بررسی تأثیر پساب شهری بر پارامترهای شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی خاک (مطالعه موردی: منطقه مرکزی شهر مشهد)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو/ دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد گروه زمین شناسی مهندسی

3 دانشگاه فردوسی مشهد

4 استاد گروه زمین شناسی مهندسی دانشگاه فردوسی

چکیده

آلودگی با پساب شهری یکی از شایع‌ترین انواع آلودگی خاک در مناطق مسکونی و شهری است که اثر قابل توجهی بر پارامترهای فیزیکی و مقاومتی خاک دارد. در این پژوهش اثر پساب شهری بر خصوصیات شیمیایی و مهندسی نمونه‌ای خاک ریزدانه در مرکز شهر مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور خصوصیاتی نظیر حدود آتربرگ، مقاومت تک محوری و پارامترهای تحکیمی نمونه اولیه و نمونه‌هایی که بصورت مصنوعی با درصدهای مختلفی از پساب آغشته شده است، مقایسه گردیده است. نتایج این پژوهش نشان داد که مقاومت فشاری تک محوری و نشانه فشردگی (Cc) خاک مورد مطالعه با افزایش غلظت پساب ورودی و ایجاد تغییر در سیال میان منفذی افزایش پیدا کرده است در حالی که نشانه خمیری و نشانه تورم (Cs) خاک با افزایش غلظت آلاینده‌ها در خاک کاهش نشان می‌دهند. همچنین غلظت کم پساب در زمان کوتاه تاثیر بیشتری در تغییر خصوصیات خاک داشته است. بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان می‌دهد زمانی که نمونه خاک با پساب اشباع می‌گردد، لایه‌ای از نمک‌ها به دور ذرات خاک تجمع یافته و سبب افزایش اندازه و سطح دانه‌ها و تغییر در ساختار خاک به الگویی مشابه الگوی دانه‌ای می‌گردد. بنابراین دو عامل زمان و غلظت بر پارامترهای فیزیکی و مقاومتی خاک تاثیر گذار است و تاثیر غلظت نسبت به زمان، شاخص‌تر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Urban Wastewater on Chemical, Physical and Mechanical Properties of Soil (Case Study: Central Area of Mashhad)

نویسندگان [English]

  • Narjes Ghahremani 1
  • naser hafezi moghaddas 2
  • mohamad ghafoori 3
  • gholam reza lashkaripour 4
1 student/ Ferdowsi university of Mashhad
2 geology/ faculty of science/ferdowsi university of mashhad
3 geology/ faculty of science/ferdowsi university of mashhad
4 geology/ faculty of science/ferdowsi university of mashhad
چکیده [English]

Chemical changes in the soil have a significant effect on its physical and mechanical properties and the rate of settlement. In this research, the effect of urban wastewater on chemical properties and soil engineering characteristics such as Atterberg limits, uniaxial compressive strength and consolidation parameters in central areas of Mashhad have been investigated. Based on the results, some chemical parameters such as Ca, Mg, Al and K decreased after the soil samples has been saturated by wastewater. Also, changing the chemical properties of the soil has changed its physical and mechanical parameters. For example, the consolidation parameters of the selected soil indicate that the (Cc) has increased over time with changes in the concentration of input wastewater. Also, the (Cs) has decreased over time and the rate of change in high concentrations is less. In addition, the results show that low concentrations of wastewater in short time have the greatest effect on reducing the uniaxial strength of soil. An examination of the electron microscope images shows that when the soil sample is saturated with wastewater, a layer of salt is accumulated around the soil particles, which expands the size and surface of the particles and also tends its structure towards the grain pattern. Therefore, simultaneously, the two factors of time and the change in concentration of wastewater affect the physical and mechanical parameters of the soil, and the effect of concentration on the time is more indicative.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wastewater leakage
  • physical properties
  • Mechanical properties
  • Chemical composition
  • Central of Mashhad

اجل لوئیان، ر.، منصوری، ح. صادقپور، ا.، 1392، "بررسی اثر شوری آب بر خصوصیات ژئوتکنیکی خاک های ریزدانه"، نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد 7، شماره 2، صفحه 1763-1786.

