بخشی از مقاله
چکیده
حرکت دو بعدی آلودگی از میان خاکهای ریزدانه به منابع آب زیرزمینی بطریقه دیفیوﮊن و ادوکشن دیفیوﮊن و با استفاده از مدلهای آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت. در آزمایش های دیفیوﮊن دو بعدی از محلول کلرور سدیم در بالای خاک بعنوان ماده آلوده و یک لایه رس متراکم شده بعنوان لاینر استفاده شد. مدل ادوکشن دیفیوﮊن به ترتیب از بالا به پایین شامل یک مخزن آلودگی حاوی محلول کلرور سدیم، یک لایه خاک رسی بعنوان لاینر، و سپس یک مخزن دریافت کننده آلودگی بمنزله یک منبع آب زیرزمینی بود.
در طول آزمایشها از مخزن آلودگی در بالا و مخزن دریافت کننده آلودگی در پایین نمونه برداری شده و تغییرات غلظت نسبت به زمان به دست آمد. در پایان نیز خاک به قطعاتی بریده شده و غلظت یون کلر هر قطعه تعیین گردید. در دو آزمایش اول نتایج آزمایشات با نتایج بدست آمده توسط دیگر محققین روی نمونه خاکهای مشابه همخوانی داشت.
در دو آزمایش دوم حرکت آلودگی به همراه جریان آب - ادوکشن - و دیفیوﮊن از منبع آلوده به طرف منبع آب زیرزمینی بود. در کلیه آزمایش ها رفتار مشاهده ای مدل توسط کد کامپیوتری MIGRATE تطابق داده شد. نتایج حاصله حاکی از تطابق خوب نتایج مشاهده ای با نتایج تئوریک بود. همچنین نتایج بدست آمده نشان داد که میزان تاثیر پدیده ادوکشن درانتشار آلودگی قابل ملاحظه می باشد.
١- مقدمه
مکانیزمهای حرکتی مختلفی در حرکت عناصر آلاینده در خاک نقش دارند. از مهم ترین این مکانیزمها دیفیوﮊن - حرکت با پتانسیل غلظت - و ادوکشن - حرکت با پتانسیل هیدرولیکی - می باشد. در بسیاری از شرایط هیدروﮊئولوﮊیک در زیر محل های دفن زباله این دو مکانیزم بطور هم جهت عامل حرکت عناصر شیمیایی به لایه های پایین تر خاک و سپس بداخل سفره های آب زیرزمینی هستند.
لکن در صورت وجود سفره های تحت فشار - شرایط آرتزین - و سطح آب زیر زمینی بالا در زیر محل های دفن زباله ،جریان آب زیرزمینی می تواند به طرف بالا و به داخل محل دفن برقرار شده و در نتیجه پدیده ادوکشن در جهت بالا و مخالف جهت پدیده دیفیوﮊن که همواره در جهت پایین - به طرف سفره آبدار - است، برقرار شود. به این حالت ، پدیده تله هیدرولیکی گفته می شود] ١ و٢.[ در صورت برقرار شدن این وضعیت مکانیزم ادوکشن از مجموع عوامل حرکتی حذف شده و سایر مکانیزمها - مانند دیفیوﮊن - عامل حرکت عناصر به طرف سفره های آب زیرزمینی می شوند. در این مقاله، حرکت آلودگی از یک منبع آلوده به طرف سفره آب زیر زمینی از طریق یک لایه خاک ریز دانه، با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی دو بعدی مورد بررسی قرار گرفته است.
۲- مدل آزمایشگاهی دو بعدی دیفیوﮊن خالص
در مورد انتخاب ابعاد مدل، ابتدا چند مورد ازمدلهای دو بعدی استفاده شده در زمیﹺنه انتقال آلودگی مطالعه گردیده و با استفاده از تمام قوانین مقیاس گذاری ]۳ و ۴[ ، ابعاد مدل جهت آزماش cm ۸/۳cm*۰۲cm *۰۳انتخاب گردید. جعبه طراحی شده در این تحقیق در شکل - ١ - نشان داده شده است. در این مدل از دو صفحه پلاستیکی شیشه ای Plexiglas با مقاومت بالا، استفاده شد. فاصله دو صفحه شیشه ای ٦/٣ سانتی متر بود.
