بخشی از مقاله
بهسازی خاک لایه نفوذناپذیر مدفن زباله های شهری با استفاده از تکنولوژی نانو
چکیده
بشر از همان روزگاران اولیه باعث تغییراتی در محیطزیست میشد که در سالهای اخیر با توجه به افزایش استانداردهای زندگی و مصرفگرایی باعث تولید حجم عظیمی زباله در شهرها و روستاها شده است که نیاز به دفع اصولی آن میباشد. از مهمترین مشخصه یک مدفن، وجود لایه آببندی در بستر آن میباشد ت از ورود شیرابهها به خاک و آبهای زیرزمینی و آلودگی آّنها جلوگیری نماید. این لایه آب بند بایستی دارای نفوذپذیری کم و خاصیت انبساط و انقباض اندک باشد. رس با خاصیت خمیری کم، دارای چنین خصوصیاتی میباشد ولی در مکانی که لایههای مناسب خاک وجود نداشته باشد، میبایست این خاکها را اصلاح نمود. کنترل و کاهش نفوذپذیری ساختار دپوهای زباله از عوامل زیستمحیطی مهم میباشد. برای کاهش نفوذپذیری در بدنه دپوها از ژئوممبرینها و لایههای رسی و دیگر مواد نفوذناپذیرکننده استفاده میکنند. در این مقاله با بررسی اثرات نمونههای رس افزوده شده بر خاک، در کاهش نفوذپذیری در دپوهای دفن زباله، شهرستان سراوان واقع در استان سیستان و بلوچستان ارائه شده است. افزودن 3 تا 9 درصد نانوذراترسی باعث کاهش قابلتوجهی در نفوذپذیری بدنه دپو میگردد، به طوری که مقدار نفوذپذیری خاک از 3/25×10-6 به 4/22×10-7 سانتیمتر بر ثانیه در شرایط معمولی و از 3/86×10-6 به 7/2×10-7 سانتیمتر بر ثانیه در شرایط اسیدی و از 2/76×10-6 به 2/02×10-7 سانتیمتر بر ثانیه در شرایط آلکالی یا بازیک شیرابه میرسد؛ بنابراین، با افزودن مواد رسی و نانو ذرات رسی کاهش قابلتوجهی در نفوذپذیری بدنه دپو در عبور دادن شیرابه شده است.
کلمات کلیدی: نفوذپذیری، نانو ذرات رسی، ژئوممبرین، سراوان
.1 مقدمه
امروزه با پیشرفت تکنولوژی و افزایش بهرهگیری از علم ژئوتکنیک در طراحیهای مهندسی، این علم نیز برای کنترل میزان آسیبهای زیستمحیطی زبالهها راهکارهای مهندسی ارائه نموده است. با طراحی و بررسیهای ژئوتکنیکی، بسیاری از آلودگیهای حاصل از دفن زبالهها کاهش روزافزونی داشته است. همان طور که میدانید دفن هر نوع زباله دارای درجه خاصی از اهمیت در بررسیهای زیستمحیطی میباشد. شایان ذکر است در تمامی حالات نباید خطرناک بودن زبالهها را با هر نوعی بر اکوسیستم و محیطزیست فراموش کرد. دفن در خاک، آخرین عنصر موظف در سیستم مدیریت مواد زاید و سرنوشت نهایی تمام مواد زایدی است که باید دور ریخته شوند؛ به عبارت دیگر، دفن یک گزینه حتمی و اجباری است. دفن بهداشتی، روشی مهندسی جهت دفن مواد زاید جامد در زمین، جهت ممانعت از آسیب زدن به محیطزیست میباشد. در این روش زایدات در لایههایی با ضخامت مناسب پخششده و فشرده میشوند و در انتهای هر روز با خاک پوشانده میشوند. بر اساس تجارب بدست آمده گذشته، در کشورهای پیشرفته، دفن بهداشتی در زمین اغلب به عنوان اقتصادیترین راه حل
درازمدت برای مشکل مواد زاید جامد انتخاب شده است .[3] یکی از راههای کنترلی برای مخازن زباله، استفاده از پوشش خاک نفوذناپذیر است .[4] در این مقاله با بررسی وضعیت محل دفن زباله شهر سراوان، تأثیر افزودن نانو ذرات رسی در کاهش نفوذپذیری خاک و کنترل شیرابه ناشی از فاسدشدن زبالهها آورده شده است. دفن زبالههای سراوان در محلی به مساحت 10 هکتار و در 7 کیلومتری جنوب شهر واقع میباشد؛ که از لحاظ جغرافیایی در دهانه خروجی دره کوهستانی صورت میگیرد. لازم به ذکر است، روش دفن زباله اکثراًبه صورت سنتی و روباز میباشد. به علت همجواری شهر سراوان و جند روستای حاشیه آن، نشت شیرابه به آبهای زیرزمینی باعث آلودگی آبهای زیرزمینی که تنها منبع آب مورد نیاز شرب شهر میباشد، شده است. با گسترش شهرنشینی و بالا رفتن جمعیت شهرها، بر میزان تراکم و وسعت شهرها افزوده میگردد. این افزایش جمعیت دارای تأثیراتی بر محیط شهری میباشد. از جمله این آثار، میتوان به افزایش تولید زبالهها در محدوده شهری اشاره نمود .[1] به طور کلی زباله به مجموعه مواد ناشی از فعالیتهای انسان و حیوان کهمعمولاًجامد بوده و به صورت ناخواسته و یا غیرقابل استفاده دور ریخته میشوند اطلاق میگردد. این تعریف به صورت کلی در برگیرنده همه منابع، انواع طبقهبندیها، ترکیب و خصوصیات مواد زاید بوده و به چهار دسته کلی زبالههای شهری، زبالههای صنعتی و زبالههای خطرناک و زبالههای بیمارستانی تقسیم میگردند .[2]
