بررسی مکانی- زمانی رفتار برخی آلاینده‏های هیدروکربوری و حلال‏های شیمیایی در محیط متخلخل خاک

آلاینده‏های هیدروکربنی به دلیل حلالیت، فراریت و قابلیت زیست‏تخریبی‏ که دارند، وارد خاک و آب زیرزمینی شده و کیفیت آنها را نامطلوب می سازند. در کشوری نفت خیز همچون ایران، آلودگی خاک با ترکیبات هیدروکربنی و شیمیایی موضوعی تازه نیست. این مشکل، از آغاز استخراج نفت در سده گذشته ایجاد شده و متاسفانه هیچگاه جدی تلقی نشده‏است. انباشت ‏این آلودگی ها، به مرور زمان مشکلاتی حاد را در پی داشته، بهگونه ای که کاهش آلودگی، نیازمند صرف هزینه‏هایی چشمگیر و زمانی طولانی است. هدف از انجام این پژوهش، بررسی وضعیت کنونی آلودگی سایت‏های مورد مطالعه، ارائه مدل و اعتبار سنجی آن با استفاده از نتایج نمونه برداری و قابلیت پیش بینی وضعیت آلودگی های مورد بررسی بود. این پژوهش در دو منطقه جداگانه انجام شد. منطقه اول شامل محدوده کارخانه آنتی‏بیوتیک‏سازی ساری واقع در حومه روستای فیروزکنده با هدف بررسی وجود و مقدار آلودگی ترکیبات آروماتیک باسمّیت زیاد و برخی حلال های شیمیایی بر اثر شکستگی لوله انتقال فاضلاب، در محیط زیرزمینی مورد مطالعه قرار گرفت. بدین‏منظور، نمونه برداری خاک با برداشت 26 نمونه در فواصل معین اطراف کارخانه انجام و آزمایش های ph، ماده آلی، کربن آلی و بافت انجام شد. سپس آزمایش تعیین مواد آلی غیرفرار انجام گردید که امکان وجود آلاینده های احتمالی غیر فرار را در نمونه ها رد کرد. در مرحله آخر 6 نمونه برای تعیین نوع آلودگی هیدروکربنی انتخاب و با دستگاه کروماتوگراف گازی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج همپوشانی و برازش گراف های بدست آمده از حلال های مورد نظر کارخانه، با گرافهای بدست آمده از نمونه های خاک، وجود آلودگی آلی حلال های کارخانه را نشان نداد و پیک های موجود بدست آمده در نمونه های خاک، مربوط به سموم شیمیایی وکودهای موجود در زمین های کشاورزی بود. نمونه برداری آب زیرزمینی با سه مرحله نمونه‏برداری در فواصل زمانی اردیبهشت تا مهر 1386 انجام شد. مرحله اول، به روش استاندارد پمپاژ از 9 حلقه چاه آب محاط بر کارخانه، تا معیارثابت شدن اکسیژن محلول، اسیدیته، دما و سپس نمونه گیری و آنالیز آنها با روش هداسپیس با کروماتوگراف گازی بود. نتایج بدست آمده در این مرحله، وجود آلاینده های شیمیایی مذکور را نشان نداد. مرحله دوم نمونه‏برداری، با استفاده از روش پمپاژ از 14 حلقه چاه آب و با استفاده از کروماتوگراف گازی- طیف‏سنج جرمی انجام شد. در این مرحله نیز به جز تعدادی پیک متان، در نمودارهای بدست آمده، آلاینده دیگری وجود نداشت. برای اطمینان از نتایج مراحل پیشین، مرحله سوم با استفاده از روش نمونه گیری در عمق های مورد نظر، با نوعی بیلر بنام نیسکین و با امکان ترسیم نیمرخ آلودگی در چاه های آب در اعماق یک تا 5/6 متر انجام‏شد. پس از برداشت نمونه های آب، به علت وجود تیرگی و کدری آب موجود در چاه ها، مواد جامد معلق (tss) و مواد جامد معلق فرار (vss)اندازه گیری شد. در این مرحله نیز، آلاینده های مورد انتظار مشاهده نشد لیکن در برخی چاه ها پیکهای متان بدست آمد. وجود پیکهای متان و مقادیر زیاد مواد جامد معلق و مواد جامد معلق فرار، نشان دهند? حاکمیت شرایط مطلوب برای تجزیه مواد آلی توسط ریزجانداران (در فاصله زمانی 5 ساله بین شکستگی لوله تا زمان آزمایش) و انجام فرآیندهای تخریب زیستی در منطقه بود. نتایج بدست آمده از این سه مرحله نمونه گیری نشان داد با وجود نشر آلاینده‏های آلی از طریق شکستگی لوله فاضلاب، نشت از کف حوضچه بازیافت و نشت ازحوضچه اتیل استات به خاک و نهایتاً آبهای زیرزمینی، به دلیل سطح بالای آب زیرزمینی، نشر با پدیده‏های همرفت و انتقال با جریان آب به سمت دریا (در جهت شیب لایه های زمین) و تبخیر و انتقال به نیوار و مهمتر از همه تخریب زیستی مواد، غلظت آلاینده ها به حد قابل اغماض طی 5 سال گذشته رسیده است. بخش دوم پژوهش با هدف بررسی وجود آلودگی هیدروکربنی (میعانات گازی و آلاینده های آلی نفتی) در خاکهای محدوده اطراف پالایشگاه سرخون