بخشی از مقاله
چکیده
آلاینده های فلزی از اجزای مهم آب های سطحی و رواناب شهری هستند . بتن متخلخل یکی از راه های کنترل رواناب شهری بوده که در تحقیق حاضر، طرح اختلاط این بتن جهت کاهش دو آلاینده مس و نیکل مورد بررسی قرار گرفته است. به کمک آزمون فاکتوریل کسری، هفت فاکتور طرح اختلاط در دو سطح بررسی و نتایج با نرم افزار Minitab 17 تحلیل شد. نتایج حاکی از افزایش قدرت جذب توسط طرح اختلاطی بود که دارای حداکثر مقدار سنگدانه پامیس و میکروسیلیس، با حداقل مقدار نسبت W/C و سیمان بود.
از نتایج تحلیل بهترین طرح اختلاط با سنگدانه های پامیس بین الک استاندارد نمره 4 و 3/8 ، با نسبت آب به سیمان 0,25 و نسبت سنگدانه به سیمان 4، به علاوه میکروسیلیس به مقدار 10 درصد وزن سیمان، و سیمان کل 100 کیلوگرم بر مترمکعب بتن، بدست آمد. جهت راستی آزمایی نتایج تحلیل با طرح اختلاط پیشنهادی، ملات بتنی ساخته و پس از عمل آوری 28 روزه مورد آزمایش جذب فلزات سنگین، مقاومت فشاری و نفوذپذیری قرار گرفت که دارای درصد حذف 23 برای مس و 22,5 برای نیکل، میانگین مقاومت فشاری 2 Mpa و نفوذپذیری 1,15 cm/s بود.
-1 مقدمه
آب پاک دردست رس، مداوما در حال کاهش است و دلیل آن ورود آلودگی ها به صورت نقطه ای و غیر نقطه ای به منابع آبی است. از دلایل اصلی افزایش منابع آلاینده، رشد جمعیت جهان و تمرکز آن در نقاط شهری، صنعتی شدن جوامع و فعالیت های کشاورزی را می توان نام برد. آب آلوده، نه تنها سلامت انسان را تحت تاثیر قرار می دهد، بلکه زندگی جانداران دیگر را مختل کرده و فعالیت های تجاری از قبیل، ماهی گیری، حمل و نقل و توریسم را تحت شعاع قرار می دهد
فلزات سنگین یک اصلاح عمومی است که به گروهی از فلزات و شبه فلزات با چگالی اتمی بیش از g/cm3 4 اشاره دارد. سرب - - Pb، نیکل - - Ni، کادمیوم - - Cd، روی - - Zn، جیوه - - Hg، آرسنیک - - As، نقره - - Ag، کروم - - Cr، مس - - Cu، آهن - - Fe و عناصر گروه پلاتین به عنوان فلزات سنگین شناخته شده اند
فلزات موجود در منابع آب یا به صورت طبیعی و یا در اثر فعالیت های انساتی وارد منابع آب می شود. هوازدگی طبیعی سنگها و خاکهایی که با منابع آب در تماس اند بزرگترین منبع طبیعی آلودگی منابع آب به فلزات سنگین هستند
آلودگی انسانی منابع آب با فلزات سنگین ناشی از استخراج معادن، دفع فاضلاب تصفیه نشده یا نیمه تصفیه شده حاوی فلزات سنگین و استفاده از کودهای حاوی فلزات سنگین می باشد. انسان به طور دائم و موقت در معرض 35 فلز سمی قرار دارد .از این تعداد 23 فلز جزء فلزات سنگین اند. فلزات سنگین تجزیه نمی شوند و به تدریج در بدن جانداران مثل گیاهان و جانوران تجمع می یابند .در بافت های چربی، عضلات، استخوانها و مفاصل انسان رسوب نموده و انباشته می گردد
بتن متخلخل، نوع ویژه ای از بتن با تخلخل بالاست که سنگدانه آن، شامل ریزدانه نیست و به آب اجازه عبور از بدنه بتن را می دهد. این بتن در پارکینگ ها، پیاده رو ها، خیابان های مناطق مسکونی و . . . استفاده می شود. بتن متخلخل از آب، سیمان و درشت دانه با نسبت آب به سیمان 0,28 تا 0,4 ساخته می شود. افزودن مقداری ماسه و کاهش نسبت آب به سیمان مقاومت فشاری بتن را افزایش می دهد. مقاومت این بتن معمولا بین 4,1 MPa تا MPa 10 است اما به مقاومت28 MPa و بیشتر هم می توان رسید
بتن متخلخل برای جمع آوری رواناب و به دام انداختن فلزات سنگین آن، بسیار کارایی دارد. بتن متخلخل به تنهایی می تواند بخش زیادی از آلودگی را در 2 سانتی متر ابتدایی خود جذب کند
روکش نفوذپذیر راه حلی برای مشکل افزایش رواناب و کاهش کیفیت آن است. این کفپوش ها طوری طراحی می شوند که در حین بارش های معمولی، هیچ روانابی جاری نمی شود. از طرفی دیگر کفپوش های متخلخل به دلیل ظرفیت جذب ذرات آن به عنوان جاذب آلاینده ها عمل می کنند
