Comparison of the Performance of Contaminant Transport Barriers Using Laboratory Models

مقایسه عملکرد لایه­های مانع انتقال آلودگی با استفاده از مدل­های آزمایشگاهی

کاظم بدو¹ و مهدی نجف زاده²

تاریخ دریافت: 12/09/90  تاریخ پذیرش: 16/08/91

^1-  استاد گروه مهندسی عمران، دانشگاه ارومیه

^2- دانشجوی کارشناسی ارشد خاک و پی

^*مسئول مکاتبه: Email: k.badv@urmia.ac.ir  

چکیده

با انجام یک سری آزمایش­های آزمایشگاهی، گزینه­های مختلف لایه­های مانع انتقال آلودگی (لاینر) در مدفن زباله مورد ارزیابی قرار گرفت. مصالح انتخاب شده لاینر، برای خصوصیات انتشار مولکولی مورد آزمایش قرار گرفته و ضریب انتشار مولکولی یون کلر تعیین گردید. سه نوع گزینه لاینر شامل لایه رسی روی لایه سیلتی، لایه عایق رسی-ژئوسینتتیک (GCL) روی لایه سیلت، و لایه عایق رسی- ژئوسینتتیک روی لایه رسی، روی لایه سیلتی، به عنوان گزینه­های لاینر یک مدفن زباله با استفاده از مدل­های آزمایشگاهی و تحت شرایط انتقال یون کلر به طریقه انتشار مولکولی- فرارفت مطالعه شدند. با استفاده از ضرایب انتشار مولکولی تعیین شده در آزمایشگاه و سرعت جریان آب رو به پائین در مدل­ها، انتقال آلودگی مشاهده شده یون کلر به طریقه انتشار مولکولی– فرارفت با انتقال آلودگی پیش بینی شده با استفاده از مدل نظری، در گزینه­های مختلف لاینر­ها مورد ارزیابی قرار گرفته و به عنوان لاینر موثر و مناسب در مدفن زباله برای کاهش انتقال آلودگی باهم مقایسه شدند. مقایسه غلظت­های مشاهده­ای و نظری مدل شده نشان داد که توافق خوبی بین آنها وجود داشته و مدل نظری استفاده شده قادر است بخوبی رفتار مدل­های آزمایشگاهی را پیش بینی کند. مقایسه غلظت­های مشاهده شده در سفره آب زیرزمینی شبیه­سازی شده در کف لاینر­های مدل شده نشان داد که برای شرایط آزمایشگاهی در نظر گرفته شده در این مطالعه، هر سه گزینه لاینر انتخابی موانع خوبی از نظر کنترل انتقال آلودگی بوده، تفاوت معنی­داری بین آنها وجود نداشته، و دارای عملکرد مشابهی هستند.

واژه­های کلیدی: انتشار مولکولی، رس، ژئوسینتتیک، سیلت، عایق رسی، عملکرد، فرارفت، مدفن زباله

Comparison of the Performance of Contaminant Transport Barriers Using Laboratory Models

K Badv¹ and M Najafzadeh²

Recieved: 3 December 2011  Accepted: 6 November 2012

¹-Prof., Dept. of Civil Engin., Univ. of  Urmia. Iran.

²-M.Sc. Student, Dept. of Civil Engin., Univ. of  Urmia. Iran.

^*Corresponding Author E-mail: k.badv@urmia.ac.ir

Abstract

By performing a series of laboratory tests, different landfill barrier layers alternatives (liners) were investigated. The selected liner materials were tested for molecular diffusive transport and the diffusion coefficient of chloride ion was determined. Three liner alternatives comprising of clay over silt, geosynthetic clay liner (GCL) over silt, and GCL over clay over silt, were evaluated using laboratory models and under chloride ion advective-diffusive transport. Using the chloride diffusion coefficients obtained in the laboratory and the models downward flow velocity, the observed advective-diffusive transport of chloride ion was evaluated against the predicted transport by theoretical model in three landfill liner alternatives. They were then compared as an effective and suitable liner to decrease contaminant transport in the landfill. The comparison of observed and predicted concentrations showed that there is a good agreement between the two and the theoretical model is capable to predict the behavior of the experimental models. The comparison of the observed concentrations in the simulated ground water underneath the modeled liners showed that for the prevailed test conditions in this study, all three selected liners are good barriers in terms of controlling contaminant transport and there is no significant difference between them, and all possess similar performance.

