دانلود پایان نامه با موضوع آلاینده ها، سوخت و سازی، آب زیر زمینی

دانلود پایان نامه ارشد

به نیترات پمپاژ شده و به کارخانه ی تصفیه فاضلاب موجود برای حذف نیترات یا کارخانه ی تصفیه ی خاص که برای آلودگی نیترات ایجاد شده تخلیه می شود. این تصفیه ممکن است گران باشد و کارخانه ی تصفیه موجود غیر ممکن است بتواند حجم زیادی را تصفیه کند. Interstate Technology and Regulatory Cooperation Work Group, 2000)
تبادل یونی عبارت از پمپاژ آب آلوده به نیترات از طریق یک لایه رزین با آنیون های قابل تبادل است، بدین وسیله نیترات با کلر یا بیکربنات تبادل انجام می دهد.
در اسمز معکوس نیترات به وسیله ی نیروی آب از عرض یک غشای نیمه تراوا عبور می کند و نیترات و دیگر آنیون ها پشت غشا باقی می مانند. جریان پسماند اسمز معکوس نیاز به تصفیه دارد و محلول غلیظ از یک جریان الکتریکی مستقیم عبور می کند، این فرآیند هزینه بر است و نیاز به پایش پیوسته دارد Kappor, 1997) ).

2-7-4- پمپاژ و پسماند:

پمپاژ آب زیرزمینی آلوده به نیترات پسماند انجام شده است، با این وجود این فرآیند معمولا به کرات انجام شدنی نیست. آب غنی از نیترات ممکن است به یک سیستم تبخیر تخلیه شود یا به داخل یک سفره ی شور عمیق یا واحد زمین شناسی تزریق شود. منابع آب زیرزمینی حین تبخیر یا تزریق از دست می روند. دفع به طریق تبخیراگر مدیریت صحیح نشود ممکن است مشکل ساز شود و این تدبیر خوبی برای حذف منبع آلاینده برای یک منطقه آلوده شده نخواهد بود. تزریق آب زیرزمینی آلوده به نیترات در یک واحد زمین شناسی عمیق خیلی مطمئن نیست. Interstate Technology and Regulatory Cooperation Work Group, 2000)

2-7-5- پاکسازی گیاهی

یک ابزار حذف، انتقال یا نفوذ آلاینده ها در خاک و آب زیرزمینی از طریق استفاده از گیاهان به صورت پاکسازی فعال ونیز غیر فعال است.
گیاهان می توانند آلاینده ها را از طریق یک یا بیش از 4 فرآیند پاکسازی کنند:
تغییرشکل گیاهی، استخراج گیاهی، تثبیت گیاهی و پالایش ریشه ای Schnoor, 1997)).
در بین اینها تغییر شکل گیاهی فعالترین فرآیند در حذف گیاهی ترکیبات نیتروژن است . بعلاوه به خاطر حین انتقال ترکیبات نیتروژن ، مقدار زیادی از آب به شکل بخارخارج می شود. بنابراین نه تنها گیاهان می توانند انواع معینی از آلاینده ها را حذف کنند، بلکه آنها به عنوان استخراج کننده ی آب زیرزمینی و نیز ساختارهای کنترل جریان عمل می کنند. بعلاوه تکنیک های پاکسازی گیاهی عموما مورد توافق عموم هستند چرا که فهم آنها راحت است و دیدن انتقال مواد موجود در یک منطقه آلوده امری ممکن است. با وجودی که این تکنیک به عنوان وسیله خیلی مناسبی در ارتباط باآلودگی کود و دیگر ترکیبات نیتروژن است، محدودیت هایی برای کاربرد آن وجود دارد.
غلظت بالای نیترات و یا آمونیوم ، هم به طور کلی و هم در مراحل خاصی از رشد گیاه، منجر به سمیت گیاه می شود. خاک های شور یا قلیایی نیز ممکن است در حضور دیگر آلاینده های موجود، سمیت را افزایش دهند. عمق آلودگی ممکن است از عمق ریشه فراتر رود، بنابراین کاربرد محدود می شود. بااین وجود بعضی از مناطق نشان دهنده ی این است که جذب نیتروژن و انتقال آن می تواند به طور موثری الگوهای آلاینده ها را در اعماق بیش از 10 متر زیر زمین تغییر دهد. خاک های سفت و متراکم ممکن است عمق ریشه ای را محدود کنند که این مسئله حتی با گونه هایی که عموما عمیق ریشه اند دیده می شود چرا که می تواند به طور ضعیفی شرایط خاک را زهکشی کند. الگوهای حرکت، خواص مرزها، حق عبور از روی ملک دیگران، ساختمان تقریبی و حدود مرگ ممکن است مسائل محدودیت را دامن بزند.
دیگر فاکتور محدودکننده استفاده از پاکسازی گیاهی، طول زمان گیاهکاری برای بلوغ کافی است تا در حذف نیتروژن به طور قابل توجه موثر باشد. مناطقی که بایستی فورا اقدام به حفاظت ذخایر آب آشامیدنی شوند ممکن نیست بتوانند منتظر کاشت و بالغ شدن گیاهان شوند. Interstate Technology and Regulatory Cooperation Work Group, 2000)

