπτών ορίων - Πρέπει να ληφθεί υπόψη ο συνολικός όγκος του νερού που μπορεί να απομακρυνθεί από τον υδροφορέα - Απαιτούμενος χρόνος: λίγες δεκαετίες ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΧΩΡΩΝ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Εκτίμηση χρόνου απαιτούμενου για απορρύπανση με τη μέθοδο της άντλησης και επεξεργασίας Το Σχήμα 1 δείχνει ένα υδροφορέα πάχους 10m ρυπασμένο σε μια έκταση 200m επί 20m με μέση συγκέντρωση Co = 1000 μg/l. Θεωρήστε μια απλουστευμένη περίπτωση που η ρυπασμένη περιοχή περιβάλλεται από καθαρό νερό, και ένα εκτεταμένο σύστημα φρεάτων άντλησης (η συμπεριφορά του οποίου μπορεί να προσεγγιστεί με μια συνεχή τάφρο άντλησης) και επεξεργασίας, που δημιουργεί μονοδιάστατη ροή με φαινόμενη (όπως υπολογίζεται δηλαδή από το νόμο του Darcy) ταχύτητα ίση με v = 0,70 m/ημέρα. Με αυτά τα δεδομένα υπολογίστε: (α) το χρόνο που θα χρειαστεί για να μειωθεί η συγκέντρωση σε C = 2 μg/l. (β) Πόσος όγκος νερού θα έχει αντληθεί μέχρι τότε; Εκφράστε αυτόν τον όγκο σαν πολλαπλάσιο του συνολικού όγκου των κενών (άρα και του όγκου νερού των πόρων) του υδροφορέα. Χρησιμοποιήστε τις πιο κάτω παραμέτρους: πορώδες n = 0,35, πυκνότητα (ξηρού) εδάφους ρd = 1,6 g/cm 3, συντελεστής διαχωρισμού Κp = 10 l/kg και συντελεστής διαμήκους μηχανικής διασποράς αl = 1m (αγνοήστε τη διάχυση). φρέατα άντλησης Q 20m 10m ΚΑΤΟΨΗ 100m C=0 ΤΟΜΗ 100m Σχήμα 1: Ρυπασμένος υδροφορέας και φρέατα άντλησης.

4 ΛΥΣΗ: Θα χρησιμοποιήσουμε την αρχή της επαλληλίας (βλέπε και 7-2-2SP) και τη γνωστή εξίσωση μεταγωγής-διάχυσης/διασποράς (βλέπε και 7-2P). Το κόλπο είναι να περιγράψουμε την κίνηση του καθαρού νερού σαν μια πηγή αρνητικής συγκέντρωσης. C +Co +Co Λύση I t Λύση I x -Co Λύση II Λύση II -Co Διάγραμμα συγκέντρωσης στην πηγή, για κάθε t Διάγραμμα συγκέντρωσης στον υδροφορέα, για σταθερό t Αρχή της επαλληλίας Στην πηγή, στο όριο δηλαδή της ρυπασμένης-καθαρής περιοχής: C = CoI + CoII = 0, όπου CoI = μg/lt, CoII = μg/l Στον υδροφορέα: C = CI + CIΙ, όπου CI = CoI = μg/lt και CIΙ = (CoII/2) erfc Υπολογισμός παραμέτρων: Συντελεστής υστέρησης, R = 1 + (ρd Kp )/n = 1 + (1,6 g/cm 3 x 10 cm 3 /g)/0,35 = 46,7 Μέση γραμμική ταχύτητα, v= v/n = 0,70 m/ημέρα / 0,35 = 2 m/ημέρα Συντελεστής διασποράς, D= αl v = 1m x 2 m /ημέρα = 2 m 2 /ημέρα v * = v /R = 2 m/ημέρα / 46,7 = 0,04 m/ημέρα D* = D/R = 2 m 2 /ημέρα / 46,7 = 0,04 m 2 /ημέρα vx Έχω ελέγξει πως 100 κι έτσι κρατώ μόνο τον πρώτο όρο της εξίσωσης D 2 (α) C = CI + CIΙ CIΙ = -998 μg/lt CIΙ / (CoII ) = 0,998 = (1/2) x erfc Αν α = erfc α = 1,996 α - 2,05 Σημ: Επειδή erfc 1 α αρνητικό, erfc(-α) = 2 erfc(α), erfc(-α) = 2 1,996=0,004 -α 2,05 α -2,05

5 100 0,04t - 2,05 = 2 0,04t t ημέρες 10 έτη (β) όγκος αντλούμενου νερού Vαντλ= Q t = 2 v A t = 2 x 0,70 m/ημέρα x (20m x 10m) x 3750 ημέρες = m 3 Σημ: στον υπολογισμό του Vαντλ πολλαπλασιάζω με 2 για να λάβω υπόψη μου τα δύο τμήματα του υδροφορέα, αριστερά και δεξιά από τα φρέατα άντλησης. Είναι επίσης πολύ σημαντικό να προσέξω πως ενώ στον υπολογισμό της ποσότητας νερού που κινείται στο υπέδαφος χρησιμοποιώ την ταχύτητα Darcy (ταχύτητα ανηγμένη στην συνολική επιφάνεια μιας διατομής), στον υπολογισμό της μεταφοράς του ρύπου λόγω μεταγωγής χρησιμοποιώ τη μέση γραμμική ταχύτητα (ταχύτητα ανηγμένη στην επιφάνεια των εδαφικών κενών μιας διατομής). Όγκος νερού πόρων Vw = V n = 200m x 20m x 10m x 0,35 = m 3 Χρειάζεται να αντλήσουμε όγκο ίσο με 75 φορές το περιεχόμενο του υδροφορέα για να μειωθεί η συγκέντρωση από μg/l σε 2 μg/l. Αυτό το μεγάλο πολλαπλάσιο είναι μη ρεαλιστικό!