دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تھران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
“M.Sc” پایان نامه برای دریافت درجھ کارشناسی ارشد
مھندسی شیمی- مھندسی محیط زیست
عنوان :
ارائه یک مدل ریاضی به منظور بررسی اثر گیاھان در پاکسازی خاکھای آلوده

چکیده

رفع برخی از آلودگیھای خطرناک نظیر فلزات سنگین، ترکیبات نفتی، مواد رادیو اکتیو و حلالھای صنعتی از خاک با کمک گیاھان, از جمله روشھای پاکسازی است که استفاده از آن به دلایل مختلف روبه تزاید است. علل اقبال عمومی به فرآیند مذکور عبارتند از: عدم وجود ھرگونه اغتشاشی در محل، عدم وجود آلودگی ھای ثانویه نظیر آلودگی ھای صوتی، عدم نیاز به تکنیک ھای پیچیده مھندسی برای پیاده سازی، با صرفه بودن به لحاظ اقتصادی و قابلیت استفاده برای گستره وسیعی از آلودگی ھا. با وجود آنکه در این راستا کوشش ھای آزمایشگاھی و تجربی زیادی صورت پذیرفته است، ولی متاسفانه علیرغم اھمیت بالای مفاھیم نظری و تئوری این پدیده، کمتر از این جنبه بدان پرداخته شده است. متن حاضر تلاشی در راستای بررسی مفاھیم تئوری و ریاضی پدیده گیاه خاک درمانی می باشد. در ابتدا، مفاھیم اولیه و اصول کلی آن بصورت گذرا مطرح می گردد. در این بخش ھمچنین به مکانیزم ھای حاکم اشاراتی شده است. مدلھای موفق با تلفیق معادلات پیوستگی و بقای جرم و اعمال فاکتورھای مرتبط با گیاه و میکروارگانیسم ھا در معادلات مذکور، روابطی را پدید آورده که از طریق روشھای حل عددی و تحلیلی امکان پیش بینی ھای دقیق که با مقادیر تجربی انتشار آلودگی مطابقت دارد, فراھم آورد. در پایان این پژوھش با تغییر بعضی از پارامترھای تاثیر گذار در خاک سعی شد تا اثر انھا برروی کاھش مواد آلوده در خاک مورد بررسی قرار گیرد.

با افزایش اثر جذب, سرعت انتقال جرم بین خاک و ریشه, سرعت رشد ماکزیمم و میانگین حجم آب جذب شده میزان غلظت مواد آلوده در ریشه و ساقه گیاه افزایش می یابد. ھمچنین با افزایش میزان کربن آلی موجود در خاک و میزان غلظت بیومس میکروبی, غلظت مواد آلوده در گیاه کاھش می یابد. در ادامه عواملی که برروی غلظت بیومس میکروبی در خاک تاثیر دارند ھمانند استرس دمایی و اثر سوبسترای اضافی در خاک نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از افزایش این تغییرات, کاھش میزان بیومس میکروبی و افزایش غلظت مواد آلوده در خاک می باشد.

مقدمه

فیتوریمیدیشن و یا گیاه پالایشی به صورت بکارگیری گیاھان سبز جھت زدودن، ذخیره و مجتمع کردن و یا تجزیه آلاینده ھای آلی از خاک تعریف می شود. برخی گیاھان قادر به تاثیر بر آلاینده ھا جھت جذب آنھا به درون سیستم آوندی عروقی خود بوده و برخی دیگر، ترکیبات مذکور را تجزیه نموده و یا آنھا را به ترکیبات متابولیزه شده کمتر سمی تغییر شکل می دھند. اخیرا گیاھانی کشف شده اند، که با جذب آلودگی توسط ریشه ھا، آنھا را درون ساختار سلولی و یا برگ و میوه ذخیره می کنند. آخرین سرنوشت مکمل تبخیر شدن و رھایی درون اتمسفر می باشد.

ریشه ھای گیاھان قادر به ترشح آنزیم ھایی ھستند که انواع و فعالیت میکروبی را افزایش می دھند.

ریزوسفر (ناحیه از خاک که ریشه را احاطه کرده است) مقادیر بسیار افزایش یافته ای از جمعیت ھای میکروبی را در مقایسه با خاک فاقد گیاه در خود دارا می باشد. ترشحات ریشه ھای آزاد شده توسط گیاه و ترکیب فیزیکی و شیمیایی ناحیه ریزوسفر از جمله ویژگیھای یک گیاه می باشد. گیاھان مختلف عامل حمایت و تامین جمعیت ھایی از میکروارگانیسم ھا ھستند ک خود ویژگیھای تجزیه کنندگی خاص خود را نسبت به یک آلاینده دارا می باشند. در نتیجه ازریابی عملکرد و گونه ھای مختلف گیاھی در خاکھایی با مواد آلی خطرناک آلوده شده اند، بسیار حائز اھمیت است. با وجود آنکه تاکنون تحقیقات تجربی زیادی در این زمینه صورت گرفته ولی به علت پیچیدگی ھای موجود کمتر به بحثھای مدلسازی و ریاضی آن توجه شده است ممکن است در نگاه اول روش تجربی از دقت بالاتری برخوردار باشد ولی با توجه به تنوع گیاھان مورد استفاده، تنوع آلاینده ھای موجود در خاک، تنوع نوع خاک ھر محل و نیز تنوع روشھایی که بوسیله آن گیاھان باعث کاھش غلظت انواع آلاینده ھا در خاک می گردند، در موارد بسیار نادری می توان از نتایج تجربی بدست آمده برای یک آزمایش، برای سایر مکانھای آلوده شده استفاده نمود.

ارائه یک مدل ریاضی با امکان تغییر در پارامترھا و متغیرھای تجربی علاوه بر آنکه به درک بھتر این پدیده کمک خواھد نمود، می تواند به پیش بینی رفتار این پدیده در سایر مکانھا، کمک شایانی بنماید. به منظور استفاده از گیاھان در تصفیه خاک بطور عملی، می بایست مکانیزم انجام فرآیند بررسی، و با نتایج تجربی مقایسه گردند.

در متن حاضر ابتدا نگاھی گذرا به اصول این روش خواھیم داشت. تعاریف و تاریخچه مختصری جھت آشنایی خواھد آمد و در ادامه به موضوع اصلی یعنی مدلسازی ریاضی آن پرداخته خواھد شد.

بخشھای برنامه نویسی و حل عددی معادلات با استفاده از Matlab نوشته شده اند که در قسمت ضمائم آورده شده اند. در تمامی مراحل مدلسازی و برنامه نویسی این نکته مد نظر بوده است که تمامی پارامترھای ھندسی، پارامترھای مربوط به آلاینده ھا، پارامترھای مربوط به خاک، پارامترھای مربوط به ریشه و… قابل تغییر بوده و در نتیجه مدل ارائه شده برای طیف وسیعی از گیاھان، آلاینده ھا و مناطق و شرایط مختلف قابل تعمیم است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.