اﺳﺪی اﻻﺳﻮﻧﺪ، پ.، حیدری، ا.، 1395، "ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻣﻮاد زاﺋﺪ ﺣﺎﺻﻞ از ﭘﺎﻻﯾﺶ ﻧﻔﺖﺧﺎم ﺑﺮ ﺑﺮﺧﯽ وﯾﮋﮔﯽﻫﺎی ﻓﯿﺰﯾﮑﯽ ﺧﺎک"، ﻧﺸﺮﯾﻪ آب و ﺧﺎک (ﻋﻠﻮم و ﺻﻨﺎﯾﻊ ﮐﺸﺎورزی)، ﺟﻠﺪ 30، ﺷﻤﺎره 3، .صفحه 868-879.

باهرلاری، ط.، محمدی­ گلستان، ح.، 1395، "اثر آلودگی گازوییل بر ویژگی­های ژیوتکنیکی خاک رس"، اولین کنفرانس بین المللی آب، محیط زیست و توسعه پایدار، 6 صفحه.

بیت اله­پور، ا.، رئیسی استبرق، ع.، 1394، "بررسی اثر آلاینده های آلی بر روی خصوصیات تحکیمی خاک های ریزدانه"، مجله پزوهش نفت، شماره 85، جلد 1، صفحه 169-179.

بیگی هرچگانی، ح.، بنی طالبی، گ.، 1392، "اثر رژیم های کاربرد دراز مدت پساب شهری بر شاخص های کیفیت فیزیکی خاک (مطالعه موردی، مزارع طالقک شهرکرد"، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، شماره 27، جلد 5، صفحه 1046-1056.

پارسافر، ن.، معروفی، ص.، مصدقی، م.، رحیمی، ق،. فرهنگی، م.، 1390، "تغییرات پارامترهای هیدرولیکی و نفوذ غیراشباع آب به خاک تحت تأثیر کاربرد فاضلاب در کشت سیبزمینی در شرایط لایسیمتری"، مجله دانش آب و خاک، جلد 21 شماره 2، 15 صفحه.

حاجیان، ع.، قانع، ع.، 1394، "پیش بینی برخی رفتارهای ژئوتکنیکی خاک­های ماسه ای آلوده به مواد نفتی با استفاده از شبکه عصبی"، سومین کنفرانس بین المللی نفت، گاز و پتروشیمی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، 6 صفحه.

خدادادی، ن.، قربانی دشتکی، ش.، کیانی، ش.، 1394، "تاثیر کیفیت آب آبیاری بر برخی ویژگی هی فیزیکی خاک در اراضی تحت کشت برنج"، نشریه حفاظت منابع آب و خاک، (3)4، 15-28.

حیدرپور، م.،  علیایی، م.، 1392، "انتشار آلودگی­های نفتی در خاک تحت تأثیر شرایط مختلف خاک و آلاینده"، مجله علمی- پژوهشی عمران مدرس ،دوره سیزدهم، ویژه نامه، بهار.

خراط صادقی، م، کرباسی، ع، 1385، "بررسی غلظت و منشا عناصر سنگین در رسوبات بستر رودخانه شیرود"، مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره هشتم، شماره 3.

دلیجانی، ف، کاظمی، غ، پروین نیا، م.، خاکشور، م، 1388، "غنی شدگی و توزیع فلزات سنگین در خاک های منطقه ویژه اقتصادی پارس جنوبی (عسلویه)"، هشتمین کنگره بین المللی مهندسی عمران.

سیدحسینی، ح.،  سیدحسینی، ا.، 1393، " آبخیزداری شهری ضامن پایداری معماری شهری در کشورهای اسلامی با تاکید بر ایران در 5 رویکرد زیربنایی" کانون سراسری مهندسان معمار ایران، کنگره بین المللی پایداری در معماری شهرسازی، شهر مصدر، دوبی، 21صفحه.

صمدی، ج.، صمدی، ج.، 1396، "مدل سازی مکانی زمانی تغییرات تراز سطح آبهای زیرزمینی مناطق شهری و روستایی آبخوان کاشان با استفاده از تکنیک­های “GIS، علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره نوزدهم، شماره یک، صفحه 63-77.