Keywords: Advection, Clay, Diffusion, Geosynthetic clay liner, Landfill, Performance, Silt

مقدمه

شبیه­سازی یک مدفن زباله (لندفیل) با استفاده از مدل­های آزمایشگاهی برای ارزیابی نحوه انتقال آلودگی از میان لایه­های خاک و تأثیر آن در سفره­های آب زیرزمینی در مطالعات متعددی توسط محققین مختلف مورد بررسی قرار گرفته است (بدو و ماهوتی 2004، 2005، بدو و عبدالعلی زاده 2004، لیک و رو 2000، رو و براکمن 2004، رو و بدو a1996، b1996، بدو و رو 1996). استفاده از لاینرهای رسی متراکم شده در مدفن­ها متداول و اغلب اقتصادی است. لیکن در مناطقی که خاک رس کافی در دسترس نیست، عایق­های رسی- ژئوسینتتیک (GCLs) میتواند به عنوان گزینه­های جایگزین مورد استفاده قرار گیرد (بدو و فارسیمدان 2009، لیک 2000، لیک و همکاران 2004). ارزیابی‎‎‎‎‎‎‎‎ معادل­سازی لاینرها با استفاده از محاسبات نظری و انجام آزمایش­ها با شبیه­سازی­های آزمایشگاهی قابل انجام است. این مقاله نتایج یک سری آزمایش­های آزمایشگاهی به همراه محاسبات نظری را در خصوص عملکرد لاینرهای معادل، در یک مدفن زباله نشان می­دهد.

مبانی نظری انتقال آلودگی در سیستم­های چند لایه­ای

مکانیزم­های انتقال آلودگی از میان لایه های خاک شامل انتشار مولکولی[1]، فرارفت²، پخش شدگی³، جذب⁴ و تجزیه⁵ می­باشد. معادله زیر این مکانیزم­ها را تعریف می­کند (رو و همکاران 1995):

در این معادله  n پوکی خاک،  c  غلظت یون در خاک در زمان t و موقیعت مکانی x ، D  ضریب پخش شدگی هیدرودینامیکی، v  سرعت جریان آب زیرزمینی،  دانسیته خشک خاک،  ضریب توزیعی جذب یون در خاک و  نیمه عمر ماده آلوده می­باشد. ضریب پخش شدگی هیدرودینامیکی مجموع ضریب انتشار مولکولی موثر D_e و ضریب پخش مکانیکی D_md می­باشد:

مکانیزم انتشار مولکولی، حرکت ماده آلوده بر اساس اختلاف غلظت در سیال در محیط متخلخل است. این پدیده در محیطی که گرادیان هیدرولیکی آن پایین است و یا جریان آب برقرار نیست غالب می‌شود. پارامترهای مختلفی در مقدار ضریب انتشار مولکولی یک یون مشخص در یک خاک مشخص دخالت دارند. از جمله این پارامترها جنس و نوع خاک، درصد رطوبت و یا درجه اشباع خاک می‌باشند. ضریب انتشار مولکولی موثر با درصد رطوبت حجمی خاک تغییر می­کند (پورتر و همکاران 1960، کمپر و ونشیک 1966). برای تخمین ضریب انتشار مولکولی خاک غیراشباع از روی ضریب انتشار مولکولی همان خاک درحالت اشباع یا نزدیک اشباع می­توان از فرمول زیر استفاده کرد (رو و بدو a1996، b1996):

در این معادله، D_e، ضریب انتشار مولکولی موثر یون در خاک غیر اشباع، D_e(ref) ضریب انتشار مولکولی موثر یون در خاک اشباع، q، درصد رطوبت حجمی خاک غیر اشباع وn  =_ref  درصد رطوبت حجمی خاک اشباع برابر با پوکی خاک می­باشد. یعنی در حالت غیر اشباع ضریب انتشار مولکولی تابعی خطی از درصد رطوبت حجمی می­باشد.

