-148074190517

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال ششم، شماره چهارم، تابستان 1396
تأثیر آرایش خاک ماسهای لایهای بر ضریب انتشار آلایندهی غیرواکنشگر1
روژین نگهدار1 و بهروز مهدینژادیانی2*

1( دانشجوی کارشناسی ارشد؛ گروه علوم و مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزی؛ دانشگاه کردستان؛ سنندج؛ ايران
2*( استاديار؛ گروه علوم و مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزی ؛ دانشگاه کردستان؛ سنندج؛ ايران *نويسنده مسئول مکاتبات: b.mehdinejad@uok.ac.ir
16822493391

تاريخ دريافت: 01/09/1395 تاريخ پذيرش: 21/11/1395

چکیده
در این تحقیق، فرایند انتقال آلایندهی غیرواکنشگر از میان خاکهای ماسهای لایهای و رفتار ضریب انتشار در آرایشهای مختلف این خاکها بررسی شد .
آزمایش های ردیابی شامل آزمایشهای آلودگی و آبشویی بود که در یک تانک شن به ابعاد cm10cm60cm130 انجام شد. سه نوع خاک ماسهای همگن )درشت، متوسط و ریز( بهعنوان شاهد و شش نوع آرایش لایهای بررسی گردید. نتایج نشان داد که در خاکهای ماسهای همگن، ضریب انتشار با افزایش اندازهی ذرات ماسه زیاد شد. به عنوان مثال، ضرایب انتشار خاک ماسهای درشت در آزمایشهای آلودگی و آبشویی به ترتیب 46/8 و 91/7 برابر بزرگتر از ضرایب انتشار خاک ماسه ای ریز بود. در خاکهای ماسهای لایهای، نوع آرایش و ترتیب لایهها در هر آرایش بر ضریب انتشار تأثیر داشت. در آزمایشهای آلودگی و آبشویی، کمترین مقادیر ضریب انتشار بهترتیب برابر cm2/min 5/12 و cm2/min 16/17 بود که در آرایش عمود با لایهبندی درشت-متوسط-ریز مشاهده شدند. در حالیکه بیش ترین مقادیر ضریب انتشار در آزمایشهای آلودگی و آبشویی بهترتیب برابر cm2/min 56/32 و cm2/min 31/37 بود که در آرایش موازی با لایهبندی درشت-ریز-متوسط )از پایین به بالا( به دست آمدند. ضرایب انتشار خاکهای ماسهای لایهای و خاکهای ماسهای همگن تفاوت معنیداری داشتند. فرایند انتقال در خاکهای ماسهای لایه ای، در مقایسه با خاکهای ماسهای همگن، انحراف بیشتری از انتقال فیکی داشت .
کلید واژه ها: آبشویی؛ الگوریتم استراتژی تکاملی؛ انتقال غیرفیکی؛ معادلهی جابجایی انتشار

مقدمه1
محیطهای متخلخل در تمام مقیاسها دارای غیرهمگنی هستند) Levy and Berkowitz, 2003(. شبیهسازی انتقال آلاينده در آبهای زيرزمینی نیازمند شناخت پارامترهای انتقال مانند متوسط سرعت انتقال آلاينده و ضريب انتشار میباشد. سادهترين شکل غیرهمگنی محیط متخلخل در طبیعت خاکهای لايهای میباشد. در خاکهای لايهای ،لايهبندی ممکن است عمود، موازی و يا بهصورت مورب

