بررسی انتقال کادمیوم در خاک لومی دست نخورده با مدل FADE

محورهای موضوعی : محیط زیست

سمیرا مرسلی ¹ (دانشجو رشته دکتری آبیاری و زهکشی، گروه علوم و مهندسی آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.)
حسین بابازاده ² (استاد گروه علوم و مهندسی آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.)
شهرام شاهمحمدی ³ (دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران.)
حسین صدقی ⁴ (استاد گروه علوم و مهندسی آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.)

تاریخ دریافت : 1402/03/02 تاریخ پذیرش : 1402/05/30 تاریخ انتشار : 1402/06/01

کلید واژه: FADE, غلظت اولیه, انتقال فلزات, کادمیوم, کسری انتقال- پخش,

چکیده مقاله :

بیان صحیح و دقیق انتقال آلاینده‌ها در محیط متخلخل از اهمیت بالایی برای ارزیابی و اصلاح آنها در خاک و آبخوان‌ها برخوردار است. جنبه مهم در انتقال املاح و آلاینده‌ها، استفاده از مدل‌های مناسب برای توصیف رفتار انتقال آنها است. در این مطالعه غلظت فلز سنگین کادمیوم در ستون خاک لومی دست‌نخورده با استفاده از آزمایش جانشینی اختلاط‌پذیر اندازه گیری شد. این آزمایش در سه غلظت اولیه (50 ، 100 و 150 میلی گرم بر لیتر) تکرار شد. سپس انتقال فلز Cd توسط مدل کسری انتقال-پخش (FADE) شبیه‌سازی شد. منحنی‌های رخنه حاصل از شبیه‌سازی مدل مذکور و نتایج آزمایش های برازش داده شده و تاثیر غلظت بر عملکرد آن بررسی گردید. پارامترهای درجه کسری (α)، ضریب پخش (D) و فاکتور تاخیر (R) در هر سه غلظت اولیه با استفاده از روش مسئله معکوس برآورد و مقایسه شد. نتایج نشان داد مدل FADE انتقال فلز کادمیوم را با 0/98=RMSE و 0/05=r2 به خوبی شبیه‌سازی می‌کند. مقایسه منحنی‌های رخنه برازش داده شده توسط مدل FADE و داده‌های آزمایشگاهی نیز موید این موضوع است. همچنین مقدار α در هر سه غلظت اولیه تقریبا با هم برابر و مساوی 1/7 می‌باشد که نشان‌دهنده انتقال نامتعارف Cd است. به نظر می‌رسد عدم اثرگذاری C0 بر پارامتر درجه کسری که پارامتر اصلی مدل FADE است، باعث شده عملکرد مدل مذکور با تغییرات غلظت اولیه روند خاصی نداشته و قابل چشم‌پوشی باشد. با افزایش غلظت اولیه، فرآیند پخشیدگی در انتقال فلز کادمیوم افزایش یافته و روند آن غیرخطی و غیرقابل پیش‌بینی می شود و رابطه فاکتور تاخیر با غلظت اولیه معکوس می باشد.

چکیده انگلیسی:

Accurate expression of the solute transport in porous media is critical for evaluating and remediating pollutants in soils and aquifers. An important aspect of the transport of solutes and pollutants is the use of appropriate models to describe their transport behavior. In this study, the concentration of the heavy metal cadmium in the column of undisturbed loamy soil was measured using the miscible displacement experiment. This experiment was repeated in three initial concentrations (50, 100, and 150 mg/L). Then, Cd metal transport was simulated by fractional advection-dispersion equation (FADE). The breakthrough curves obtained from the simulation of FADE and the results of the experiments were fitted and the effect of C0 on its performance was investigated. The order of fractional differentiation (α), dispersion coefficient (D) and retardation factor (R) in all three initial concentrations were estimated and compared using the inverse modeling. The results showed that the FADE model simulates cadmium transport well with r2=0.98 and RMSE=0.05. The comparison of BTSs fitted by the FADE model and the observed laboratory data also confirms this issue. The order of fractional differentiation (α) obtained by the FADE model for Cd was almost the same and equal to 1.7, which indicated the anomalous and non-Fickian transport of cadmium metal in loamy soil columns. It seems that the lack of effect of C0 on α, which is the main parameter of the FADE model, has caused the performance of FADE to have no special trend with the changes of  C0 and can be ignored. The hydrodynamic dispersion coefficient in the transport of Cd was increased by increasing C0 and its process is non-linear and unpredictable and the relationship between R and initial concentration is inverse.