منبع پایان نامه با موضوع نمونه برداری، مدل مفهومی، آلاینده ها، زیست محیطی

کرده و آنها را ارزیابی کند و تمام این مراحل بخشی از اهداف تأمین کیفیت داده است که طرح نمونه برداری بر اساس آن ریخته می‏شود.
نخستین گام در طراحی برنامه، تعریف اهداف نمونه برداری است. بدین معنی که آیا انجام نمونه برداری ضرورت دارد؟ در این ارتباط برخی از دلایل نمونه برداری عبارتند از :
نیاز به نگهداری ویژه پسماندی که دارای مقدار بالایی از یک آلاینده خاص باشد (برای مثال سرب).
تعیین گسترش آلودگی: چنانچه نشتی رخ داده باشد، لازم است گستره آلودگی در آب زیرزمینی، گسترش مواد آلاینده در پایین دست رود، یا وسعت و مقدار خاک آلوده شده توسط نشت تعیین شود.
به دست آوردن اطلاعات در مورد غلظت زمینه اولیه، به بیان دیگر غلطت آلاینده قبل از رخداد نشت چقدر بوده است.
اثبات یک تخطّی از قانون: این موضوع یک دلیل رایج برای نمونه برداری از یک منطقه آلوده شده است. در این مورد نمونه و نتایج آزمایش ممکن است در یک دادگاه به عنوان شاهد محسوب شوند.
تعیین ویژگیهای مکانی که برای تعیین ماهیت و گستردگی آلودگی، یا تعیین اثرات زیست محیطی، پایش مهاجرت آلاینده ها، پاکسازی آلودگی، و پایش پاکسازی بکار می رود برای انجام این کار چند نکته که باید مورد توجه قرار گیرد عبارتند از :
الف- شناسایی منطقه مورد مطالعه (نقشه برداری راهبردی)
ب-تعیین اهداف و مرزهای منطقه ای که نمونه برداری باید در آن انجام شود.
ج-جمع آوری داده ها و اطلاعات موجود در منطقه مورد مطالعه
چ-توسعه یک یا چند مدل مفهومی برای منطقه مورد مطالعه با استفاده از داده های موجود
ح-انجام یک بررسی اجمالی بر روی منطقه با استفاده از نمونه برداری اکتشافی. این مرحله ممکن است برای اصلاح مدل مهندسی شامل روشهای زمین فیزیکی غیر مخرب و غربالگری در عملیات صحرایی باشد.
خ- بررسی تفصیلی منطقه، برنامه نمونه برداری
د-جمع آوری نمونه ها و انجام اندازه گیری مطابق با برنامه نمونه برداری، برای بررسی منطقه
ذ-تحلیل داده های صحرایی و آزمایشگاهی برای اصلاح بیشتر مدل مفهومی
ر-تهیه مدل مفهومی پذیرفته شده
ز-گزارش
ژ-پاکسازی (درصورت نیاز)
ارائه مدل مفهومی منطقه در کمک به تعیین نوع نمونه های زیست محیطی مورد نیاز امری ضروری است. یک مدل مفهومی بر نوع و گسترش آلودگی تأکید داشته، مسیرهای انتقال آلودگی را تعیین کرده و دریافت کننده های بالقوه را شناسایی می کند (برای مثال استفاده کننده ها از آب چاه، توده های آب سطحی، مواد غذایی و خوراک دام) (USEPA, 2002).
انواع گوناگون روشهای نمونه برداری وجود دارد. برخی از آنها عبارتند از تصادفی، لایه ای و نمونه برداری سیستماتیک در نقاطی که بصورت قضاوتی انجام شده اند. در هر حال سه نوع اصلی نمونه برداری وجود دارد (جدول3-1):
نمونه برداری تصادفی
نمونه برداری سامانمند
نمونه برداری قضاوتی
جدول3-1 برخی روشهای رایج مورد استفاده برای تعیین نقاط نمونه‌برداری
(Swyngedouw and Crepin, 2008)
روش
توصیف
شبکه منظم
منطقه توسط شبکه‌هایی تقسیم می‌شود، و نمونه‌ها در نقاط از پیش تعیین شده در شبکه برداشت می‌شوند.
نمونه‌برداری تصادفی لایه‌ای
منطقه به نواحی کوچکی با اندازه مساوی تقسیم می‌شود و تعداد معینی از نقاط نمونه‌برداری به صورت تصادفی در هر ناحیه انتخاب می‌شوند.
نمونه‌برداری قضاوتی
این روش در مواردی استفاده می‌شود که بررسیهای اولیه مناطق با غلظت بالا را مشخص کرده باشد. اندازه منطقه نمونه‌برداری و تعداد نمونه‌ها به گونه‌ای مشخص می‌شود که مناطق آلوده را دقیق‌تر مشخص کند.
در بیشتر موارد روش قضاوتی همراه با نمونه برداری تصادفی یا شبکه ای به کار می رود تا از مزایای هر دو استفاده شود (شکل3-2). جدول 3- 2مزایا و معایب روشهای نمونه برداری را خلاصه می کند.
جدول3-2- مزایا و معایب روشهای اصلی نمونه‌برداری
روش
تعدادنسبی نمونه‌ها
گرایست نسبی بین سه روش
مبنای انتخاب نقا ط نمونه‌برداری
قضاوتمند
کمترین
بیشترین
دانش قبلی
سامانمند
زیاد
کم
شبکه یا الگوی منظم
تصادفی
بیشترین
کمترین
انتخاب تصادفی ساده

