بخشی از مقاله
چکیده
آزمون های آبشویی ابزارهایی پایه برای ارزیابی اثر طولانی مدت آلاینده ها بر روی خاک و آب هستند. انتخاب مناسب نوع ستون و نحوه ساخت آن می تواند روی نتایج به دست آمده تاثیرگذار باشد. در این تحقیق با هدف تعیین بهترین روش برای طراحی ستون خاک، 3 عدد ستون از جنس پلی اتیلن و در ابعاد یک متر ارتفاع و 15 ساتی متر قطر، طراحی شدند. براساس نتایج به دست آمده، داده های حاصل از زه آب خارج شده از ستون های مورد مطالعه به خوبی معنا دار شدند . - p < 0.05 - شاخص پیرسون همبستگی بالا و بسیار نزدیک را بین میزان آب اضافه شده و مقدار آبشویی نشان داد. علاوه بر این اختلاف بین میزان آبشویی برای ستونها بسیار پایین بوده که نشان دهنده شرایط یکسان پر شدن ستون ها میباشد. همچنین نتایج این پژوهش نشان داد که اتوکلاو کردن خاک سبب کاهش تاثیر گذاری میکرو ارگانیسم ها بر ضریب هدایت هیدرولیکی خاک و در نتیجه عدم کاهش آبشویی میگردد. از طرف دیگر به کار بردن روش مناسب در پر کردن ستون ها به گونه ای که هم بافت خاک کمتر مورد تغییر قرار گیرد و هم وزن مخصوص ظاهری و تخلخل خاک رعایت گردد، تاثیر بسزایی در انجام یک آبشویی مناسب و کم اشتباه دارد..
کلمات کلیدی: طراحی ستون، آبشویی ، استریل کردن خاک، هدایت هیدرولیکی خاک، زه آب خروجی
.1 مقدمه
بیش از سه قرن است که ستون خاک در مطالعه خواص هیدروژیولوژی خاک به کار گرفته میشود - . - De la Hire, 1703 ستون های خاک به طور کلی به دو دسته دست خورده و دست نخورده تقسیم می گردند و هریک می توانند به دو صورت اشباع یا غیر اشباع مورد استفاده قرار گیرند - . - Lewis & Sjostrom , 2010 آزمون های آبشویی ابزارهایی پایه ای برای ارزیابی اثر طولانی مدت آلاینده روی خاک و آب زیر زمینی هستند - . - Kurger, et al 2012 مطالعات مختلفی که به بررسی دو روش بچ و ستونی پرداختند بیان کرده اند که روشهای ستونی در مطالعات دقیق تر آبشویی و مطالعه خصوصیات وابسته به زمان اهمیت بیشتری دارند - . - Meza et al , 2010 ستون های عمودی خاک ، عمق پروفیل خاک در یک منطقه واقعی را شبیه سازی می کنند بنابراین نسبت به سایر روش های آزمایشگاهی ، برای شبیه سازی حرکت املاح و نیز آبشویی از میان پروفیل خاک، نماینگر بهتری از محیط زیست خاک هستند - . - Tarn et al , 2008
آنچه در ارتباط با طراحی ستون ها اهمیت دارد انتخاب مناسب نوع ستون و نحوه ساخت و ساز آن است که می تواند روی نتایج به دست آمده تاثیرگذار باشد. در واقع نتایج به دست آمده از ستون های خاک در ارتباط با ساختار و نوع ستون به کار رفته تعبیر می گردند. هدفی که محقق در پی آن است و فرضیه ای که می خواهد تایید یا رد کند در انتخاب نوع ستون مورد استفاده برای مطالعه موثر می باشد. - . - Lewis & Sjostrom , 2010 هرچه بافت خاک سبکتر باشد طول ستون خاک باید بیشتر در نظر گرفته شود؛ برای خاک¬های سنگین حداقل طول ستون خاک 8 سانتی متر، برای خاکهای متوسط 15 سانتی متر و برای خاکهای سبک بیشتر از 60 سانتی متر پیشنهاد شده است. - شعبانی و همکاران، . - 1388
ستون های خاک در هر ابعاد که به کار گرفته شوند معمولا بر اساس وزن مخصوص ظاهری خاک مورد مطالعه پر می شوند محققین برای برقراری شرایط همگن و اطمینان از حصول وزن مخصوص در ستون خاک در فواصل 10 سانتی متری اقدام به پر کردن ستون خاک می نمایند - هاشمی نژاد و همکاران، . - 1387 در مطالعات ستونی جهت جمع آوری مناسب آب ثقلی در انتهای ستون های خاک از فیلتر استفاده می شود که می توان آن را در جنس های مختلف از جمله فیلتر غشایی نیترات سلولز Beesley - و همکاران، - 2010، شن کوارتز - Meza et al , 2010 - .، پارچه و تور پلاستیکی - حسین پور و همکاران، - 1387 به کار برد.