شرط مرزی در کف لندفیل (بالای لایه­های خاک) که در آن یونهای شیرابه با غلظت معین به لایه­های زیرین خاک حرکت کرده و باعث کاهش غلظت در طول زمان می­شود، با معادله زیر تعریف می­شود (رو و بوکر 1984، 1985):

در این معادله t زمان،   غلظت اولیه یون در کف لندفیل،  نرخ افزایش غلظت ناشی از افزودن زباله به لندفیل،   ارتفاع معادل شیرابه در کف لندفیل،   جریان ورودی از کف لندفیل به داخل خاک و   حجم شیرابه زهکشی شده از کف لندفیل می­باشد.

شرط مرزی پایین در زیر لایه­های خاک، همان سفره آب زیر زمینی با جریان افقی آب در داخل آن می­باشد. یون­های ماده آلوده کننده پس از عبور از میان لایه­های خاک وارد این لایه می­شوند. این شرط مرزی با معادله زیر تعریف می­شود:

در این معادله H_bضخامت لایۀ خاک در بالای لایۀ آبدار،  غلظت یون در لایه آبدار، جریان ورودی به لایه آبدار،  تخلخل لایه آبدار،  ضخامت این لایه،  سرعت دارسی در لایه آبدار و بالاخره  ضریب پخش­شدگی هیدرودینامیکی لایه آبدار در جهت افقی می­باشد.

برای مدل­سازی سیستم چند لایه­ای (مثل سیستم­های دو و سه لایه­ای که در این مطالعه استفاده گردیده است)، طوری که شرایط جریان پایدار یک بعدی در آن برقرار باشد، باید سرعت دارسی بین لایه­ها یک جریان پیوسته­ای را تامین کند:

همچنین لازم است برای لایه­های i و i+1 ، بقای جرم و پیوستگی غلظت در مرز لایه­ها و در عمق (z_i)، تامین گردد و در مرز لایه­ها شرایط زیر برقرار شود :

در معادله 7، v_a سرعت دارسی آب در خاک می­باشد. محاسبات نظری برای مدل­های آزمایشگاهی استفاده شده در این مطالعه که در ادامه توضیح داده شده است، شامل حل معادلات بالا با لحاظ شرایط مرزی اعمال شده در مدل­ها می­باشد. حل معادلات فوق توسط رو و بوکر (1994) ارائه شده و در کد کامپیوتری POLLUTE تعبیه شده که در محاسبات نظری در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است.

مواد و روش­ها

در آزمایش­ها از دو نوع خاک ریزدانه محلی شامل خاک رس تهیه شده از یک کارخانه آجرپزی واقع در منطقه نازلوی ارومیه به عنوان لاینر رسی و خاک سیلت حاشیه رودخانه شهرچای ارومیه به عنوان خاک طبیعی بستر لندفیل استفاده شد. عایق رسی- ژئوسینتتیک (GCL) مورد استفاده نیز لاینر استاندارد مورد استفاده در لندفیل‌های مهندسی- بهداشتی با نام تجاری Modulo Geobent XP می‌باشد. خصوصیات مکانیکی این مصالح در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1- خصوصیات مکانیکی مصالح مورد استفاده در آزمایش­ها.

در این مطالعه ملاک ارزیابی و عملکرد لاینرهای مختلف، میزان انتقال آلودگی از میان آنها می­باشد. مکانیزم­های غالب در انتقال آلودگی از میان لاینر­های استفاده شده دو مکانیزم مهم انتشار مولکولی و فرارفت بودند. ابتدا آزمایش انتشار مولکولی بر روی هر یک از خاک­ها انجام پذیرفته و ضرایب انتشار مولکولی آنها تعیین گردید. در مرحله بعد آزمایش­های فرارفت- انتشار مولکولی برای سه گزینه لاینر انجام گردیدند. و در نهایت با توجه به نتایج بدست آمده و مقایسه میزان آلودگی عبوری ازلاینر­ها و رسیدن آن به سفره آب زیرزمینی که توسط یک مخزن دریافت کننده آلودگی در کف لاینرها شبیه­سازی شده بود، لاینرها از نظر عملکرد با هم مقایسه شدند. 