3-2-2-انواع نمونه
در تمام نمونه برداریها سعی بر آن است که نمونه های نشانگر برداشت شود. یک نمونه نشانگر، نمونه ای کامل (برای مثال یک کومه پسماند) است که می توان انتظار داشت نشان دهنده جمعیت نمونه برداری شده باشد.
دونوع نمونه وجود دارد نمونه فله ای و مرکب. نمونه های فله ای در موقعیت های انتخاب شده در زمان و مکان جمع آوری می‏شوند. نتایج حاصل از نمونه های فله ای را می توان برای ارزیابی تغییر غلظت اجزای تشکیل دهنده به کاربرد. نمونه های مرکب توسط آمیختن فیزیکی نمونه های فله ای تشکیل می شوند، و ازینرو یک میانگین فیزیکی را به دست می‏دهند. نمونه های مرکب، نوسانات تصادفی طبیعی در خطای نمونه برداری را ادغام کرده، و ازینرو پردازش بعدی را ساده تر می‏کنند. نمونه برداری مرکب، برای کاهش هزینه ها نیز انتخاب می‏شود. باید توجه داشت که نمونه های تجزیه شده برای مواد فرار نباید مرکب باشند.

3-2-3-تعداد نمونه ها
تعداد نمونه هایی که برداشته می شود به موارد زیر بستگی دارد (CCME, 1993):
تعداد نواحی مشخص شده
تعداد روشهای تجزیه ای متفاوت مورد نیاز
تعداد نمونه های مورد نیاز هر روش تجزیه ای
چند نمونه از منطقه کنترل مورد نیاز است.
چند نمونه مکمل مورد نیاز است
بودجه موجود

3-2-4-نمونه برداری از خاک
نمونه های خاک بازگوکننده نوسانات ترکیب زمین در سطحی ترین لایه های پوسته آن هستند. مقایسه بین داده های خاک رویی و خاک زیرین می تواند اطلاعاتی در ارتباط با فرایندهای غنی شدگی یا تهی شدگی لایه های مختلف خاک را بدست دهد. معمولاً در بیشتر مطالعات علمی خاک و زیست محیطی از کسر کوچکتر از 2 میلی متر استفاده می‏شود.
قواعد کلی نمونه برداری از خاک عبارتند از :
خاک باید تا جایی که امکان پذیر است بهم ریخته نباشد یعنی در لایه بندی، آب میان روزنه ای، و مواد فرار آن تغییری رخ نداده یا حداقل باشند.
مختصات جغرافیایی نمونه برداری باید توسط GPSثبت شود.
ویژگیهای صحرایی هر نمونه باید یادداشت شود (یادداشتهای صحرایی)
هر یک از نمونه های مجزا باید نمایانگر کل یک لایه یا بخشی از آن، یا افق برداشت شده در یک منطقه منفرد باشد.
جزء کوچکتر از 2 میلی متر هر نمونه باید در آزمایشگاه جدا شود.

