بخشی از مقاله
بررسی اثر شیرابه و آهک روي نفوذپذیري خاك رس موجود در محل دفن زبالههاي شهر تهران (خاکچال کهریزك)
چکیده
دفن مناسب زبالههاي شهري امروزه یکی از نیازهاي اساسی جوامع بشري است. پوشش رسی مهمترین بخش از یک محل دفن (Landfill) براي جلوگیري از نشت شیرابه داخل آن به محیط خارج است. در این مطالعه به بررسی رس موجود در محل دفن کهریزك به منظور استفاده در پوشش رسی پرداخته شده است. در بررسیهاي صورتگرفته تفاوت اندکی بین درصد رطوبت بهینه براي تراکم حداکثر و نفوذپذیري حداقل مشاهده شده است. ازطرفی رس مذکور از نفوذپذیري بسیار پایینی برخوردار بوده، اما به دلیل دارا بودن مقداري آهک زنده در مواد تشکیلدهنده خود، پتانسیل تورمزایی بالایی بخصوص در مجاورت شیرابه داشته و ممکن است نفوذپذیري آن افزایش یابد. نتایج نشان میدهد افزودن آهک شکفته روشی مؤثر براي کنترل تورم و کاهش نفوذپذیري این خاك است. افزودن آهک شکفته دامنه خمیري این خاك را کاهش داده ولی تأثیري روي درصد رطوبت بهینه نداشته است.
کلیدواژهها: محل دفن، پوشش رسی، شیرابه، نفوذپذیري، آهک
-1 مقدمه
رشد روزافزون جمعیت وگسترش شهرها، تبعات زیست محیطی فراوانی به دنبال داشته است. دفع انبوه زبالههاي تولید شده در محیطهاي شهري یکی از این موارد است. در شهر بزرگی چون تهران با وجود تولید بیش از 7000 تن زباله در روز، این مسأله اهمیت بیشتري پیدا میکند. دفن زباله رایجترین روش دفع آن است.
در طراحی مهندسی یک محل دفن (خاکچال)، مهمترین مسأله جداسازي محیط آلوده و انباشته از شیرابه از محیط خارج توسط لایههاي آببند است. از طرفی استفاده از پوشش رسی در لایههاي آببند به دلیل نفوذپذیري پایین آن اجتنابناپذیر است. طبق استاندارد آژانس حفاظت زیست محیطی آمریکا (USEPA) نفوذپذیري پوشش رسی کف و جداره (Liner) نباید بیش از10-7 cm/sec باشد .[1] دانهبندي خاك مواد تشکیلدهنده آن، دامنه خمیري، درصد رطوبت تراکم، شرایط تنش، مواد افزودنی، نحوه اجرا و انرژي تراکم عوامل مؤثر بر نفوذپذیري پوشش هستند. وجود شیرابه نیز به دو صورت کوتاهمدت و بلندمدت بر میزان نفوذپذیري لایه مؤثر است. در کوتاهمدت اختلاف نفوذپذیري به دلیل لزجت بیشتر شیرابه نسبت به آب و نیز تولید گاز از شیرابه در حین نفوذ است. اما اثر بلندمدت شیرابه مربوط به زمانی است که خاك پوشش مدت زیادي (دو هفته تا سه ماه) در مجاورت شیرابه قرار گرفته و تغییر خواص داده است.
محلی که در نزدیکی کهریزك براي دفن زبالههاي شهر تهران درنظر گرفته شده است، داراي خاك رس مناسبی است که در صورت استفاده از آن در پوشش آببند، صرفهجویی بزرگی را عاید پروژه میسازد. اما وجود مقداري آهک زنده در مواد تشکیل دهنده این خاك باعث ایجاد پتانسیل تورم زایی به ویژه در مجاورت اسید شیرابه شده است، به نحوي که با تورم بیش از حد، امکان افزایش نفوذپذیري خاك در درازمدت را به وجود میآورد. استفاده از آهک تجاري و اختلاط آن با رس موجود، گزینهاي ارزانقیمت براي کنترل تورم وکاهش نفوذپذیري خاك مورد نظر است.