آزمایش‌های انتشار مولکولی

از آنجا که پارامتر ضریب انتشار مولکولی نقش مهمی در انتقال آلودگی از میان خاک‌ها دارد، ابتدا روی هر خاک دو بار آزمایش انتشار مولکولی انجام شد تا ضمن کسب اطمینان از تکرار پذیری نتایج، مقدار متوسط به عنوان ضریب انتشار مولکولی یون کلر در خاک مورد نظر انتخاب شود. این آزمایش­ها با استفاده از یک لوله پلی اتیلن که کف آن با یک صفحه شیشه‌ای مسدود شده بود انجام گردید. شکل 1 تصویری از آزمایش انتشار مولکولی روی نمونه خاک رسی را نشان می­دهد. روش آزمایش روی نمونه خاک سیلتی مشابه آزمایش روی نمونه خاک رسی است. روش آزمایش انتشار مولکولی روی عایق GCL توسط بدو و فارسیمدان (2009) توضیح داده شده است.

شکل 1-  مدل فیزیکی آزمایش انتشار مولکولی

نمونه‌های خاک در داخل لوله با رطوبتی برابر 2 الی 4 درصد بیشتر از رطوبت بهینه متراکم شده، سپس محلول آلوده روی نمونه‌های خاک ریخته شده و آزمایش انتشار مولکولی آغاز گردید. پس از شروع آزمایش در فواصل زمانی مشخص نمونه‌برداری از مخزن آلوده انجام و برای ثابت نگه داشتن ارتفاع ماده آلوده، معادل حجم نمونه برداشت شده، آب مقطر به منبع آلودگی اضافه شد. پس از طی مدت مشخص (حدود 9 روز) محلول آلوده از بالای نمونه‌ها تخلیه شده، نمونه‌ها به صورت لایه‌ لایه و با ضخامت یکسان بریده شدند. درصد رطوبت، درجه اشباع و وزن مخصوص خشک و درنهایت درصد رطوبت حجمی هر لایه محاسبه شد. غلظت محلول لایه‌های خاک که توسط دستگاه استحصال تهیه شده بودند به همراه محلول‌های بدست آمده از منبع آلودگی با استفاده از دستگاه یون متر (مجهز به الکترود یون کلر) اندازه‌گیری شده و نمودارهای مشاهده­ای غلظت- زمان و غلظت- ارتفاع خاک رسم گردیدند که در ادامه نشان داده شده­اند.

آزمایش­های فرارفت- انتشار مولکولی

در این مرحله بعد از مشخص شدن ضرایب انتشار مولکولی خاک‌های مورد استفاده، با استفاده از مدل­های آزمایشگاهی، آزمایش­های فرارفت- انتشار مولکولی در گزینه­های مختلف لاینر انجام شدند. ابتدا مدل مورد نیاز با بررسی مدل‌های مورد استفاده در تحقیقات قبلی و با در نظر گرفتن شرایط خاص تحقیق حاضر طراحی و ساخته شد  (ماهوتی 1382). مدل مورد استفاده در این سری از آزمایش­ها مطابق شکل 2 می­باشد. در این شکل گزینه دوم لاینر، شامل یک لایه عایق GCL روی لایه سیلت دیده می­شود. در گزینه اول به جای عایق GCL لایه رسی قرار می­گیرد، و گزینه سوم دارای سه لایه شامل عایق GCL روی لایه رسی، روی لایه سیلتی می­باشد. مطابق شکل 3 این مدل دارای یک مخزن دریافت کننده آلودگی در پایین، محل جاگذاری لایه های خاک و عایق رسی-ژئوسینتتیک (GCL) در وسط، و مخزن ماده آلوده (در این مطالعه محلول کلرور سدیم) در بالای مدل است. محل جاگذاری لایه­ها به صورت قطعات جداگانه ساخته شد تا امکان قرارگیری هر اندازه از مواد مختلف داخل آن وجود داشته باشد. مطابق شکل 3 مخزن دریافت کننده آلودگی که در ابتدای آزمایش با آب مقطر هواگیری شده، پر شده بود؛ از یک سمت با شیر تعبیه شده روی آن به منبع آب مقطر و از سمت دیگر توسط شیر دیگری به لوله پایپت متصل است. با توجه به اختلاف بار هیدرولیکی موجود بین سطح لاینر (سطح محلول در مخزن بالا) و کف لاینر (بار اتمسفریک در انتهای پایپت افقی متصل به مخزن پائین) در طول آزمایش، علاوه بر وجود مکانیزم انتشار مولکولی به دلیل اختلاف غلظت، سرعت آهسته جریان رو به پائین محلول از میان لاینر یعنی مکانیزم فرارفت نیز وجود داشت.