2-7-6- تکنولوژی های پاکسازی نو ظهور و جدید

امروزه برای آزمایش آب از لحاظ نیترات کیت‌های خانگی به بازار آمده‌اند. آزمایش نیترات آب آشامیدنی شایع‌ترین آزمایشی است که افراد، آزمایشگاه‌های تجاری و آزمایشگاه‌های ناظر دولتی مثلا در  ادارات بهداشت انجام می‌دهند.
بسیاری از کیت‌های تجاری اندازه ‌گیری نیترات و روش‌های اندازه ‌گیری نیترات در سازمان‌ها از فلز سنگین کادمیوم استفاده می‌کنند تا فرآیند آزمایش نیترات را از نظر زمانی کوتاه کنند.کادمیوم فلزی سمی است، بنابراین در استفاده از این کیت‌ها باید احتیاط کرد و دفع آنها نیز باید به صورتی انجام گیرد که باعث آلودگی محیط زیست نشود. اخیرا کیت‌های اندازه‌گیری نیتراتی به بازار آمده‌اند که روشی بدون کادمیوم را به کار میبرند و بنابراین خطرات کیت‌های قدیمی را ندارند.
نیترات‌زدایی زیستی افزایش یافته یک تکنولوژی پاکسازی است که از طریق منبع کربن برای آبخوان آلوده به نیترات مطرح شده است، زیرا که بیشتر آبخوان‌ها هوازی هستند. باکتری‌های هوازی بومی، کربن موجود در محیط را به عنوان منبع کربن و اکسیژن را به عنوان گیرنده‌ی الکترون مصرف می‌کنند. اکسیژن در آبخوان مصرف شده و آبخوان بی‌هوازی می‌شود. وقتی این اتفاق افتاد و یک منبع کربن فراوان وجود داشته باشد، باکتری‌های نیترات زدای بومی تکثیر شده و نیترات از طریق تنفس هوازی به گاز نیتروژن بی ضرر احیا می‌شود. با این وجود این فرآیند خیلی کند است و نیاز به ده‌ها و حتی قرن‌ها سال زمان برای کامل شدن دارد زیرا کمبود یک منبع انرژی کربنی برای رشد باکتری‌ها هست Mc Carty, 1969)) .
زیر لایه‌های کربنی مثل متانول، اتانول، استات و شکر به طور قابل ملاحظه‌ای سرعت نیترات‌زدایی را به توسط استفاده به عنوان دهنده‌ی الکترون و ذخیره‌ی انرژی برای باکتری‌های بومی، بهبود می دهند. در حالیکه نیترات گیرنده‌ی الکترون است. در فرآیند سوخت و سازی نیترات زدایی، نیترات در نهایت از طریق احیای شیمیایی چند مرحله ای، تولید گاز نیتروژن می کند;