با توجه به اینکه مجموعه مطالعات در حال پیگیري است و تاکنون نتایج مربوط به اثر مجاورت با شیرابه و افزودن آهک شکفته بر نفوذپذیري مشخص نشده اند، اهدافی را که در این مقاله به آنها پرداخته میشود، میتوان به شرح زیر خلاصه نمود:
- بررسی اختلاف بین درصد رطوبت بهینه براي دست یافتن به تراکم حداکثر و نفوذپذیري حداقل
- بررسی تغییرات خواص خاك با افزودن آهک شکفته
- بررسی تأثیر مجاورت با شیرابه بر تورم خاك و نقش آهک شکفته در کنترل آن
-2 مصالح و تجهیزات مورد استفاده
-1-2 مصالح مورد استفاده
رس مورد استفاده، خاکی است که در حین خاکبرداري محل دفن جدید کهریزك، در بخشهایی از آن بدست آمده است. این خاك از نظر طبقهبندي در ردیف خاکهاي MH قرار دارد، اما از آنجاکه خاصیت خمیري بالایی داشته و رفتار آن مشابه رس است، در اینجا تحت عنوان رس کهریزك نامیده میشود. خاك مذکور به شکل کلوخه هاي درشت نمونهبرداري گردید که در آزمایشگاه خرد و برحسب نیاز از الکهاي مختلف عبور داده شده است. نتایج مربوط به تجزیه شیمیایی این خاك در جدول (1) و هیدرومتري آن در شکل (1) نمایش داده شدهاند. از طرفی به دلیل مشکلاتی که جهت تهیه شیرابه مورد نظر در عمرهاي مختلف و استفاده از آن درآزمایشگاه وجود داشت، از اسیداستیک به عنوان جایگزینی براي شبیهسازي اثر آن استفاده شده است. بهاینترتیب امکان تأمینpH هاي مورد نظر جهت بررسی اثر بلندمدت شیرابه بر تورم خاك و تغییرات نفوذپذیري آن فراهم میگردد، اما ایراد این جایگزینی عدم امکان بررسی اثرات کوتاهمدت شیرابه روي نفوذپذیري به دلیل لزجت بیشتر و تولید گاز توسط آن است. البته از آنجایی که این عوامل تأثیري بر میزان نفوذپذیري نداشته و یا باعث کاهش آن میگردند 2] و [3، نتایج این مطالعه در جهت اطمینان هستند. آهک مصرفی براي کنترل تورم و کاهش نفوذپذیري، آهک شکفته (Ca(OH)2) است که براي اختلاط مناسب با خاك از الک نمره 40 عبور داده شده است.
-2-2 تجهیزات مورد استفاده
تجهیزات مورد استفاده شامل قالبهاي نفوذپذیري و دستگاه اندازهگیري نفوذپذیري به روش پتانسیل افتان است. ابتدا به منظور جلوگیري از خطاي احتمالی در اثر نشت آب از جداره هاي قالب روي نفوذپذیري نمونه ها، نوعی قالب ویژه به نام قالب نفوذپذیري دوحلقهاي ساخته شد و مورد آزمایش قرار گرفت. مشابه چنین قالبی در استاندارد ASTM D5856 براي اندازهگیري نفوذپذیري به روش پتانسیل ثابت وجود دارد. شکل (2) جزئیات این قالب را براي آزمایش اندازهگیري نفوذپذیري به روش پتانسیل افتان به صورت شماتیک نشان میدهد. با اندازهگیري سرعت ورود آب در استوانه مرکزي میتوان نفوذپذیري واقعی نمونه را بدست آورد و با مقایسه آن با سرعت ورود آب در استوانه خارجی می توان به میزان نشت از جداره ها پی برد. استفاده از این نوع قالب براي خاك مورد نظر به دو دلیل منتفی شد. اول آنکه در بلندمدت (پس از دو هفته) به دلیل تورم نمونه و سست شدن سطح فوقانی آن، خاك در محل ورودي آب در استوانههاي داخلی و خارجی شسته شده و ورودیهاي دو قسمت با هم ارتباط پیدا می کردند، بهاینترتیب سطح آب ورودي براي هر دو استوانه یکسان اندازهگیري میشد و امکان تفکیک بین آنها وجود نداشت. دلیل دوم، اثر کم نشت از جدارهها حتی در کوتاهمدت و قبل از تورم محسوس خاك بود، به طوریکه نتایج میزان نفوذپذیري در استوانه داخلی را تنها %6 کمتر از استوانه خارجی نشان می دادند.
به دلیل اثر ناچیز نشت از جدارهها، استفاده از قالبهاي نفوذپذیري ساده مدنظر قرار گرفت. با توجه به نیاز به زمان طولانی براي اشباع کامل نمونه ها در قالبهاي با ارتفاع زیاد به دلیل نفوذپذیري بسیار کم خاك و به منظور کاهش این زمان، ارتفاع قالبها 4 سانتیمتر درنظر گرفته شد. قطر قالبها نیز 10 سانتیمتر انتخاب گردید. از آنجا که لازم بود این قالبها به مدت طولانی (دو هفته) داخل اسید قرار بگیرند، براي جلوگیري از زنگ زدن و خوردهشدن، کاملا از جنس فولاد ضدزنگ ساخته شدند. نمونه داخل این قالبها امکان تورم در حین آزمایش نفوذپذیري را ندارد، اما هنگامیکه درپوش قالبها بسته نشده باشد، می توان میزان تورم خاك داخل آنها را اندازه گرفت.
-3 بررسیهاي آزمایشگاهی
جهت دستیافتن به اهداف ذکر شده، سه مجموعه آزمایش انجام گرفته است که در ادامه به شرح آنها پرداخته میشود:
-1-3 بررسی اختلاف بین درصد رطوبت بهینه براي دستیابی به تراکم حداکثر و نفوذپذیري حداقل
اصولا با افزایش انرژي تراکم، نفوذپذیري پوشش خاکی کاهش می یابد. اما به ازاي یک انرژي تراکم ثابت، ممکن است حداقل میزان نفوذپذیري در درصد رطوبت بهینه تراکم رخ ندهد، بلکه با کمی رطوبت بیشتر %0) تا (%7 نفوذپذیري به حداقل برسد.[4] این اختلاف به دلیل شکسته شدن خوشههاي رس (مجموعهاي از مولکولهاي رس) در حالت مرطوبتر و قرارگیري مناسبتر آنها در کنار هم هنگام تراکم و ایجاد نفوذپذیري کمتر است. به منظور بررسی این مسأله روي خاك رس کهریزك،