بندرعباس و چگونگی استقرار کنونی آن انجام شد. این مرحله در چهارگام شامل نمونه گیری و آنالیز نمونه ها، مطالعات زمین آماری و تهیه نقشه های نشر طولی و عمقی آلودگی با نرم افزارهای surfer وarc gis ، تعیین مدل مفهومی حاکم بر نشر آلودگی هیدروکربنی و مطالعات شبیه سازی با نرم افزار matlab انجام شد. در مرحله نمونه برداری، برای درک اولیه مقیاس آلودگی در سال 1387، با حفر 24 گمانه بر اساس اطلاعات پایه تا رسیدن به سخت کفه های غیر قابل نفوذ (در عمق 80 تا 200 سانتیمتری سطح خاک) انجام شد. نمونه ها از لایه های مختلف خاک برداشت و سنجش مقدارکل آلاینده هیدروکربنی(tog) و کل آلاینده نفتی (tph) به روش استخراج با حلال توسط جذب در مقابل اشعه ir صورت پذیرفت. نتایج مدل مفهومی نشر آلودگی نشان داد که به علت وجود سفره آب زیرزمینی در عمق 24 متری و وجود سخت کفه های غیر قابل نفوذ سطحی، انتقال آلودگی در خاک، از ناحیه محصور بالای سخت کفه و بوسیله نشر میعانات گازی و با فرآیندهای جذب سطحی، نفوذ، انتشار و نیروی گرانش و تحت تاثیر تبخیر، اکسیداسیون و تخریب زیستی انجام شد. نتایج مطالعات زمین آماری نشان داد که منبع اصلی آلودگی هیدروکربنی tog و tph چالههای سوزان می باشد. سویه ترابری آلاینده ها از محل چاله های سوزان با تمایل بیشتر به سمت شرق و به سمت رودخانه شور و متناسب با شیب لایه های زمین بود. تهیه نقشههای تراز آلودگی و نقشههای سه بعدی نشر و ترابری آلاینده های مذکور با نرم افزار surfer، در بخش شرقی (به سمت جنوب شرقی) پالایشگاه روندی افزایشی را نشان داد. افزایش ناگهانی غلظت آلاینده ها در سمت شرق پالایشگاه سرخون، مبین شکستگی لوله انتقال فاضلاب بود که به منظور پی بردن به دلیل این امر غیرقابل پیش بینی، در سوابق موجود کارخانه و بررسی محلی از بخش فنی مهندسی، پیشینه ای موجود نبود. برای بررسی دقیق تر چگونگی نشر و بروز آلودگی این منطقه، هفت گمانه جدید تعبیه و مقادیر آلاینده های هیدروکربنی مجددا اندازه گیری شد. با توجه به اینکه وجود آلودگی و نشر آن در مناطق شمالی و غربی محل شکستگی لوله بسیار کمتر و عمده نشر و گسترش آن به سمت رودخانه شور بود، و بدلیل حذف و توقف این منبع آلاینده (به علت گذشت زمانی نسبتا طولانی از وقوع شکستگی) و از سوی دیگر به دلیل اینکه مقدار آلودگی برداشت شده در محل گمانه های این ناحیه بسیار کمتر از مقدار آلودگی در نواحی شمالی پالایشگاه و در مجاورت چاله های سوزان بود، لذا در بررسی کمّی نشر آلودگی و مدلسازی آن فقط چاله های سوزان به عنوان منبع اصلی آلودگی لحاظ شدند. نتایج بررسی نقشه های کمّی نشر آلودگی بر اساس مقدار غلظت دو نوع آلاینده، موید آن بود که مقدار نشر tog، شدت بیشتر و بالاتری از نشر tph، لیکن با سویه ای همروند نشان داد. نتایج شبیه سازی نشان داد با توجه به مکانیزم های انتقال آلاینده های منطقه، در صورت افزایش دبی آب ورودی به چاله سوزان، خطر افزایش مقیاس آلودگی جدی می باشد. لذا باید تمهیدات پایش مناسبی برای جلوگیری از گسترش آلودگی در نظر گرفته شود. تهیه برش عرضی از نفوذ عمقی یا نشر عمودی آلودگی tog و tphبا کمک اطلاعات برداشت شده از لایه های مختلف بوسیله نرم افزار matlab انجام شد. علت انتخاب اعماق بدونبعد افزون بر ارتفاع متغیر و متنوع لایه های خاک در مناطق مختلف، عمق متغیر سخت کفه غیر قابل نفوذ هم بود. نتایج نشان داد بیشترین نشر آلودگیهای مذکور تا عمق بیبعد 2/0 نفوذ یافته و با افزایش فاصله از سطح خاک به سمت سخت کفه، با افزایش عمق برداشت آلودگی مقدار آن به شدت کاهش مییابد و به عبارت دیگر بخش اعظم آلودگی در لایههای سطحی خاک موجود بود. با توجه به اهمیت انجام مطالعات همه جانبه در مورد چگونگی نمونه گیری، انتخاب بهترین روش های سنجش آلودگی، بررسی چگونگی پهنه نشر و بهترین تخمین آن که از اولویت های اصلی مطالعات زیست محیطی است، نتایج این پژوهش، نشر طولی و عرضی آلودگی در هرنقطه و عمق دلخواه در کل منطقه مورد مطالعه را مشخص کرد. بدین سان ابزاری مناسب برنامه ریزی های مدیریتی پاک سازی در جهت کاهش و پالایش آلودگی به شمار می رود.