بخشی از مقاله
چکیده
مسئله نشت آلایندههاي موجود در زبالههاي شهري، صنعتی و همچنین زبالههاي رادیواکتیو به چرخه آبهاي زیرزمینی، یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی حال حاضر دنیا محسوب میگردد. بدین منظور معمولاً با طراحی جایگاههاي دفن زباله و محصور کردن اطراف آنها با استفاده از یک سري لایههاي محافظ از جنس خاك بنتونیت، سعی میشود با قرار دادن زباله در این مراکز، انتشار مواد آلاینده به حداقل ممکن کاهش یابد. در این راستا، اندرکنش مواد ناشی شده از مواد آلاینده دفن شده و خاك رسی موجود در منطقه دفن میتواند سبب تغییر در مشخصات رفتاري لایه محافظ گردد. چنین تغییري سبب تاثیر قابل توجه در عملکرد مطلوب و مورد انتظار لایه محافظ رسی خواهد شد.
در مطالعه حاضر با انجام یک سري آزمایشهاي فیزیکی- مکانیکی و ریزساختاري، بر بنتونیت آلوده شده با نیترات مس، به بررسی و مطالعه آزمایشگاهی تغییرات ایجاد شده در مشخصات رفتاري خاك پرداخته شده است.
نتایج آزمایشها نشان دهنده آن است که اندرکنش خاك رسی با آلاینده نیترات مس، بهدلیل جایگزینی کاتیون دو ظرفیتی Cu+2 بجاي کاتیون تک ظرفیتی Na+ موجود در لایه دوگانه پولکهاي رسی، سبب تغییر آرایش پولکهاي رس از حالت ساختار پراکنده به ساختار مجتمع می- شود. مشاهده شد با افزایش غلظت فلز مس و متاثر از تغییرات ریزساختاري بوجود آمده، پتانسیل جذب و نگهداري آب توسط پولک رسی کاهش و ضریب نفوذپذیري خاك تا حدود 100 برابر افزایش مییابد.
بهطوریکه شرایط مساعدي جهت نشت مواد آلاینده از درون مراکز دفن زباله به لایههاي پایینتر و در نهایت ورود آلودگی به چرخه آبهاي زیرزمینی فراهم خواهد شد. بر این اساس با توجه به نتایج پژوهش اخیر مبنی بر تغییر رفتار مصالح رسی لایههاي محافظ در اندرکنش با مواد آلاینده، میبایست در زمان طراحی مراکز دفن با اخذ تدابیر لازم و مد نظر قرار دادن نتایج آزمایشگاهی، ضخامت لایههاي محافظ به گونهاي انتخاب شود که اثر تغییرات بوجود آمده به حداقل ممکن کاهش یابد.
مقدمه
غلظتهاي مختلفی از آلایندههاي حاوي فلزات سنگین در زبالههاي شهري، لجن فاضلابهاي صنعتی، پساب ودورریز معادن و صنایع وابسته به نفت مشاهده شده است .[EPA 1997, Yong 2000] با توجه به اثرات سوء این نوع از آلایندهها بر سلامت و محیط زیست انسان، یکی از ایدههاي موجود، ایجاد خاكچالهاي بهداشتی و انباشته کردن مواد و پسابهاي آلاینده در این محلها میباشد
خاکهاي رسی بنتونیتی - با خاصیت ضریب نفوذپذیري بسیار کم - به عنوان یکی از مصالح متداول در دفن زباله هاي شهري، صنعتی و هسته اي مورد استفاده قرار میگیرد . - Arthur et al., 2005 - بهطوریکه در اینگونه از مراکز دفن، لایههاي رسی محافظ تعبیه شده در پیرامون مرکز دفن عملاً با جلوگیري از انتشار مواد آلاینده به محیط اطراف، مانع از آلودگی چرخه آبهاي زیرزمینی میشوند.
از طرفی نتایج برخی از تحقیقات و مطالعات انجام شده بیانگر آن است که اندرکنش شیرابههاي آلاینده با لایههاي محافظ بنتونیتی اجرا شده در بستر مراکز دفن، میتواند بر خصوصیات مکانیکی لایه محافظ رسی تاثیر قابل توجه داشته باشد - . - Ouhadi and Goodarzi, 2006; Di Maio et al., 2004 همچنین از نظر انتقال آلودگی از لایه هاي محافظ رسی بهعنوان مثال گزارشات سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا نشان میدهد تا سال 1993 در ایالات متحده حدود 55000 مرکز دفن زباله وجود داشته که 75 درصد آنها از طریق نشت، به نوعی آبهاي زیرزمینی را آلوده ساختهاند
بر این اساس با توجه به حجم قابل ملاحظه آلایندههاي حاوي فلزات سنگین در زباله- هاي دفن شده، ضروري است مطالعات جامعی در خصوص نحوه اندرکنش مصالح لایه محافظ مراکز دفن زباله با مواد آلاینده حاوي فلز سنگین انجام شود. این مطالعات به منظور آگاهی از امکان تغییر در خصوصیات رفتاري خاك پس از اندرکنش با مواد آلاینده، یکی از اولویتهاي مهم در طراحی مراکز دفن زباله خواهد بود.