از مشکلاتی که می تواند روند آبشویی و نتایج آزمایشگاهی مطالعات ستون خاک را تحت تاثیر قرار دهد میزان حضور و فعالیت بیولوژیکی میکروارگانیسمها در شرایط ستون خاک است. میکروارگانیسمها میتوانند منافذ موجود در خاک را مسدود نموده و سبب کاهش قابلیت هدایت هیدرولیکی خاک و کاهش نفوذپذیری خاک گردند. - . - Seki et al, 1998 اتوکلاو به عنوان روشی که به آسانی در بسیاری از آزمایشگاههای تحقیقاتی و آموزشی در دسترس است به طور گسترده ای برای استریل کردن نمونه های خاک مورد استفاده قرار می گیرد. - - Trevors,1996 از مهمترین موضوعات در طراحی ستونهای خاک غیر اشباع، رسیدن به یکنواختی در پر کردن خاک و جلوگیری از تشکیل جریان های ترجیحی غیر طبیعی می باشد. - - Wierenga 1995 هدف این تحقیق معرفی بهترین روش طراحی و ساخت ستون برای دستیابی به ستون خاک مناسب با بیشترین یکنواختی و کمترین اختلاف آبشویی در ستون های خاک پر شده غیر اشباع است.
.2 مواد و روش ها
-1-2 نمونه برداری و آماده سازی خاک
منطقه نمونه برداری خاک در اطراف شهر قروه استان کردستان واقع در 12َ16ْ35 شمالیو ً00َ56ْ47 شرقی انتخاب و جمع آوری نمونه ها به روش دست خورده و از اعماق صفر الی30 سانتی متر انجام شد . پس از نمونه بردای خاک و انتقال آن به آزمایشگاه، خاک مورد نظر به مدت 2 الی 3 روز در دمای اتاق هواخشک گردیده و سپس از الک 2 میلی متر عبور دادهشد. اندازه گیری pH با روش 1:1 سوسپانسیون آب و خاک انجام گرفت. اندازه گیری کربن آلی خاک با روش Walkley- - 1982 - Blackانجام شد. اندازه گیری بافت خاک با روش Hydrometer Method انجام شد. سایرآنالیزهای خاک مورد مطالعه براساس روش استاندار - ISRIC, 2002 - انجام گرفتند.از آنجایی که خاک نمونه برداری شده خاک سبک می باشد ارتفاع 60 سانتی متر - شعبانی و همکاران، - 1388 برای پرکردن ستون در نظر گرفته شده و تعیین وزن خاک مورد نیاز برای هر ستون با استفاده از فرمول های زیر انجام گرفت.
- محاسبه حجم خاک با ارتفاع مورد نظر :
معادله - 1 - محاسبه وزن خاک مورد نیاز برای پر کردن ستون : معادله - 2 -
-2-2 استریل کردن خاک
قبل از پر کردن ستون ها با خاک الک شده، برای هر ستون خاک وزن شده و در کیسه هایی مخصوص اتوکلاو قرار داده شد. سپس به منظور استریل کردن ، در دستگاه اتوکلاو در دمای 121 درجه سانتیگراد به مدت 20 دقیقه گذاشته شد تا میکروب زدایی شده و در سایر مراحل کار از رشد باکتری ها و میکروارگانیسم ها ممانعت گردد.
-3-2 طراحی و ساخت ستون
براساس مرور منابع انجام شده بهترین طراحی برای ستون خاک به منظور رسیدن به یکنواختی و جلوگیری از شکل گیری جریان های غیر طبیعی در داخل ستون باید به گونه ای انجام گیرد که حداقل سطح مقطع برای یک ستون به طول یک متر، 0/05 متر مربع باشد که این نسبت برای ستون های استوانه ای تقریبا برابر 1:4 ، ارتفاع : قطر داخلی می باشد - . - Bergström, 2000 جنس ستون ها در این مطالعه از لوله های PVC با ضخامت مناسب انتخاب شد. که ارتفاع هر لوله 100 سانتی متر و قطر داخلی آن 6 اینچ - تقریبا 15 سانتی متر - در نظر گرفته شد. از آنجا که استحکام پارامتر مهمی در نگهداری ستون می باشد در طراحی اسکلت اصلی نگهدارنده ستون از میله هایی آهنی با ضخامت 2*2 - سانتی متر - استفاده گردید. اندازه صفحه زیرین ستون 30*30 سانتی متر و جنس آن از ورقه آلومنیومی با ضخامت 2 میلی متر انتخاب شد تا هم استحکام مناسب داشته باشد و هم از زنگ زدگی آن جلوگیری شود.
در مرکز این ورقه آلومنیومی سوراخ¬هایی با قطر 4 میلی متر اعمال گردید. ارتفاع ستون از پایین تا قسمت تحتانی لوله 40 سانتی متر در نظر گرفته شد. قسمت اتصال لوله PVC به ورقه آلومنیومی به گونه ای طراحی شد که هم لوله PVC به خوبی نگهداری شود و هم از تکان خوردگی لوله و یا خمیدگی احتمالی آن جلوگیری شود. به این منظور چهار پرچ نگهدارنده آلومنیومی در چهار طرف به ورقه آلومنیومی الصاق شد به گونه ای که از چهار طرف لوله PVC را نگهدارند. برای اطمینان بیشتر از عدم تحرک اطراف لوله با چسب آکواریومی ضد قارچ پوش داده شد. در مطالعه حاضر تعداد 3 ستون با رعایت خصوصیات فوق طراحی شدند . طراحی نرم افزاری و عملی ستون در شکل 1 آمده است.