1-برگرفته از پاياننامهی کارشناسیارشد نويسندهی اول
نسبت به جهت اصلی جريان باشد) Al-Tabbaa et al., 2000(. تحقیقات بسیار زيادی در زمینهی تغییرات ضريب انتشار در محیطهای متخلخل همگن و غیرهمگن در مقیاس آزمايشگاهی و صحرايی انجام شده است ) ;1992 Pickens and Grisak, 1981; Gelhar et al.,Huant, 2001; Huang et al., 2006; Gao Pang and2012et al., 2009; Fallico et al., (. بر اساس نتايج اين تحقیقات، به طور کلی، ضريب انتشار دارای مقدار ثابتی نیست و وابسته به مقیاس میباشد. علیرغم اينکه در بسیاری از موارد ممکن است در طبیعت خاک بهصورت لايهای باشد، تحقیقات محدودی در زمینهی تغییرات شکل منحنی رخنه و مقدار ضريب انتشار در خاکهای لايهای انجام شده است. از جمله اين تحقیقات میتوان به موارد زير اشاره کرد.
بررسیهای Leij و van Geneuchten )1995( نشان داد که ترتیب قرارگیری لايههای خاک شکل منحنی رخنه ی آلاينده را تحت تأثیر قرار میدهد .Al-Tabbaa و همکاران) 2000( تأثیر آرايشهای مختلف در خاکهای ماسهای لايهای را بر مقدار ضريب انتشار بررسی نمودند .در اين تحقیق، آرايشها طوری انتخاب شدند که لايههای ماسه عمود، موازی يا بهصورت مورب نسبت به جهت اصلی جريان بود. نتايج تحقیق آنها نشان داد مقدار ضريب انتشار نه تنها تابعی از آرايش لايههای خاک بود، بلکه در هر کدام از آرايشها ترتیب لايههای خاک نیز بر مقدار ضريب انتشار مؤثر بود. تحقیقات Sternberg )2004( بر روی يک ستون محیط متخلخل لايهای به طول يک متر و قطر داخلی 5/3 سانتیمتر نشان داد که در مرز بین دو لايه مقدار ضريب انتشار تغییر قابل توجهی داشت. از طرف ديگر با تغییر ترتیب قرارگیری دو لايه روند تغییرات ضريب انتشار با فاصله تغییر پیدا کرد. شبیهسازیهای عددی و بررسیهای آزمايشگاهی در خاکهای ماسهای سه لايهای که در آنها جهت جريان عمود بر لايهها بود، نشان داد که ترتیب قرارگیری لايههای مختلف بر جمعشدگی يا کشیدگی شکل منحنی رخنه اثر دارد. اين موضوع ناشی از تغییر مقدار ضريب انتشار در آرايشهای مختلف بود )2014 Zhang .)Sharma et al., و Wu )2016( فرايند انتقال آلايندهی متیل-ترت-بیوتیل-اتر) MTBE( را در سه نوع خاک ماسهای همگن )درشت، متوسط و ريز( و شش نوع خاک ماسهای لايهای که هر کدام از خاکهای لايهای متشکل از دو لايهی عمود بر جهت اصلی جريان بود ،بررسی نمودند .نتايج تحقیق آنها نشان داد در خاکهای ماسهای همگن با افزايش اندازهی ذرات ماسه مقدار ضريب انتشار افزايش يافت. بر اساس نتايج ارائه شده توسط Zhang و Wu )2016(، نوع لايههای ماسهای تشکیل دهندهی يک خاک لايهای و نیز ترتیب قرارگیری لايههای مختلف بر مقدار ضريب انتشار، شکل منحنی رخنه و زمان انجام آزمايش تأثیر دارد .به عنوان مثال، آنها مقدار ضريب انتشار خاک لايهای درشت–متوسط را حدود دو سوم ضريب انتشار خاک لايهای متوسط-درشت و مقدار ضريب انتشار خاک لايهای درشت–ريز را حدود يک دوم ضريب انتشار خاک لايهای ريز-درشت گزارش نمودند. همچنین Zhang و Wu )2016( دريافتند که زمان انتقال آلاينده در خاکهای ماسهای لايهای طولانیتر از خاکهای ماسهای همگن بوده و نیز ترتیب لايه در خاک ماسهای لايهای بر زمان انتقال تأثیر دارد .تحقیقات انجام شده در زمینهی تأثیر بافت خاک بر مقدار انتشارپذيری يک آلايندهی غیرواکنشگر نشان داد که مقدار انتشارپذيری در خاکهای غیرهمگن بیشتر از مقدار آن در خاکهای با بافت همگن بود )قائمیزاده و بهمنی ،1393(. بهمنی و همکاران) 1394( با ترکیب درصدهای مختلف ماسه بادی و ماسهی شستهشده چهار بافت مختلف خاک ايجاد نمودند و مقدار ضريب انتشار را در اين چهار بافت بررسی کردند .نتايج آنها نشان داد مقدار ضريب انتشار بستگی به نوع بافت خاک داشت؛ بهطوری که هرچه درصد ماسه بادی افزايش پیدا کرد، مقدار ضريب انتشار نیز افزايش يافت .
براساس بررسیهای بعمل آمده، در تحقیقات انجام گرفته در زمنیه انتقال آلاينده در خاکهای لايهای، حالت آبشويی در نظر گرفته نشده است. بنابراين در تحقیق حاضر تأثیر نوع آرايش خاک لايهای )عمود، موازی يا مورب نسبت به جهت اصلی جريان( و نیز تأثیر ترتیب قرارگیری لايههای مختلف بر ضريب انتشار، شکل منحنی رخنه و فرايند انتقال آلايندهی غیرواکنشگر کلريدسديم در حالت آلودگی و حالت آبشويی بررسی گرديد .در ضمن آزمايش-های مذکور در خاکهای ماسهای همگن که در آن ها فقط از يک نوع ماسه )بدون لايهبندی( استفاده گرديد، نیز به عنوان شاهد انجام شد .
67551318158734