Park و همکارش بتن متخلخل را برای مدت سه ماه در آب رودخانه نگه داشت تا میکروارگانیسم های مختلف در آن رشد کنند. سپس عملکرد بتن حاوی میکروارگانیسم را در جذب پارامترهای آلی TP - و - TN بررسی کردند
Bahar و همکاران اندرکنش بین روکش های بتنی و مس موجود در رواناب شهری را مورد بررسی قرار داده و نشان دادند که با عبور پساب حاوی مس از روی روکش بتنی، 20 تا 95 درصد مس جذب بتن شده و در واقع از آب حذف می شود
در طرح اختلاط این بتن از سنگدانه پامیس استفاده شد. نسبت بالای سیلیکای آزاد در سطح متخلخل پامیس سبب شده که سطح آن دارای بار منفی شود. بار منفی تمایل به جذب فلزات با بار مثبت دارد. هر دو شکل پودری و سنگی پامیس، پاک کننده، ضدعفونی کننده و صیقل دهنده ارزشمندی است. این سنگ، ساختمان استخوانی شکلی دارد که اجازه می دهد یون ها و ملکول ها به داخل ساختار اسکلت ی حرکت کنند و در سرتاسر آن مستقر شوند . پامیس به شکل گسترده ای به عنوان ماده پاک کننده کاربرد دارد و در اغلب عملیات های مقدماتی شستشو به کاربرده می رود .این سنگ بسیار سبک و ارزان قیمت است
هدف از این پژوهش کاربردی، ارزیابی تاثیر مولفه های طرح اختلاط و یافتن بهینه ترین طرح با هدف جذب عناصر مس و نیکل می باشد که در آینده قابل تعمیم به عناصر دیگر و آلاینده های بیشتری خواهد بود. در کنار آن به مسئله مقاومت فشاری و نفوذپذیری نمونه های ساخته شده، پرداخته شده است و علاوه بر این سعی شده است، از مواد با حداقل هزینه و حداکثر دست رسی استفاده شود تا کاربرد آن در عملیات های عمرانی ممکن شود.
-2 مواد و روش ها
سنگدانه مورد استفاده به دلیل قدرت جذب آلاینده های فلزی از جنس پامیس انتخاب شد و از معدن قروه همدان تهیه و بین الک نمره 4 و 3/8 دانه بندی یکنواخت گردید. دانه بندی به این شکل به دلیل رسیدن به شرایط بهینه حداکثر مقاومت فشاری و حداکثر نفوذپذیری بود، که در مراجع آزمایش شده است .[17] مشخصات شیمیایی پامیس قروه، سیمان کارخانه سیمان تهران و میکروسیلیس مورد استفاده در جدول 1 خلاصه شده است.
جدول :1 مشخصات شیمایی پامیس، سیمان و میکروسیلیس مورد استفاده
از لوله PVC جهت قالب گیری ملات بتن و وسیله ای برای عبور پساب آلوده از بدنه بتنی استفاده شد. طی آزمایشی از عدم تاثیر لوله PVC و دیگر ظروف آزمایش بر نتایج جذب فلزات سنگین، اطمینان حاصل شد.
در ابتدا به دلیل تعداد زیاد فاکتورهای دخیل در طرح اختلاط لازم شد که از آزمون فاکتوریل استفاده شود و برای حداقل سازی هزینه های آزمایش، از آزمون فاکتوریل کسری1 با هفت فاکتور در دو سطح به ترتیبی که در جدول 2 آمده است، استفاده شد.
آزمون فاکتوریل، ابزاری قدرتمند برای طرح آزمایش با دو یا چند فاکتور دخیل است. عموما آزمون فاکتوریل ترکیب تمام فاکتور ها را در همه سطوح بررسی می کند که اغلب نیاز به اندرکنش تمام فاکتورها نیست مخصوصا زمانی که آزمایش های ابتدایی بر روی یک فرآیند انجام می شود. اگر از اندرکنش با درجات بالای یک آزمون فاکتوریل صرف نظر کرده و به تاثیر اصلی2 فاکتورها توجه شود، می توان از یک آزمون فاکتوریل کسری استفاده کرد
در جدول 2 ، حروف سطر اصلی نشان دهنده فاکتورهای دخیل در آزمایش است و اعداد 1 و -1 به ترتیب نشان دهنده سطح بالا و پایین هر فاکتور می باشد. هریک از ردیف های 1 تا 8 جدول 2 ، طرح اختلاطی مجزا بوده که برای محاسبه مقدار دقیق هریک از اجزای بتن لازم شد برنامه ای ساده در محیط اکسل نوشته شود. جدول 3 خروجی برنامه اکسل بوده و اجزای هر هشت طرح اختلاط را مشخص می کند.
