Parameter estimation for modelling clogging of granular medium permeated with leachate

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Abstract

A numerical model called BioClog is used to backcalculate biological activity rate constants using measured values of water quality and clog chemical characteristics from well-controlled laboratory column experiments that contained a granular-sized material permeated with synthetic and real leachates. BioClog is a multispecies, reactive chemical transport model capable of predicting clogging of a porous media caused by the accumulation of biofilms, chemical precipitates, and entrained particles. Monod kinetic constants for acetate- and butyrate-degrading bacteria were obtained through inverse modelling of granular-sized material permeated with synthetic leachate. The model predicted the changes in concentrations of volatile fatty acids and dissolved calcium and it predicted the changes in clog composition from a juvenile clog containing biofilm to a mature clog containing biofilm with mineral matter. The kinetic constants were then applied to predict spatial and temporal water quality and clog composition for a granular-sized material permeated with real leachate. The kinetic constants deduced through inverse modelling of the synthetic leachate column experiments provided reasonable predictions of the behaviour of the columns permeated with real leachate.

On utilise un modèle numérique appelé BioClog pour calculer à rebours les constantes de vitesse de l'activité biologique au moyen de valeurs mesurées de la qualité de l'eau et des caractéristiques du blocage chimique dans des expériences bien contrôlées de colonnes en laboratoire qui contiennent un matériau de dimension granulaire infiltré par des lixiviants réels et synthétiques. Le BioClog est un modèle de transport chimique réactif multiespèce pouvant prédire le colmatage d'un milieu poreux dû à l'accumulation de biofilms, de précipités chimiques, et de particules entraînées. Les constantes cinétiques monodes pour les bactéries dégradables à l'acétate et au butyrate ont été obtenues au moyen d'une modélisation inversée de matériau de dimension granulaire infiltré par un lixiviant synthétique. Le modèle a prédit les changements de concentrations des acides gras volatiles et du calcium dissout, de même que les changements dans la composition du blocage partant d'un blocage juvénile contenant du biofilm, à un blocage mature contenant du biofilm avec de la matière minérale. Les constantes cinétiques ont alors été utilisées pour prédire la qualité de l'eau dans l'espace et dans le temps, et la composition du blocage pour un matériau de grosseur granulaire infiltré par un lixiviant réel. Les constantes cinétiques déduites par la modélisation inversée des expériences de colonnes de lixiviant synthétique ont fourni des prédictions raisonnables du comportement des colonnes infiltrées par un lixiviant réel.

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