واکنش 5-1 NO3-→NO-2→NO(g)→N2O(g)→N2(g)
Knowles, 1982)).
نیتریت مهمترین واسطه است در حالیکه N2O و NOکوته عمر هستند. در عمل اکسیژن محلول نیز گیرنده‌ی الکترون است و توسط باکتری طی نیترات‌زدایی حذف می‌شود.
به دلیل اینکه نیترات‌زدایی برجا سریع است، به نظر می‌رسد تکنولوژی موثری برای تصفیه‌ی آب زیرزمینی و نیزخاک باشد.
ایزوتوپ های پایدار و کلرید نیز برای انگشت نگاری ژئوشیمیایی اثرات سیستم های عفونی در مقابل منابع دیگر آلودگی آب زیرزمینی استفاده می شود.

فصل سوم

مروری بر مدل های ریاضی و معادلات حاکم بر جریان

مقدمه

مدل آب زيرزميني در واقع فرم ساده شده‌اي از يك سيستم واقعي آب‌هاي زيرزميني است كه بطور تقريبي همبستگي بين عمل و عكس العمل هيدروديناميكي را در يك سيستم ارائه مي‌دهد .(Prickett, 1975)
در سال‌های اخیر تهیّه‌ی مدل آب‌های زیرزمینی به صورت بخش اصلی تعداد زیادی از پروژه‌های مربوط به بهره‌برداری، حفاظت و پاکسازی آب‌های زیرزمینی در آمده است. با ادامه‌ی پیشرفت سخت افزاری و نرم‏افزاری رایانه و تهیّه سهل‌تر آن‌ها، نقش مدل‌ها در علوم کمّی زمین، نظیر هیدروژئولوژی نیز افزایش یافته است(چیت سازان،1381).
مدل‌های ریاضی آب زیرزمینی که از اواخر قرن 19 میلادی مورد استفاده قرار گرفتهاند، مجموعهای از معادلات دیفرانسیل است که چگونگی جریان آب زیرزمینی را تحت حاکمیت خود قرارمی دهند. در زیربه معرفی انواع مدل‌های آب زیرزمینی می‌پردازیم.

3-1- انواع مدل‌های آب زیرزمینی

انواع متعددی از مدل‌های آب زیرزمینی جهت مطالعه سیستم‌ جریان آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. به طور کلی ‌مدل‌های آب زیرزمینی به دو گروه مدل‌های فیزیکی و مدل‌های ریاضی تقسیم می شوند (,1997 .( Kresic

3-1-1- مدل‌های فیزیکی

این مدلها مشتمل بر دو نوع کوچک مقیاس و قیاسی می‌باشند.

الف- مدل‌های کوچک مقیاس

این مدل ها با استفاده از اصول و خواص فیزیکی طبیعی آبخوان در یک مقیاس کوچکتر ساخته می‌شوند. این‌ گونه مدل‌ها به دلیل ناشناخته و پیچیده بودن شرایط طبیعی آبخوان در مطالعات منابع آب زیر زمینی کاربرد چندانی ندارند.

ب- مدل‌های قیاسی

در این مدلها از شباهت دو سیستم فیزیکی استفاده شده و از یکی از سیستم‌ها که کاربرد آن ساده‌تر است در شبیه سازی سیستم دیگر استفاده می‌گردد. از مهم‌ترین انواع مدل قیاسی مدل الکتریکی، مدل روغنی و مدل حرارتی رامی توان نام برد ((Thangarajan, 2003.

