تعیین الگوی بهینه شدت¬بخشی رفع آلاینده فلز سنگین در روش الکتروکینتیک بر مبنای فاز¬های نگهداری آلاینده در خاک و تغییرات پتانسیل سطحی رس

نوع: Type: رساله

مقطع: Segment: دکتری

عنوان: Title: تعیین الگوی بهینه شدت¬بخشی رفع آلاینده فلز سنگین در روش الکتروکینتیک بر مبنای فاز¬های نگهداری آلاینده در خاک و تغییرات پتانسیل سطحی رس

ارائه دهنده: Provider: محمدامین فرهپور - مهندسی عمران

اساتید راهنما: Supervisors: وحیدرضا اوحدی

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: محمد ملکی، رضا غیاثی و علیرضا باقریه

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 17:30 - 1403/9/25

مکان ارائه: Place of presentation: دپارتمان عمران

چکیده: Abstract: در سال‌های اخیر، روش¬های بهسازی متنوعی توسط محققان برای پاکسازی آلاینده¬ها از خاک‌های رسی به‌کار گرفته شده¬است. از جمله روش‌های بهسازی دوست‌دار محیط‌زیست، می¬توان به روش بهسازی الکتروکینتیک اشاره نمود. در دهه‌های گذشته با توجه به راندمان نامطلوب این روش در رس¬های کربنات¬دار، محققین سعی به شدت¬بخشی و افزایش راندمان کلی این روش بهسازی داشته‌اند. در این راستا، با بررسی اجمالی که در پژوهش‌های به‌ثبت رسیده انجام گرفته¬است می‌توان به عدم به‌کارگیری تئوری‌های نظری و پایه، پیش از انجام آزمایش‌ها نظیر: تعیین مشخصات فیزیکی و ژئوتکنیک زیست¬محیطی رس، فاز¬های نگهدارنده آلاینده و تغییرات پتانسیل سطحی پولک¬های رسی اشاره داشت. بدین منظور محققین با استفاده از روش سعی و خطا و با در نظرگیری متغیرهای تصادفی سعی به افزایش راندمان کرده¬اند. پیامد¬های این روش¬ها منجر به حذف غیریکنواخت آلاینده و تجمع در نزدیکی کاتد، مصرف بیش از حد مواد شدت¬بخشی، و عدم حصول شناخت از مکانیسم¬های مؤثر در حذف آلاینده شده¬است. در آزمایش¬های الکتروکینتیک به سبب مکانیسم‌های مختلف نظیر الکترولیز، الکترواسمز و مهاجرت یونی در طول محیط تحت آزمایش، پتانسیل سطحی پولک¬های رسی، فازهای نگهدارنده آلاینده در رس و گروه¬های عاملی دچار تغییرات می¬شوند. بنابراین می¬توان این¬گونه استنباط کرد که با درک ارتباط بین این پارامترها می¬توان به توسعه بیشتر این روش بهسازی کمک نمود. به¬طور مثال با شناخت از مؤلفه¬های مهم پولک‌های رسی در واکنش¬های اندرکنش رس و آلاینده فلز سنگین می¬توان ماده شدت¬بخشی مناسب و با غلظت بهینه را تعیین نمود. به¬نظر می¬رسد این مهم ضمن کاهش هزینه¬ها در پروژه¬های واقعی، شرایط لازم برای افزایش راندمان در روش¬های بهسازی را فراهم می¬کند. بر این اساس اهداف کلی این پژوهش به شرح ذیل است: - ارائه مبانی الگوی بهینه کردن شدت¬بخشی رفع آلاینده فلز سنگین در روش الکتروکینتیک بر مبنای فاز¬های نگهداری آلاینده در خاک و تغییرات پتانسیل سطحی رس؛ - ساخت و توسعه تجهیزات آزمایشگاهی الکتروکینتیک بر مبنای تحقیقات قبلی و الگوی نظری پیشنهادی؛ - ارائه مبانی نظری و کاربردی فرآیند اندرکنش فلز سنگین و کائولینیت برای بهینه کردن رفع آلاینده¬های فلز سنگین در روش الکتروکینتیک برای رسیدن به اهداف ذکر شده، نخست از طریق آزمایش¬های ریزساختاری، فرآیند اندرکنش خاک، آلاینده فلز سنگین و مواد شدت‌بخشی مطالعه و تعیین شده و پس از آن با طراحی الگوی بهینه شدت¬بخشی در روش الکتروکینتیک، راندمان حذف آلاینده¬ فلز سنگین در خاک افزایش داده شد. بررسی¬های ریزساختاری از طریق انجام آزمایش¬های پراش پرتو ایكس، تصویر میكروسكوپ الكتروني پویشي، تعیین پتانسیل زتا، استخراج متوالی انتخابی، بافرینگ، طیف مادون قرمز و شستشوی شیمیایی صورت گرفته¬است. برای این منظور از خاک کائولینیت با درصد¬های مختلف کربنات، آلاینده فلز سنگین سرب و مواد شدت¬بخشی مختلف نظیر اسید استیک، اسید هیدروکلریک و EDTA با دامنه غلظت 0 تا 200 (cmol/kg-soil) استفاده شد. در این بخش به¬منظور بررسی بیشتر صحت نتایج، آزمایش¬هایی نظیر نگهداشت، بافرینگ، و پتانسیل زتا بر روی نمونه¬های بنتونیت نیز انجام پذیرفت. نتایج حاصل از این آزمایش‌‎ها نشان داده‌است که افزایش غلظت آلاینده فلز سنگین، و درصد کربنات موجب کاهش بزرگی پتانسیل پولک‌های رسی شده است. این مهم به معنای کاهش جریان الکترواسمز و راندمان در آزمایش¬های الکتروکینتیک است. در آزمایش¬های استخراج متوالی آلاینده نشان داده شده‌است که EDTA بر خلاف اسید هیدروکلریک حتی در غلظت¬های کم، نظیر 01/0 مولار نیز می‌تواند با ایجاد کمپلکس پایدار با آلاینده سرب بیش از 90 درصد آلاینده سرب فاز کربناتی را در تمامی محیط¬های قلیایی، خنثی و اسیدی حذف نماید. همچنین نتایج حاصل از شستشوی شیمیایی نشان داد ماده EDTA در غلظت¬های کم، نظیر 1 (cmol/kg-soil) توانایی بسیار بیشتری نسبت به اسید استیک و اسید هیدروکلریک در واجذب آلاینده سرب داشته¬است. به¬¬علاوه با جمع¬بندی نتایج آزمایش‌ها نشان داده شده‌است که می‌توان مکانیسم الکترواسمز از آند به کاتد را با استفاده از غلظت¬های کم EDTA و مکانیسم مهاجرت یونی از کاتد به آند را با استفاده از غلظت¬های زیاد این ماده تقویت نمود. پس از شناخت نسبی و درک ارتباط بین مؤلفه¬های تأثیرگذار در این پژوهش با جمع¬بندی از نتایج آزمایش¬های ریزساختاری و با بهره¬گیری از نتایج بخش اول تحقیق، یک مجموعه چینش از الگو¬های شدت¬بخشی برای آزمایش الکتروکینتیک طراحی و انجام شد. در این خصوص از مواد شدت¬بخشی اسید استیک و EDTA با غلظت 05/0 مولار در مخزن کاتد استفاده شد. همچنین به-منظور تقویت بیشتر مکانیسم‌های الکترواسمز و مهاجرت یونی از استیک اسید و EDTA با غلظت¬های بین 5/0 تا 30 (cmol/kg-soil) درون سلول خاک نیز استفاده شده¬است. به¬طور کلی نتایج این پژوهش حاکی از آن است که در آزمایش¬های الکتروکینتیک با توجه به مکانیسم¬های انتقال آلاینده، برای حصول حداکثر راندمان لازم است در هر قسمت از طول نمونه از یک الگوی شدت¬بخشی مناسب بهره گرفت. بر اساس نتایج این رساله، پیش از انجام بهسازی به روش الکتروکینتیک، می¬توان در زمینه نحوه انتخاب، نوع و غلظت مواد شدت¬بخشی، بر پایه رفتار ژئوتکنیک زیست‌محیطی خاک به الگوی شدت¬بخشی مناسب دست یافت. در این خصوص با توجه به نتایج، نشان داده شده‌است که در کائولینیت کربنات‌‌دار می¬توان بازدهی حذف آلاینده را از 5/26 درصد (حالت پایه بدون مواد شدت¬بخشی) به حدود 55 درصد (بیش از 100 درصد بهبود راندمان)، و با پاکسازی یکنواخت¬تری در طول نمونه افزایش داد. به¬عنوان جمع¬بندی، به عنوان رئوس کلی نوآوری این تحقیق، نتایج این رساله نشان می‌دهد که در مقیاس عملی و کاربردی براساس مبانی تئوریک رفتار کانی¬های رسی و با تعیین ارتباط نرخ تغییرات پتانسیل سطحی پولک¬های رسی، گروه¬های عاملی، نگهداری آلاینده در فاز¬های مختلف خاک و تأثیر مواد شدت¬بخشی بر این فرآیند¬ها می¬توان الگوهای شدت¬بخشی بهینه را طراحی نمود تا راندمان رفع آلاینده فلز سنگین از خاک به روش الکتروکینتیک با افزایش چشم¬گیری اتفاق افتد.

فایل: ّFile: دانلود فایل