شکل 2-  مدل فیزیکی آزمایش­های معادل سازی فرارفت- انتشار مولکولی

آزمایش فرارفت – انتشار مولکولی با استفاده از دو لایه رسی و سیلتی

در این آزمایش (شماره AD1) از خاک سیلت به عنوان خاک طبیعی محلی و خاک رس به عنوان لاینر منفرد استفاده شد. ارتفاع خاک سیلت 35/9 سانتی­متر و ارتفاع رس 7/5 سانتی­متر درنظر گرفته شد. هر یک از خاک‌ها جداگانه همانند آزمایش انتشار مولکولی تهیه و در داخل مدل متراکم شدند. در مرحله راه اندازی مدل ابتدا مخزن دریافت کننده آلودگی را با آب مقطر هواگیری شده، پر کرده و بر روی آن به ترتیب خاک سیلت و خاک رس آماده شده قرار گرفت. در نهایت مخزن آلودگی جاگذاری و چهارچوب مدل بسته شد. بعد از هواگیری مخزن دریافت کننده آلودگی، مخزن آلودگی (مخزن بالا) با محلول آلوده تا ارتفاع مشخص پر شد. در نهایت شیر رابط بین مخزن دریافت کننده آلودگی ( مخزن پایین) و لوله پایپت باز و آزمایش آغاز شد. در تمام طول آزمایش بطور منظم نمونه‌برداری از مخازن بالا و پایین انجام شد. بعد از اتمام آزمایش مدل باز شده و همانند آزمایش انتشار مولکولی خاک‌ها به قطعات مساوی تقسیم شدند. درصد رطوبت، درجه اشباع و وزن مخصوص خشک و در نهایت درصد رطوبت حجمی هر لایه محاسبه شد. غلظت محلول لایه‌های خاک که توسط دستگاه استحصال تهیه شده بودند، به همراه سایر نمونه‌ها با استفاده از دستگاه یون­متراندازه‌گیری شده و سپس نمودار­های مشاهده­ای غلظت- زمان و غلظت- ارتفاع ترسیم گردیدند که در بخش نتایج نشان داده شده­اند.