جهت بستن مدل دو دیواره کناری سوراخ شده ، و از پیچهای φ8 جهت بستن استفاده گردِید. برای انجام آزمایشات دیفیوﮊن دو بعدی ، ابتدا نمونه ها در هوای آزاد خشک شدند، سپس به قطعات کوچکتر خرد شده واز الک شماره٤ - سوراخهای الک کوچکتر از ٧/٤ میلی متر - عبور داده شدند. سپس به خاک رطوبت مناسب داده شد طوری که دارای درجه رطوبتی ٣ درصد بیش از درجه رطوبت بهینه همان خاک در آزمایش تراکم باشد.
سپس با استفاده از چکش تراکم ساخته شده برای این مطالعه، خاک آماده شده، در١٠ لایه در داخل جعبه متراکم شده تا اینکه ارتفاع خاک پس از تراکم حدود ٢٠ سانتی متر گردید. قبل از متراکم کردن خاک داخل لوله مقداری از خاک برای تعیین درصد رطوبت ومقداری برای بدست آوردن غلظت اولیه یون کلردر خاک برداشته شد. قبل از ریختن ماده آلوده، برای جلوگیری از هر گونه تبخیر و تراوش جانبی از سطح خاک، از یک نوع قیر رقیق در دو سمت کناری منبع آلودگی استفاده شد. ابتدا توسط هیتر قیرگرم شده، و سپس در روی سطح خاک در طرفین منبع آلودگی ریخته شد. شکل - ۱ - مدل آماده شده را نشان می دهد.
بعد از آماده کردن مدل، محلول کلرید سدیم با غلظتmg/l ٤٥٠٠ ، به ارتفاع٨/٦ سانتیمتر در بالای خاک، در فضای در نظر گرفته شده برای مخزن آلودگی در روی سطح خاک ریخته شد. در این لحظه بلافاصله یک نمونه - ٣ میلی لیتری - ازمخزن بالا برداشته شد و بجای آن به همان مقدار آب مقطر اضافه شد، تا حجم محلول کلرید سدیم در مخزن آلوده ثابت بماند و زمان شروع آزمایش قرائت شد. از این لحظه به بعد یونهای مختلف داخل محلول با عمل دیفیوﮊن و بصورت دو بعدی در هر دو جهت قائم و عرضی بداخل خاک انتقال یافتند.
طول مدت آزمایش در حدود ٤٠ و٤٢ روز متغیر بود، در طول این مدت هر روز یک نمونه ٣ میلی لیتری از مخزن آلوده برداشته شد و بجای آن بهمان مقدار آب مقطر اضافه گردید. - بعلت اینکه تغییرات غلظت در زمانهای اولیه آزمایش نسبت به ادامه آزمایش بیشتر خواهد بود، در روز اول سه نمونه در زمانهای مختلف از مخزن آلوده نمونه برداری گردید - .
برای اینکه غلظت یونهای داخل محلول در نقاط مختلف مخزن آلوده ثابت بماند، هر روز چند مرتبه وهمچنین در زمان برداشت نمونه وبعد از اضافه کردن آب مقطر، داخل مخزن آلوده بخوبی هم زده می شد. این نمونه ها برای بدست آوردن منحنی تغییرات غلظت در منبع آلوده استفاده شدند. دو آزمایش انجام گرفته با شرایط فوق، 2D-D1 و 2D-D2 نامگذاری شدند.
در پایان آزمایش پس از آخرین نمونه برداری از مخزن آلوده، مخزن تخلیه شده، مدل باز شد و خاک داخل مدل به ٥٤ قسمت با ابعادcm ۳/۳ cm * ۳ تقسیم شد. از هر قطعه خاک یک نمونه برای اندازه گیری درجه رطوبت برداشت شده و بقیه نمونه توسط دستگاه استحصال آب حفره ای، مورد استفاده قرار گرفتند. بعد از استحصال آب حفره ای، نمونه ها یون متری شدند.
از روی نتایج بدست آمده، پلوم های آلودگی رسم گردیدند. جهت رسم پلوم های مشاهده ای از روش انترپلاسیون خطی استفاده شد. پلوم های تئوریک با استفاده از کد MIGRATE V9 رسم شدند. این نرم افزار با استفاده از روش لایه های محدود انتقال آلودگی را بصورت دو بعدی مدل سازی می کند ]۵. [ برای این منظور، با استفاده از داده های فیزیکی و شیمیائی مدل آزمایشگاهی و یک ضریب دیفیوﮊن فرضی برای یون کلر، پروفیل های تئوریک محاسبه وروی پروفیلهای مشاهده ای تطبیق داده شدند.