سال

ششم

/

شماره

4
/

تابستان

سال

ششم

/

شماره

4

/

تابستان

مواد و روشها
آزمایشها
آزمايشها در يک تانک شن مستطیلی به طول 130، عرض 10 و ارتفاع 60 سانتیمتر انجام شد )شکل 1(. به جز صفحه جلويی تانک شن که از جنس پلکسیگلاس به ضخامت 10 میلیمتر بود، ساير بخشهای آن از جنس فولاد ضد زنگ به ضخامت 3 میلیمتر بود. اين صفحه پلکسیگلاس امکان مشاهدهی هرگونه پديدهای در محیط متخلخل را در طول آزمايشهای رديابی فراهم کرد. تانک شن دارای سه بخش ورودی، محیط متخلخل و خروجی بود که بخشهای ورودی و خروجی با استفاده از توری های پلاستیکی از بخش محیط متخلخل جدا گرديد .حجم بخشهای ورودی و خروجی بسیار کوچک در نظر گرفته شد تا اثر رقیقسازی به حداقل رسانده شود) Levy and Berkowitz, 2003(. به منظور ايجاد جريان ماندگار با شدت ثابت در طول آزمايشها از مخزنهای آب با ارتفاع قابل تنظیم استقاده گرديد. اين مخزنها به بخشهای ورودی و خروجی متصل شدند. علاوه بر مخزنهای تنظیم بار آبی، دو منبع بزرگ نیز برای ذخیرهی آب و محلول آلايندهی غیرواکنشگر در نظر گرفته شد )شکل 1(.
در تحقیق حاضر از کلريدسديم) NaCl( به عنوان آلايندهی غیرواکنشگر استفاده شد .از سه نوع ماسه که از رسوبات رودخانهای تهیه شده بودند؛ استفاده گرديد. ماسه-های جمعآوری شده بعد از خشک شدن در هوای آزاد از الک شماره 10 عبور داده شد تا ذرات درشت آنها جدا گردد. سپس ماسهها با آب شهری شسته شده و مجدداً در هوای آزاد خشک شد. ماسههای به دست آمده در مرحلهی قبل با استفاده از الک های 10، 20، 30، 50 و 80 مطابق استاندارد انجمن آزمايش مواد آمريکا) ASTM( دانهبندی گرديد )شکل 2(. دانهبندی بهگونهای صورت گرفت که ماسهها در سه دسته ی درشت) ماسهی عبوری از الک شمارهی 10 و مانده بر الک شمارهی 20(، متوسط )ماسهی عبوری از الک شمارهی 20 و مانده بر الک شمارهی 50( و ريز )ماسهی عبوری از الک شمارهی 50 و مانده بر الک شمارهی 80( قرار گرفتند. قابل ذکر است که محدود کردن اندازهی ذرات ماسه به ذرات بین دو الک به منظور همگن
1کردن محیط متخلخل بود) 2000 Benson et al.,(.

سال

ششم

/
شماره

4
/

1

America Society for Testing of Materials

شکل
1
سامانه
شماتیک

نمای
.

طراحی

ی
شده

برای

انجام
آزمايش

های

رديابی

سال



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

پاسخ دهید