A study on mechanisms controlling the hydraulic conductivity of zeolite-bentonite and sand-bentonite mixtures

Abstract

Katı atık deponi alanlarının altındaki geçirimsiz tabakalar evsel atık ve tehlikeli maddelerin hapsedilmesinde kullanılmaktadırlar. Bu tabakalar genellikle sıkıştırılmış killi zeminler ve sentetik membranlardan oluşur. Hidrolik iletkenlik değeri atıkların altında yer alan bu tabakalar için öncelikli kriteri oluşturur. Kum bentonit karışımlarına (KBK) göreceli olarak az miktarda bentonit eklenmesi ile KBK'lar istenilen düzeyde hidrolik iletkenlik değerlerine kavuşmuşlardır. Benzer şekilde zeolit bentonit karışımları da (ZBK) geçirimsiz tabaka kullanımı için önerilmiştir. Bazı araştırmacılar, ZBK'ların hidrolik iletkenlik değerlerini araştırmışlardır. Sonuç olarak da yüksek bentonit içeriklerinde dahi ZBK'ların hidrolik iletkenlik değerleri KBK'larınkilerden daha yüksek olarak bulunmuştur. Bu çalışma ZBK?larının hidrolik iletkenlik değerlerini derinlemesine incelemiş ve ZBK'ların hidrolik iletkenlik değerlerinin KBK?larınkilerden daha yüksek olmasının olası sebeplerini irdelemiştir. KBK ve ZBK'lara ait bulgular karşılaştırılmış ve tartışılmıştır. KBK ve ZBK'ların hidrolik iletkenliğini kontrol eden mekanizmalar üzerine bir laboratuvar çalışması gerçekleştirilmiştir. Kompaksiyon ve hidrolik iletkenlik karakteristikleri tanımlanmıştır. Kompaksiyon su içeriğinin KBK ve ZBK'ların hidrolik iletkenliğine olan etkisi çalışılmıştır. Bununla beraber, karışımlardaki bileşenlerin su içerikleri, bentonit boşluk oranı ve betnonit doygunluk derecesi araştırılmıştır. Son olarak zeolitin gözenekli yapısının karışımın hidrolik iletkenliğine olan etkisini araştırmak üzere bir sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Tüm bulgular sunulmuş ve analiz edilmiş ve gelecek çalışmalar için tavsiyelerde bulunulmuştur. Engineered landfill liners are used for the containment of the municipal wastes and hazardous materials. They are usually composed of compacted clayey soils and synthetic membranes. Hydraulic conductivity is the major specification for liners beneath the waste. The addition of relatively small amounts of bentonite permitted sand bentonite mixtures (SBMs) to have a required hydraulic conductivity. Similarly, zeolite bentonite mixtures were also proposed for use of a liner. Several researchers investigated zeolite bentonite mixtures (ZBMs) in terms of preliminary analysis of hydraulic conductivity. It is concluded that ZBMs had higher hydraulic conductivities when compared to SBMs even for relatively higher bentonite contents. This dissertation deeply investigated the hydraulic conductivity behavior of ZBMs and possible reasons causing ZBMs to have higher hydraulic conductivities than SBMs. The findings of SBMs and ZBMs were compared and discussed. A laboratory investigation on the mechanisms controlling the hydraulic conductivity of SBMs and ZBMs has been undertaken. Compaction and hydraulic conductivity characteristics were established. The influence of compaction water content on the hydraulic conductivity of SBMs and ZBMs was comprehensively studied. In addition, water content distribution of components, void ratio of bentonite and degree of saturation to bentonite in a binary mixture were investigated. Finally, a finite element analysis was conducted in order to clarify the influence of porous grains, simulating zeolite, on the hydraulic conductivity of a binary mixture. The results are presented and analyzed and recommendations for future studies are made.