عاطفی فرد، م.، بهنیا، س.، 1393، "بررسی تغییرات پارامترهای مقاومتی و تراکم پذیری خاکها در اثر آلودگی های نفتی"، اولین کنفرانس ملی مهندسی عمران و توسعه پایدار ایران، تهران - موسسه آموزش عالی مهر اروند.

غفوری، م.، لشکری پور، غ.،  حافظی مقدس، ن.، صالحی متعهد، ف.، ناصح، س.، 1390، "بررسی مشکلات زیست محیطی ناشی از قنوات متروکه شهر مشهد" همایش بین المللی منابع آب، 8 صفحه.

ﻓﺮﻣﺎﻧﯽﻓﺮد، م.، ﻓﺘﺎﺣﯽ، ن.،  ﭘﯿﺮﺻﺎﺣﺐ، م.،  ﻗﻤﺮﻧﯿﺎ، ه.، 1396، "ﺗﺄﺛﯿﺮ آﺑﯿﺎری ﺑﻠﻨﺪ ﻣﺪت ﺑﺎ ﻓﺎﺿﻼب ﺗﺼﻔﯿﻪ ﺷﺪه ﺷﻬﺮی ﮐﺮﻣﺎﻧﺸﺎه ﺑﺮ ﺑﺮﺧﯽ ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت ﻓﯿﺰﯾﮑﯽ ﺧﺎک "، ﻧﺸﺮﯾﻪ ﭘﮋوﻫﺶ آب در ﮐﺸﺎورزی، جلد 31، شماره 3، صفحه 493-508.

کنگی، ع.، قندهاری، ا.، علیمیرزایی، ح.، 1393، "نقش جریان پساب های زیرسطحی در آب گرفتگی پی برج های مرتفع و گودبرداری های عمیق مشهد"، ششمین کنفرانس بین المللی مدیریت جامع بحران، دبیرخانه دائمی کنفرانس بین المللی مدیریت جامع بحران، مشهد، 6 صفحه.

مصدقی، ا.، زمردیان، م.، 1394، " مطالعه آزمایشگاهی تاثیر آلاینده گازوئیل بر روی خصوصیات ژئوتکنیکی خاک رس مونت موریلونیت"، دومین کنفرانس ملی و بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی، 6 صفحه.

محمد قاسمی، ط، قربانی، ا، آریانفر، ا، 1391،  "بررسی اثرات پساب کارخانه قلعه زری بر روی آلایندگی خاک"، شانزدهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران، دانشگاه شیراز، 8 صفحه.

ملکی، ر.، برخورداری، ک. 1393، "انتشار آلودگی در خاک و اثر آن بر پارامترهای مقاومتی"، اولین کنفرانس ملّی مکانیک خاک و مهندسی پی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی تهران، 10 صفحه.

معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی ریس جمهوری، 1389، "ضوابط زیست محیطی استفاده مجدد از آب های برگشتی و پساب ها"، نشریه 535.

Abdallah I., Ahmed S., and Osama T.1999. Effects of organic matter on the physical and the physicochemical properties of an illitic soil. Applied Clay Science, 14: 257–278.

Aggelides SM and Londra PA, 2000, "Effects of compost produced from town wastes and sewage sludge on the physical properties of loamy soil and a clay soil", Bio resource Technology 71:253-259.

Akinwumi, I.I., Diwa, D., Obianigwe, N., 2014, “Effects of crude oil contamination on the index properties, strength and permeability of lateritic clay”, Int. Journal of Applied Sciences and Engineering Research, 3(4), pp. 816-824.

American Society for Testing and Materials (ASTM), 2012, ASTM Annual Book of Standards, Sec. 4, Vol. 04. 08.

Antony, R., saravanan, S. and manjula, R., 2016, “Effects of Treated Wastewater Irrigation on Soil Properties–A Case Study at NIT Trichy”, International Journal of Earth Sciences and Engineering, Volume 09, No. 06, PP: 2041-2047.