آزمایش فرارفت – انتشار مولکولی با استفاده از دولایه شامل عایق GCL و لایه سیلتی

در این آزمایش (شماره AD2) از خاک سیلتی به عنوان خاک طبیعی محلی و عایق GCL به عنوان لاینر منفرد استفاده شد. برای جلوگیری از تورم نامتقارن GCL یک فشار سربار با استفاده از سه فنر موازی که در درپوش بالایی مدل جاگذاری شده بودند، به لاینر اعمال شد. برای یکنواخت وارد شدن فشار به GCL از یک صفحه فلزی مشبک با قطر برابر با قطر داخلی مدل و به ضخامت 5/1 میلی­متر استفاده شد. ارتفاع خاک سیلتی 95/13 سانتی­متر درنظر گرفته شد. ارتفاع عایق GCL قبل از هیدراته شدن 7/7 میلی­متر بود که این مقدار به 11 میلی متر پس از هیدراته شدن رسید. این مقدار تورم GCL بسیار نزدیک به نتایج مطالعات قبلی بود (بدو و فارسیمدان 2009). برای برش و جاگذاری GCL از یک استوانه فلزی لبه تیز با قطر خارجی برابر با قطر داخلی مدل استفاده شد (لیک 2000). استوانه فلزی روی GCL قرار گرفته، سپس محیط دایره‌ای لبه استوانه با مقدار مشخصی آب مقطر خیس شد. این آب بعد از مدتی درداخل GCL نفوذ کرده و باعث تورم محدود این قسمت شد. این کار باعث کاهش هدر رفت بنتونیت موقع برش GCL می­شود. در این مرحله نمونه با اعمال فشار جک بریده شده و در داخل مدل جاگذاری شد. بعد از پر کردن مخزن دریافت­کننده آلودگی با آب مقطر هواگیری شده، به ترتیب خاک سیلت و GCL آماده شده در مدل قرار گرفتند. در نهایت مخزن آلودگی جاگذاری و چهارچوب مدل بسته شد. در این آزمایش برخلاف آزمایش قبلی بعد از هواگیری مخزن دریافت کننده، ابتدا فرصت لازم جهت پیش هیدراته شدن GCL داده ‌شد. یرای این منظور قبل از شروع آزمایش انتشار مولکولی ابتدا مخزن بالا با آب مقطر پر شده و فرصت برای هیدراته شدن داده شد. با توجه به نتایج مطالعات قبلی حدود 4 روز برای پیش هیدراته کردن GCL کافی بود (بدو و فارسیمدان 2009). در پایان این مدت مقدار تورم GCL اندازه‌گیری شده و آب مخزن بالا تخلیه شد. سپس همانند آزمایش قبلی مخزن آلودگی با محلول آلوده پر و آزمایش آغاز شد. در پایان آزمایش، غلظت محلول های استحصال شده از لایه‌های خاک به همراه سایر نمونه‌‎ها اندازه‌گیری شده و نتایج مشاهده­ای ترسیم گردیدند که در ادامه بحث خواهد شد.

آزمایش فرارفت– انتشار مولکولی با استفاده از سه لایه رسی، سیلتی، و عایق  GCL

در این آزمایش (AD3) از ترکیب عایق GCL و لایه رسی به عنوان لاینر مرکب، و از خاک سیلتی به عنوان خاک طبیعی محلی استفاده شد. جاگذاری این سه لایه به این ترتیب بود که از پایین به بالا ابتدا خاک سیلتی به ارتفاع 3/9 سانتی­متر، خاک رسی به ارتفاع 7/4 سانتی­متر و عایق GCL به ارتفاع اولیه 7/6 میلی­متر (ارتفاع نهایی بعد از تورم به 10 میلی­متر رسید) در مدل جاگذاری شدند. تمامی مراحل آماده­سازی این سه لایه و راه‌اندازی این آزمایش همانند آزمایش­­های قبلی بود. بعد از هواگیری مخزن دریافت کننده آلودگی، ابتدا فرصت پیش هیدراته شدن به GCL داده شد. در پایان این مدت مقدار تورم GCL اندازه‌گیری شد. با تخلیه آب مقطر و جایگزینی محلول آلوده به جای آن آزمایش آغاز شد. همانند آزمایشات قبلی در طول آزمایش نمونه‌برداری از مخازن بالا و پایین انجام شد. بعد از اتمام آزمایش غلظت ‌سنجی کلیه نمونه‌ها انجام پذیرفته و نتایج مشاهده­ای غلظت- زمان و غلظت- ارتفاع خاک ترسیم گردیدند که در بخش نتایج ارائه شده­اند.

نتایج و بحث

آزمایش انتشار مولکولی

    نتایج تئوری غلظت– زمان و غلظت– ارتفاع خاک، توسط نرم­افزار POLLUTE پیش بینی شده و نهایتاً ضریب انتشار مولکولی یون کلر در هر دو خاک با برازش بهترین منحنی تئوریک روی نتایج مشاهده‌ای بدست آمد. در شکل 3 یک نمونه از نتایج آزمایش انتشار مولکولی خاک رس و همچنین در جدول 2 کلیه داده‌ها و نتایج‌ بدست آمده از هر دو نوع خاک نشان داده شده است. در نهایت ضریب انتشار مولکولی یون کلر برای خاک رس برابر (m²/s)^10-10×25/6 و ضریب انتشار  مولکولی  کلر  برای  خاک  سیلت برابر (m²/s)^10-10×97/8 تعیین و در آزمایش های بعدی انتشار مولکولی– فرارفت و آنالیز نتایج با استفاده از نرم افزار POLLUTE از این ضرایب استفاده شد.