3-1-2- مدل‌های ریاضی

مدلهایی که در آن‌ها توصیف اجزای جریان آب زیرزمینی با استفاده از معادلات ریاضی صورت می‌گیرد، مدل ریاضی نامیده می‌شوند. بسته به نوع معادلات، مدل‌های مذکور به انواع زیر تقسیم بندی میشوند :
• مدل‌های تجربی (Emprical Models)
• مدل‌های احتمالاتی (Probabilistic Models)
• مدل‌های علت و معلولی یا معین (Deterministic Models)

3-1-2-1 – مدلهای تجربی

این مدل ها حاصل دادههای تجربی هستند که بر نوعی معادله‌ی ریاضی برازش داده میشوند (,1997 .( Kresic قانون دارسی مثال خوبی در این مورد است. گرچه مدلهای تجربی قلمرو محدودی دارند و در محل و یا در مورد مسئله خاصّی مورد استفاده قرار میگیرند، ولی می‌توانند بخش مهّمی از یک مدل پیچیده‌ی عددی را تشکیل دهند.
3-1-2-2 – مدلهای احتمالاتی
مدلهای احتمالاتی بر اساس قوانین آمار و احتمالات میباشند(,1997 .( Kresic یک مدل احتمالاتی دارای چندین مولفه تصادفی میباشد و رابطه بین علت و معلول در این مدل هااز یک رابطه فیزیکی تبعیت نمیکند و ناشناخته است. مثل وقوع بارش که بخشی از آن فیزیکی و بخشی تصادفی است.

3-1-2-3-مدلهای علّت و معلولی یا معین

در مدلهای علّت و معلولی، فرض بر آن است که واکنشهای آتی آبخوان مورد مطالعه، با قوانین فیزیکی حاکم بر جریان آب‌ زیرزمینی تعیین شوند. برای مثال جریان آب زیرزمینی به طرف چاهی که به طور کامل در آبخوان محصور حفر گردیده است، توسط معادله تایس توصیف میشود.
مدلهای علت و معلولی، بر اساس نوع روش حل ریاضی به دو گروه عمده تقسیمبندی می‌شوند:
• مدلهای تحلیلی (Analytical Models)
• مدلهای عددی (Numerical Models)

1- مدلهای تحلیلی

مدل‌های تحلیلی در واقع حل دقیقی را برای معادله ریاضی یک فرایند فیزیکی ارائه می‌کنند. در مسائل هیدروژئولوژی برای حل این معادلات، شرایط جریان، یک بعدی یا دو بعدی و آبخوان، هموژن و بدون در نظر گرفتن تغییرات زمانی و مکانی است. در این روش سیستم مورد نظر بایستی شکل هندسی خاصی داشته و از نظر شرایط مرزی و شرایط اولیه پیچیدگی نداشته باشد((Thangarajan, 2003.
مدل‌های تحلیلی هر بار یک معادله جریان آب زیرزمینی را حل می‌کنند (,1997 .( Kresic
علاوه بر وقت گیر بودن این مدل‌ها اگر وضعیّت پیچیدهتر شود، نظیر مواقعی که چندین مرز و چندین آبخوان که از لحاظ هیدرولیکی به یکدیگر متصل‌ هستند وجود داشته باشد، کاربرد مدلهای تحلیلی امکان‌پذیر نخواهد بود.

2- مدلهای عددی
مدلهای عددی نسبت به مدلهای تحلیلی قابلیّت بیشتری دارند و امروزه استفاده از آن‌ها به دلیل در دسترس بودن کامپیوتر از بعضی مدل‌های تحلیلی پیچیده آسانتر است. در مدل آب‌های زیرزمینی پنج روش عددی مورد استفاده قرار میگیرد((Thangarajan, 2003 که عبارتند از:
• تفاضل محدود (Finite Difference)
• عناصر محدود (Finite Element)
• تفاضل محدود تلفیقی (Integrated Finite Element)
• روش معادله انتگرال مرزی (Boundary Integral Equation Method)
• المان تحلیلی (Analytic Elements)
از روشهای عناصر محدود و تفاضل محدود برای حل مسائل جریان استفاده میشود و انتخاب هر یک از

پایان نامه
Previous Entries دانلود پایان نامه با موضوع محیط زیست، آلاینده ها، طبیعت گردی Next Entries دانلود پایان نامه با موضوع مدل سازی، ایالات متحده، سطح ایستابی