.2 مواد و روش
خاک مهمترین و گستردهترین صافی فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی، بازیافت کننده ضایعات و نیز دریافتکننده بسیاری از مواد میباشد. لیکن ظرفیت آن محدود بوده و ممکن است بسیاری از مواد سمی و آلایندهها که به خاک افزوده میگردند از نظر تمرکز افزایش یافته و در نهایت به صورت تهدیدی جدی برای محیطزیست درآیند. عمدهترین مشکل محل دفن مواد زاید جامد شهری، شیرابه و گاز تولیدشده در اثر تجزیه زبالههای دارای ترکیبات آلی میباشد. در این بین مهمترین عامل آلودگی آب در محل دفن مواد زاید جامد، شیرابه است که در تماس با آبهای سطحی و یا زیرزمینی، مخاطرات بهداشتی و زیستمحیطی برای انسان و جانداران ایجاد میکند. با طراحی صحیح ژئوتکنیکی، میتوان این توان آلودهکنندگی دپوها را کاهش داد .[1] شیرابه به مایعی که از داخل زباله عبور کرده و به بیرون زایدات جامد نشت میکند و شامل مواد قابل حل، معلق یا ذرات مخلوطی از اجزای همان زباله باشد، گفته میشود که حاصل تغییرات بیولوژیکی، شیمیایی و فیزیکی مواد زاید درون دپو میباشد، مواد داخل محل دفن از نظر فیزیکی در سه فاز مشاهده میگردند: فاز جامد (مانند زبالهها)، فاز مایع (مانند شیرابه) و فاز گاز (مانند بیوگاز). به بیان دیگر، شیرابه مایعی است که توسط مواد آلی یا معدنی محلول یا معلق موجود در فاز جامد محل دفن غنیشده و از داخل زباله به بیرون نشت نماید. زمانی که میزان رطوبت زباله از ظرفیت صحرایی زباله فراتر رود، رطوبت اضافی به صورت شیرابه آزاد میگردد .[4]
نشت شیرابه از دپوها باعث آلودگی زیستمحیطی در منطقه و از بین رفتن بافت مفید خاک میگردد، این آلودگی زمانی که دپو توان تولید شیرابه را دارا باشد افزایش مییابد. این مشکل در صورت وجود آبهای سطحی و زیرزمینی در محدوده دپو، چندین برابر گشته و باعث رشد آلودگی زیستمحیطی تا حد بحران میگردد. یکی از راههای کنترل نفوذ شیرابه به آبهای سطحی و به خصوص زیرزمینی کاهش میزان تراوش شیرابه با بالا بردن میزان نفوذناپذیری بدنه دپوها میباشد. کاربرد مواد ژئوسنتتیکی مثل ژئوممبرینها که توانایی کنترل تراوش شیرابه را دارند، مورد مناسب و مفید است؛ اما تجربه نشان داده است در دپوها در طولانی مدت و در مواردی که مربوط به زبالههای ویژه و حساس به نور باشد، این مواد از توانایی لازم برخوردار نیستند. روش دیگری که در این موارد بسیار مطرح میگردد استفاده از پوشش رسی متراکم و تحکیم یافته هستند. رسهای متراکم و یا رسهای مختلط شده با خاک بدنه دپو (رسها دارای تخلخل بالا و میزان نفوذپذیری پایین هستند)، میتواند عامل مناسبی در کنترل تراوش شیرابه باشد .[5] لازم به ذکر است، رسهای بکار برده شده در کنترل تراوش شیرابه باید دارای شرایط زیر باشند:
· میزان نفوذپذیری پایین
· توانایی تورمپذیری پایین
· مقاومت در برابر وارفتن و ولشدن1
· استحکام و پایداری و مقاومت برشی بالا .[6]
به طور معمول میزان نفوذپذیری برای رسهای بکار برده شده در دپوها کمتر از 10-7 سانتیمتر بر ثانیه در نظر گرفته میشود .[7] برای دپوهای مربوط به زبالههای شهری و صنعتی کم خطر ضخامت لایه رسی متراکم 0/6 متر توصیه میشود 7]، 8 و .[9 میزان هدایت هیدرولیک از مشخصههای مهندسی بارز خاک میباشد، زیرا هدایت هیدرولیک نقش به سزایی در زهکشی دپوها و کنترل نفوذپذیری دارد .[10] از خاک بدنه دپوی دفن زباله شهری سراوان نمونهبرداری شده و آزمایشاتی بر اساس روشهای ASTM D422, D421, D698 و D4318 در راستای بدست آوردن خواص فیزیکی از جمله دانهبندی، وزن مخصوص خشک حداکثر، حدود آتربرگ انجام گرفته شد 9] و .[11 منحنی دانهبندی بدست آمده در شکل 1 نشان داده شده است. نتایج بررسیها نیز در جدول 1 ارائه شده است. لازم به ذکر است خاک مورد مطالعه بر اساس طبقهبندی یونیفاید در رده MH قرار دارد. ترکیبات شیمیایی رسها مورد بررسی توسط دستگاه XRF و روش 2X´Unique آنالیز شده که نتایج آن در جدول 2 ارائه شده است.
شکل .1 منحنی دانهبندی برای رسهای شهرستان سراوان
جدول.1 حدود آتربرگ و مشخصات فیزیکی بدست آمده بر روی نموتههای خاک محل
شاخص خمیری (%) حد خمیری (%) حد مایع (%) دانسیته((KN/m3 ظرفیت رس (%)
25/1 32/1 57/1 19/70 10
جدول .2 ترکیب شیمیایی نموتههای مورد بررسی توسط دستگاه XRF
