تعیین غلظت بهینه شدت‌بخشی برای رفع آلاینده از کائولینیت کربنات‌دار در بهسازی الکتروکینتیک

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: کارشناسی ارشد

عنوان: Title: تعیین غلظت بهینه شدت‌بخشی برای رفع آلاینده از کائولینیت کربنات‌دار در بهسازی الکتروکینتیک

ارائه دهنده: Provider: سجاد گوهری - مهندسی عمران

اساتید راهنما: Supervisors: وحیدرضا اوحدی

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر محمد ملکی - دکتر عباس قدیمی

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 8 - 1404/3/10

مکان ارائه: Place of presentation: کلاس 45 - گروه عمران

چکیده: Abstract: فناوری الکتروکینتیک روشی نوظهور با پتانسیل قابل توجه برای پالایش درجا و برون‌جای خاک‌های ریزدانه است که اثربخشی آن به میزان آلودگی و ویژگی‌های خاک بستگی دارد. در میان روش‌های مختلف پاک‌سازی خاک‌های آلوده به فلزات سنگین، روش الکتروکینتیک به دلیل کارایی در خاک‌های با نفوذپذیری کم، به عنوان یک گزینه عملی مطرح است. اکثر تحقیق‌های انجام شده در این زمینه، بر افزایش راندمان و جداسازی آلاینده‌ها از طریق اعمال گرادیان‌های ولتاژ مختلف، تنظیم pH الکترولیت‌ها یا تزریق مواد شیمیایی به مخازن آند و کاتد متمرکز بوده ‌است. با این حال، مطالعات صورت‌گرفته در زمینه استفاده از مواد شدت‌بخشی، اغلب فاقد ارائه الگوی شدت‌بخشی با غلظت بهینه این مواد هستند به طوری‌که در عین کاهش غلظت مواد شدت بخشی، راندمان مناسب و یکنواختی در حذف آلاینده‌ها حفظ شود. همچنین، تاثیر پارامترهای مهمی نظیر درصد کربنات و غلظت اولیه آلاینده بر کارایی الگوهای پیشنهادی، به لحاظ راندمان و یکنواختی حذف آلاینده، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. همچنین انطباق نتایج آزمایش‌های ریزساختاری با نتایج آزمایش‌های اصلی الکتروکینتیک مورد بررسی قرار نگرفته است. بر این اساس اهداف کلی این پژوهش به شرح ذیل است: - ارائه الگوی بهینه‌سازی شدت‌بخشی برای رفع آلاینده‌ فلز سنگین در روش الکتروکینتیک، به‌طوری‌که در عین کاهش غلظت مواد شدت‌بخشی، راندمان مناسب و یکنواختی حذف آلاینده‌ها حفظ شود. - تعیین تاثیر تغییرات غلظت ماده شدت‌بخشی در مخزن کاتد، کربنات زدایی و کاهش غلظت اولیه آلاینده بر راندمان و یکنواختی حذف آلاینده در فرآیند اصلاح الکتروکینتیک. برای دست‌یابی به اهداف مذکور در این تحقیق، در گام نخست با توجه به الگوهای شدت‌بخشی معرفی شده در تحقیقات اخیر (فرهپور، 1403) و پایه‌های تئوریک، الگوهای شدت‌بخشی با هدف بهینه‌سازی غلظت مواد شدت بخشی (استیک اسید و EDTA) در طول نمونه ارائه شد. در گام بعدی این پژوهش، آزمایش‌های الکتروکینتیک به منظور تعیین تاثیر پارامترهای مهم در فرایند الکتروکینتیک ( درصد کربنات، غلظت اولیه آلاینده و غلظت ماده شدت‌بخشی در مخزن کاتد) بر راندمان کلی و یکنواختی حذف آلاینده در طول نمونه و بررسی جامعیت الگوهای شدت‌بخشی ارائه شده تحت تاثیر پارامترهای مذکور، طراحی و انجام شده است. همچنین، به منظور بررسی انطباق نتایج آزمایش‌های ریزساختاری با آزمایش‌های اصلی الکتروکینتیک از نظر فازهای نگهداشت آلاینده و تأثیر مواد شدت‌بخشی و فرآیند الکتروکینتیک بر آن، نمونه خاک پس از فرآیند پاکسازی به روش الکتروکینتیک، برای انجام آزمایش استخراج متوالی آلاینده (SSE) آماده شد. نتایج حاصل از فاز اول پژوهش نشان داد که در برخی از حالات الگوی شدت‌بخشی نظیر همسو کردن جهت جریان الکتراسمز، مهاجرت یونی و مهاجرت یونی معکوس، می‌توان با بهره‌گیری از غلظت‌ بهینه اسید استیک برای تقویت جبهه اسیدی، با حفظ تقریبی راندمان حداکثر، ضریب یکنواختی (حذف یکنواخت آلاینده) را بهبود بخشید. همچنین نتایج حاصل از الگوهای ترکیبی نشان داد که با حذف اسید در نزدیکی کاتد (کاهش مواد مصرفی) راندمان کلی و ضریب یکنواختی به ترتیب از مقدار حداکثر 55% به 3/51 % و 64/0 به 68/0 رسیده است. این موضوع بیان‌گر آن است که برای کاهش هزینه‌های پروژه در روش الکتروکینتیک می‌توان با حفظ تقریبی راندمان و ضریب یکنواختی از غلظت‌های کمتر اسید در نزدیکی کاتد استفاده نمود. کربنات‌زدایی از خاک کائولینیت منجر به افزایش قابل‌ توجه راندمان حذف آلاینده شده است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که کاهش کربنات از 2 به صفر درصد و کربنات‌زدایی کامل نمونه خاک، باعث افزایش حدود 67 درصدی راندمان حذف آلاینده در حالت پایه (بدون استفاده از مواد شدت‌بخشی) و افزایش حدود 15 درصدی راندمان رفع آلاینده در حالت استفاده از الگوی بهینه شدت‌بخشی در آزمایش‌های الکتروکینتیک شده است. همچنین در آزمایش استخراج متوالی آلاینده مشخص گردید در صورت استفاده از الگوی بهینه شدت‌بخشی در آزمایش‌های الکتروکینتیک، افزایش بازدهی حذف آلاینده به‌واسطه انتقال یون سرب نگهداری شده در فازکربناتی به فاز تبادلی با استفاده از مواد شدت بخشی EDTA صورت گرفته است. بطور کلی نتایج حاصل از این پژوهش ضمن تایید الگوهای پیشنهادی در رساله فرهپور (1403) موید آن است که با انجام آزمایش‌های ریزساختاری بر مبنای تئوری‌های پایه شامل پتانسیل زتا، گروه‌های عاملی، فازهای نگهداشت آلاینده و مواد شدت‌‌بخشی می‌توان به الگوهای بهینه شدت‌بخشی برای نمونه‌های کائولینیت با شرایط مختلف اعم از درصد کربنات و غلظت‌های مختلف آلاینده دست یافت. کلمات کلیدی: الکتروکینتیک، کائولینیت، رفع آلودگی از خاک، شدت بخشی، EDTA، اسید استیک