Cyrus, S., Santhosh Kumar, T.G., Abraham, B.M., Sridharan, A.and Jose, B.T., 2010, “Effect of Industrial Wastes on the Physical and Engineering Properties of Soils”, Indian Geotechnical Conference, IGS Mumbai Chapter & IIT Bombay, PP: 357-360.

Elisha, A.T., 2012, “Effect of crude oil contamination on the geotechnical properties of soft clay soils of Niger delta region of Nigeria”, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, EJGE, 17(M), pp. 1929-1938.

Estabragh, A.R., Beytolahpour, I. and Javadi, A.A., 2011, "Effect of Resin on the Strength of Soil-Cement Mixture", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 23, No. 7, pp 969-976.

Estabragh, A.R., Khatibi, M. and Javadi, A.A., 2015, "Effect of Cement on Treatment of a Clay Soil Contaminated with Glycerol", Journal of Materials in Civil Engineering, Volume 28, Issue 4.

Ghahremani N., Hafezi moghadass N., Ghafoori M., Lashkaripour G.R., 2018, "The effects of urban wastewater on engineering properties of fine-grained soil in Mashhad", Ph.D. thesis of Ferdowsi university of Mashhad, Geology department (In Persian).

Harikumar, P.S., Jisha, T.S., 2010, "Distribution pattern of trace metal pollutants in the sediments of an urban wetland in the southwest coast of India", international journal of engineering science and technology, Vol. 2(5), 840-850.

Hosseinpour, A., Haghnia, G.H., Alizadeh, A. and Fotovat, A., 2007, "Effect of irrigation with raw and treated wastewaters on chemical characteristic of soil in different depths under continuously and intermittent flood conditions", Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 2, 73-85.

Imran Khan, M., Irfan, M., Aziz M., and Hassan Khan, A., 2016, “Geotechnical characteristics of effluent contaminated cohesive soils”, Journal of Environmental Engineering and Landscape Management, Volume 25, Issue 1, PP: 75-82.

Karkush, M., Abdul Kareem, M., Effects of industrial wastes on geotechnical properties of clayey soil,

Karkush, M.O., Resol, D.A., 2015, "Studying the effects of industrial waste water on chemical and physical properties of sandy soil", Journal of Babylon University/Engineering Sciences, 23(2).

Li, J.S., Xue, Q., Wang, P., Li, Z.Z., 2015, "Effect of Lead (II) on The Mechanical ehavior And Microstructure Development of a Chinese Clay", Applied Clay Science, 105, 192-199.

Ouhadi, V. R., Amiri, M., Goodarzi, A. R., 2012, "The Special Potential of Nano-Clays for Heavy Metal Contaminant Retention in Geo-Environmental Projects", Journal of Civil and Surveying Engineering, Vol. 45, No. (6), PP: 631-642.

Schacht, K., and Marschner, B., 2015, "Treated wastewater irrigation effects on soil hydraulic conductivity and aggregate stability of loamy soils in Israel", J. Hydrol, Hydromech, 63(1), PP: 47– 54. DOI: 10.1515/johh-2015-0010.

Singh, M., Muller, G., Singh, J.B., 2002, "Heavy metals in freshly deposited stream sediments of rivers associated with urbanization of the Ganga plain", India.

Sridharan A., Nagaraj T.S. and Sivapullaiah P.V., 1981, “Heaving of soil due to acid contamination,” Proceeding 10th International Conference Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stockholm Publication Committee 10th ICSMFE, Balkema, Rotterdam, Vol. 2, pp. 383-386.

Tamasi, G., Cini, R., 2004, "Heavy metals in drinking waters from Mount Amiata (Tuscanny, Italy)", Possible risks from arscnic for public health in the province of Siena.

Vinten, A.J.A., Mingelgrin, U., Yaron, B., 1983, "The effect of suspended solids in wastewater on soil hydraulic conductivity: II. Vertical distribution of suspended solids", Soil Sci. Soc. Am. J., vol 47, pp: 408–412.

Zhang, S. Y., Wang, Q. F., Wan, R., & Xie, S. G., 2011, “Changes in bacterial community of anthracene bioremediation in municipal solid waste composting soil”, Journal of Zhejiang University, pp760-768.