جدول 2- داده‌های مورد استفاده و نتایج بدست آمده در آزمایش­های انتشار مولکولی

شکل3 - (الف): نمودار غلظت- زمان منبع آلودگی، (ب): نمودار غلظت- ارتفاع، درآزمایش انتشار مولکولی روی خاک رسی.

آزمایش­های فرارفت- انتشار مولکولی

آزمایش فرارفت – انتشار مولکولی با استفاده از دو لایه رسی و سیلتی

نتایج تئوری غلظت – زمان و غلظت – ارتفاع خاک، توسط نرم افزار POLLUTE پیش بینی شده و با نتایج مشاهده‌ای مقایسه شدند. در شکل 4 نتایج آزمایش AD1  نشان داده شده است. با استفاده از ضریب انتشار مولکولی بدست آمده برای خاک رسی و پیش-­بینی این ضریب برای سیلت، مطابق شکل 4، نتایج محاسبات تئوریک تطابق خوبی با نتایج مشاهده­ای دارد و این نشان می­دهد که ضرایب استفاده شده برای خاک­ها به همراه سایر پارامتر­ها از صحت خوبی برخوردار بوده و توانستند بخوبی رفتار مدل را پیش بینی کنند.

شکل4- (الف): نمودار غلظت- ارتفاع، (ب): نمودار درصد رطوبت- ارتفاع، (ج): نمودار غلظت– زمان منبع آلودگی، (د): نمودار غلظت– زمان منبع دریافت کننده آلودگی، در آزمایش فرارفت- انتشار مولکولی شامل دو لایه رسی و سیلتی (AD1)

آزمایش فرارفت – انتشار مولکولی با استفاده از دولایه شامل عایقGCL و لایه سیلتی

نتایج تئوری غلظت– زمان و غلظت– ارتفاع خاک، توسط نرم افزار POLLUTE پیش­بینی و با نتایج مشاهده‌ای مقایسه شدند. در شکل 5 نتایج آزمایش AD2 نشان داده شده است. مقایسه نتایج و تطابق خوب داده­ای مشاهده­ای با پیش­بینی­های تئوریک در این آزمایش نیز رضایت­بخش بوده و صحت رفتار آزمایشگاهی مدل را به همراه دقت قابل قبول محاسبات نشان داد. نتایج همچنین نشان می­دهد که ضرایب انتشار مولکولی اندازه­گیری شده برای عایق GCL و لایه سیلتی به همراه سایر پارامتر­ها، بخوبی قادر به پیش بینی حرکت آلودگی در این خاک­ها با مکانیز­م­های حرکتی انتشار مولکولی و فرارفت در یک مدل مرکب دولایه­ای می­باشند.

شکل 5- (الف): نمودار غلظت- ارتفاع، (ب): نمودار درصد رطوبت- ارتفاع، (ج): نمودار غلظت– زمان منبع آلودگی، (د): نمودار غلظت– زمان منبع دریافت کننده آلودگی، در آزمایش فرارفت- انتشار مولکولی شامل دو لایه GCL و سیلت (AD2).

آزمایش فرارفت– انتشار مولکولی با استفاده از سه لایه رسی، سیلتی، و عایق  GCL

نتایج تئوری غلظت- زمان و غلظت- ارتفاع خاک، توسط نرم‌افزار POLLUTE پیش‌بینی و با نتایج مشاهده‌ای مقایسه شدند. در شکل 6 نتایج آزمایش AD3 نشان داده شده است. در جدول 3 کلیه داده‌ها و نتایج سه آزمایش فرارفت- انتشار مولکولی نشان داده شده است. مقایسه نتایج نشان­دهنده تطابق خوب رفتار فیزیکی و تئوریک این مدل سه لایه­ای است. در این آزمایش نیز ضرایب انتشار مولکولی قبلا اندزه­گیری شده بخوبی توانستند رفتار مدل مرکب سه لایه­ای را پیش­بینی کنند.