یکی دیگر از موارد تاثیر فرایند اندرکنش خاك رسی مراکز دفن زباله و آلاینده هاي زیست محیطی، موضوع آزاد شدن فلز سنگین مس ناشی از پوسیدگی ظروف نگهدارنده زباله هستهاي در مراکز دفن زبالههاي هستهاي است. این موضوع نیز ضرورت انجام مطالعه بر نحوه اندرکنش فلزات سنگین با لایههاي محافظ بنتونیتی و تاثیر آن بر خصوصیات رفتاري خاکهاي رسی را نشان میدهد. در واقع بر اساس تجارب بین المللی، بهترین گزینه جهت کنترل انتشار تشعشعات رادیواکتیو مضر زبالههاي هستهاي فعال - HLW - 1 به چرخه آبهاي زیرزمینی، دفن آنها در اعماق زمین در محلهایی با سنگ بستر سالم2 است .[McKinley et al. 2006] مطابق شکل - 1 -
در این روش پس از قرار دادن زباله- هاي هستهاي داخل ظروف نگهدارنده3 - حاوي آلیاژهاي مس - ، این ظروف درون یک سري سوراخهاي تعبیه شده در اعماق 200 تا 1000 متري زمین قرار گرفته و سپس اطراف آنها بوسیله لایههاي محافظ - شامل بنتونیت بسیار متراکم - پوشانده میشود .[Pusch 2006] مهمترین هدف استفاده از لایههاي محافظ - EBS - 4 در مراکز دفن زبالههاي هستهاي، جلوگیري از تماس مستقیم آب زیرزمینی با ظروف نگهدارنده بوده تا اولاً مانع از پوسیدگی آنها شده و ثانیاً در صورت هرگونه پوسیدگی احتمالی، مانع از نفوذ تشعشعات هستهاي دفن شده به چرخه آبهاي زیرزمینی گردند
.[SKB 1999, JNC 2000] از طرفی نتایج برخی مطالعات انجام شده نشان دهنده آناست که متاثر از رطوبت بالا و پوسیدگی ظروف نگهدارنده حاوي زبالههاي هستهاي، مقادیر قابل توجهی فلز مس با خاك بنتونیت تماس پیدا کرده، که این موضوع در صورت تغییر در مشخصات رفتاري لایه محافظ، سبب تماس مستقیم آبهاي زیرزمینی با مواد رادیواکتیو و در نتیجه امکان توسعه آلودگی هستهاي خواهد گردید.
مرور مقالات علمی گذشته نشان میدهد که در تحقیقات قبلی، به مسئله تاثیر فرایند اندرکنش آلاینده و خاکهاي رسی بر خصوصیات ریزساختاري و نفوذپذیري بنتونیت خصوصا در حضور فلز سنگین مس کمتر توجه شده است. بر ایناساس در مطالعه حاضر سعی شده است با انجام یکسري آزمایشهاي فیزیکی- مکانیکی و همچنین آزمایشات ریزساختاري، مکانیزم اندرکنش فلز سنگین مس با خاك بنتونیت - بعنوان اصلیترین مصالح استفاده شده جهت ایزوله کردن مراکز دفن زبالههاي شهري و زبالههاي هستهاي - و تاثیر آن بر ریزساختار رس و خصوصیات نفوذپذیري بنتویت مورد مطالعه قرار گیرد.
شکل - 1 جزئیات مراکز دفن زبالههاي هستهاي فعال.
مواد و روشها
به دلیل کاربرد فراوان خاك بنتونیت در پروژههاي زیست محیطی، کلیه مطالعات این پژوهش نیز بر روي این نوع
خاك که خصوصیات آن مطابق جدول - 1 - میباشد صورت گرفته است.
جدول - 1 خصوصیات بنتونیت مورد مطالعه
گذشته نشان میدهد که بیشترین تاثیر مایع منفذي بر بافت خاك در اندرکنش خاك و آب در شرایط سوسپانسیون رخ میدهد . بر این اساس با اضافه کردن خاك به محلولهاي حاوي درصدهايمختلف الکترولیت فوق، نمونههایی در نسبت 1:10 خاك - الکترولیت تهیه شده است. نمونه ها پس از نگهداري به مدت 96 ساعت و شرایط تعادل سازي، درون یک سري لوله هاي پلاستیکی توخالی به قطر 7 سانتیمتر و ارتفاع 30سانتیمتر تخلیه و با استفاده از یک پیستون و بارگذاري مرحلهاي تا تنش 25 کیلو پاسکال بارگذاري شدهاند. سپس از هر یک از نمونهها بوسیله رینگ تحکیم با قطر 5 و ارتفاع 2 سانتیمتر نمونه مناسب اخذ گردید. این نمونه ها به منظور انجام آزمایشهاي ادئومتري و اندازهگیري نفوذپذیري خاك استفاده شدند. همزمان با خارج کردن نمونه ها از درون لولههاي پیش بارگذاري، قطعاتی از خاك جهت انجام آزمایشات ریزساختاري تهیه شد.