3-2-4-1-ملاحظات کلی برای تجزیه خاک
ترکیب خاک حتی در ناحیه‌ای کوچک نیز ممکن است بسیار متفاوت باشد. در ارتباط با خاکهای آلوده، منبع آلودگی و تحرک آن در خاک که به نوبه خود به pH خاک و ترکیب آن بستگی دارد نیز باید مد نظر باشد. برخی از آلاینده ها که از جو نهشته می شوند معمولاً کاملاً نامتحرک بوده و در لایه های سطحی خاک باقی می‏مانند. آلودگی سرب ناشی از وسایل نقلیه موتوری به سرعت با افزایش عمق (چند سانتی متر) کاهش می‏یابد. دیوکسینها در لایه سطحی خاک باقی می‏مانند و مولکولهای آنها به شدت با اجزای سازنده خاک پیوند می‏خورد. آلاینده های دیگر ممکن است متحرک تر باشند. پیش از انتقال نمونه ها به آزمایشگاه باید آنها را در جای خنک نگهداری کرده یا منجمد کرد.
در صورتی که خاک بهم ریخته باشد (برای مثال توسط شخم زدن)، نمونه ها باید از کل ناحیه بهم ریخته برداشته شوند. اگر بررسی در ارتباط با جذب احتمالی عنصری آلاینده توسط گیاه یا محصولات کشاورزی انجام می‏شود، نمونه برداری باید در تمام عمقی که ریشه نفوذ می‏کند (که ممکن است بیش از عمق شخم زدن باشند) انجام شود. برای مکانهای دفن زباله، نمونه برداری باید در کل عمق محل دفن زباله انجام شود. نمونه برداری از مناطق آلوده ممکن است مستلزم انجام حفاری یا خاکبرداری باشد. در اینصورت آلودگی نمونه ممکن است از طریق وسایل نمونه برداری که تمیز کردن آنها در فاصله بین هر دو نمونه برداری کار مشکلی است، رخ دهد. در هر حال قطعاتی از نمونه بردار که در تماس مستقیم با نمونه هستند، باید خنثی بوده و از فولاد ضد زنگ یا پلی اتیلن چگالی بالا باشند. همچنین در صورت استفاده از تلمبه یا موتور برای نمونه برداری با وجود آنها در محل نمونه برداری، باید از آلودگی بیشتر و غیر مستقیم نمونه جلوگیری شود.

3-2-4-2-آماده سازی نمونه
آماده سازی نمونه‌های خاک برای تجزیه تفکیک شیمیایی شامل؛ (1) خشک کردن؛ (2) یکسان سازی و الک کردن؛ (3) پودر کردن؛ (4) ذخیره و نگهداری نمونه می‌باشد.
آسیاب کردن نمونه‌های خاک برای تجزیه استخراج گزینشی، به ندرت انجام می‌شود؛ زیرا این روش آماده سازی سبب افزایش قابل ملاحظه فلزات جزء محلول آلاینده‌ها می‌گردد (al., 1994 Houba et). خشک کردن نمونه در هوای آزاد قبل از انجام فرایند استخراج گزینشی روشی استاندارد است؛ هرچند عده‌ای بر این باورند که این روش آماده سازی منجر به افزایش غلظت عناصر مرتبط با اکسیدهای آهن و منگنز می‌شود. تأثیر خشک کردن نمونه در هوای آزاد بر نتایج تفکیک شیمیایی عناصر سمناک وابسته به ویژگی‌های خاک و شرایط رطوبت اولیه نمونه دارد؛ بنابراین روشی کلی برای پیش‌بینی تفاوت غلظت فلزات در شرایط رطوبت میدانی آنها با حالت خشک شده، وجود ندارد (Wenzel and Blum, 1994).
یکسان سازی نمونه مرحله‌ای اساسی در انجام صحیح تجزیه تفکیک شیمیایی می‌باشد؛ اما پودر کردن نمونه برای این منظور می‌تواند منجر به ایجاد جایگاههای جذب جدید و افزایش پدیده جذب سطحی مجدد (reedsorption phenomena) در طی تجزیه استخراج گزینشی گردیده و یا سبب تغییر مقدار کربنات و pHنمونه شود. این اثرات، بویژه زمانیکه نمونه‌های خاک مربوط به افق‌های مختلف باشند، بسیار شدید‌تر می‌شود.
الک کردن نمونه از مراحل اصلی آماده سازی نمونه‌های خاک و رسوب است. در بسیاری موارد نمونه‌های خاک تا قطر کمتر از 2 میلیمتر الک می‌شود (Theocharopoulos et al., 2001)؛ اما اگر الگویی از تفکیک شیمیایی با جزئیات بیشتر برای توزیع عناصر سمناک مدنظر باشد، می‌توان ذرات رس (کوچکتر از 2 میکرومتر)، سیلت (2 تا50 میکرومتر) و ماسه (50 تا2000 میکرومتر) را تفکیک و تجزیه استخراج گزینشی را بر روی هرکدام بطور جداگانه انجام داد (Brady and Weil, 1996).

3-2-4-3-تعیین pH
اگرچه آب جزء ضروری خاک است، اما خاک اغلب یک جامد به شمار می‏آید. از آنجا که pH را می توان تنها به عنوان غلظت یون هیدروژن در محلول تعریف کرد، pH نمونه خاک، pH آبی است که با آن خاک در تعادل است. از آنجا که حمل مواد درون خاک توسط اسیدینگی و قلیائینگی آب درون خاک, ساختار خاک را تحت تأثیر قرار می‏دهد، در بیشتر مطالعات خاک pH آن اندازه گیری می‏شود. برای تعیین pH در محلول خاک، به خمیر غلیظی از خاک و آب نیاز است. آب اضافه شده باید به گونه ای باشد که کمترین تداخل را با تعادل محلول ایجاد کند. سپس این خمیر برای مدت یک تا دو ساعت رها می شود تا به تعادل برسد.

3-2-4-4-عمق نمونه برداری
اگر خاک بهم ریخته نباشد، نمونه های جداگانه از افقهای مختلف خاک برداشته می‏شود. برای این منظور ممکن است از روش نمونه برداری عمقی تصادفی، یا نمونه برداری عمقی تصادفی لایه ای استفاده شود. این روشها زمانی به کار می رود که لایه ها غیر مشخص باشند. نمونه برداری با فواصل عمقی (نمونه برداری ناپیوسته) نیز برای مدیریت تغذیه یا زمانی که قرار است حرکت آلاینده ها بررسی شود، به کار می رود. شکل3-4 این سه رویکرد نمونه‌برداری عمقی را نشان می‌دهد.

شکل3-4-نمونه‌برداری عمقی. نمونه‌ها از هر افق خاک و توسط هریک از سه روش نشان داده شده برداشته می‌شوند (Swyngedouw and Crepin, 2008)

3-2-4-5-نمونه های کنترل (زمینه)
نمونه های کنترل نیز در بیشتر نمونه برداریهای خاک برداشته می‏شوند، در مورد این نمونه ها باید همان روشی که سایر نمونه های برداشته، آماده و تجزیه می‌شوند، به کار برده شود. از جمله مواردی که بر اعتبار نمونه های کنترل می توانند تأثیر داشته باشند این است که باید از تمیزی ابزار نمونه برداری اطمینان حاصل کرده و از تماس آنها با روغن یا هر عامل ضد رنگ اجتناب کرد.
محل نمونه