شکل6- (الف): نمودار غلظت- ارتفاع، (ب): نمودار درصد رطوبت- ارتفاع، (ج): نمودار غلظت– زمان منبع آلودگی، (د): نمودار غلظت– زمان منبع دریافت کننده آلودگی، در آزمایش فرارفت- انتشار مولکولی شامل سه لایه GCL، رس و سیلت (AD3).

نتیجه‎گیری کلی

در این مطالعه سه گزینه از لایه­های مانع انتقال آلودگی در مدفن زباله با استفاده از مدل­های آزمایشگاهی از نظر هم­ارزی مورد بررسی قرار گرفتند. گزینه­های انتخابی شامل یک لایه رسی روی لایه سیلتی، یک لایه عایق رسی-ژئوسینتتیک روی لابیه سیلتی، و یک لایه عایق رسی-ژئوسینتتیک روی لایه رسی، روی لایه سیلتی بودند. ابتدا ضریب انتشار مولکولی یون کلر در این لایه­ها تعیین شد. سپس گزینه­های انتخابی لاینرها تحت شرایط انتقال انتشار مولکولی-فرارفت با وجود جریان آب آهسته دارسی رو به پائین از مخزن (منبع) حاوی محلول کلرورسدیم، از میان لایه­های لاینر، و به داخل مخزن دریافت کننده آلودگی که نقش یک سفره آب زیرزمینی را بازی می­کرد، قرار گرفتند. نتایج حاصل از این مطالعه را به شرح زیر می­توان خلاصه نمود:

جدول 3- داده‌ها و نتایج بدست آمده در آزمایش­های فرارفت- انتشار مولکولی

1- انجام دو آزمایش برای هر نمونه انتخابی لاینر­های رسی و سیلتی نتایج یکسانی را برای ضریب انتشار مولکولی برای هر لاینر به دست داد که مقادیر متوسط به ترتیب  m²/s^10-10x25/6  برای  لاینر  رسی و m²/s^10-10x97/8 برای لاینر سیلتی بدست آمدند. این مقادیر با مقادیر گزارش شده برای خاک­های مشابه همخوانی دارد.

2- با توجه به این که خاک‌های مورد استفاده ریزدانه و دارای ضریب نفوذپذیری پایینی بودند، مکانیزم انتقال غالب در آزمایش­ها انتشار مولکولی بوده و مکانیزم فرارفت نقش تعیین­کننده‌ای در انتقال آلودگی ندارد.

3- در طول آزمایش­ها، غلظت یون کلر در منبع آلودگی در آزمایش AD1 از3980 به2950، در آزمایش AD2 از3120 به2430 و در آزمایش AD3 از 3640 به2700 (میلی­گرم در لیتر) کاهش یافت. با مقایسه مقادیر فوق می­توان نتیجه گرفت که کمترین میزان انتقال آلودگی در آزمایش AD2 (690 میلی­گرم بر لیتر) اتفاق می­افتد ولی از آنجا ­که غلظت اولیه منبع آلودگی در آزمایش AD2 کمتر از آزمایش­های AD1 وAD3 می باشد و انتقال آلودگی در این آزمایش­ها نیز کمتر است (به ترتیب 1030 و 940 میلی­گرم در لیتر)، لذا می­توان سه ترکیب لاینر استفاده شده در سه آزمایش­ انجام شده را از نظر عملکرد، معادل هم دانست. نتایج نشان داد که این سه گزینه لاینر از نظر کنترل (کاهش) انتقال آلودگی دارای عملکرد خوبی هستند.  

4- مقایسه غلظت­های مشاهده­ای و نظری مدل شده نشان داد که توافق خوبی بین آنها وجود داشته و مدل نظری استفاده شده قادر است بخوبی رفتار مدل­های آزمایشگاهی را پیش­بینی کند.