تعیین دقت دو مدل CDE و MIM با استفاده از روش حل معکوس در انتقال آلودگی تری‌کلرواتیلن (TCE) در یک محیط متخلخل کربناته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 گروه مهندسی آب- دانشگاه شهرکرد- شهرکرد- ایران

چکیده

تری‌کلرو‌اتیلن (TCE) یکی از آلاینده‌های آب‌های زیرزمینی در مناطق صنعتی است؛ لذا شبیه‌سازی انتقال آن ضروری است. این پژوهش با روش حل معکوس به شبیه‌سازی انتقال TCE پرداخته است. برای شبیه‌سازی، از روش حل معکوس با نرم‌افزارهای HYDRUS-1d (حل عددی) و STANMOD (حل تحلیلی) با دو مدل انتقال آلودگی جابه‌جایی‌–‌انتشار املاح (CDE) و مدل روان- ساکن (MIM) استفاده شد. در این پژوهش از داده‌های مقاله Yolcubal and Akyol در سه غلظت 110، 113 و 1300 میلی‌گرم ‌بر‌لیتر TCE استفاده گردید که سال 2001 در شهری از آنتالیا روی بافت خاک شنی‌لومی با متوسط وزن مخصوص ظاهری 3/1 گرم بر سانتی‌متر ‌مکعب انجام شده ‌بود. آزمایش‌ها در ستون‌‌هایی به طول 15 سانتی‌متر با جنس فولاد ضدزنگ در شرایط اشباع انجام شدند و تزریق TCE تا زمان برابر شدن غلظت خروجی با غلظت ورودی ادامه داشت. در بازه‌های زمانی مختلف نمونه‌هایی از خروجی ستون‌ها برای تعیین غلظت TCE و رسم منحنی رخنه گرفته شد. نتایج حل معکوس با نرم‌افزار HYDRUS-1d و STANMOD نشان دادند که مدل MIM ضریب همبستگی بالاتری در برازش منحنی رخنه نسبت به مدل CDE دارد. بیشترین میزان ضریب همبستگی 97/0 در غلظت 1300 میلی‌گرم بر لیتر با حل معکوس تحلیلی و مدل MIM شد. کمترین میزان خطا در تخمین ضریب انتشار (D) به ترتیب صفر و 5/3 درصد در دو مدل CDE و MIM شد. درصد خطا در تخمین  ضرایب ایزوترم جذب (Kd) در حل معکوس عددی و تخمین فاکتور تأخیر (R) در حل معکوس تحلیلی در غلظت 113 میلی‌گرم بر لیتر بیشتر از دو غلظت دیگر شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of CDE and MIM Models to Simulate TCE Transport in a Carbonate Porous Media

نویسندگان [English]

  • zeinab Ahmadimoghadam 1
  • Sayyed-Hassan Tabatabaei 2
1 Ph.D. Student, Department of Water Engineering, Shahrekord University. Shahrekord. Iran
2 Department of Water Engineering, Shahrekord University, Shahrekod, Iran
چکیده [English]

TCE (Trichloroethylene) is one of the common environmental pollutants in the world, where its application has caused the groundwater to be contaminated. For this reason, it is essential to simulate the transport of this pollutant, especially in industrial areas. In this research, an inverse-solution method has been employed to simulate the movement of TCE. To evaluate the inverse method, HYDRUS-1D (as a numerical solution) and STANMOD (as an analytical solution) software were used with two transport models including Convection-Dispersion Equation (CDE) and Mobile-Immobile model (MIM). For this study, a set of data from Yolcubal and Akyol (2011) were used at three TCE concentrations of 110, 113, and 1300 mg/L. The research was conducted on the loamy-sand and carbonate soil with a mean bulk density of 1.2 g/cm3. Experiments were carried out in columns with a length of 15 cm and 4.8 cm diameter in stainless steel in saturated conditions. TCE injection continued until the effluent concentration was equal to the injection concentration (C/C0=1). At different time steps, the water samples from the column ‘send were taken to determine the TCE concentration and the breakthrough curves (BTC). The results of Hydrus-1D and STANMOD software showed that the MIM model has a higher correlation coefficient in comparison with the CDE model concerning the match BTC. The highest amount of correlation coefficient was 0.97 at the concentration of 1300 mg/L with the inverse-analytical solution and MIM model. In the estimation of the dispersion coefficient (D), the minimum error was 0 and 3.5% at CDE and MIM models, respectively. The error value was maximum at the 113 mg/L concentration for adsorption isotherm (Kd) coefficients in the inverse numerical solution and the same result for retardation factor (R) in an inverse-analytical solution. It means that this concentration was higher at the two other TCE concentrations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CDE model
  • HYDRUS-1D
  • Inverse solution
  • MIM model
  • STANMOD
[1] A.f.T.S.a.D.R. (ATSDR), Toxicological profile for trichloroethylene (TCE). U.S. Public Health Service, U.S. Department of Health and Human Services, Atlanta, GA, in, 1997.
[2] F. Abbasi, Advanced soil physics, university of Tehran, 2014.
[3] J. Simunek, M. Sejnan, M.T. Genuchten, The HYDRUS-1D software package for simulating the one-dimensional movement of water, heat, and multiple solute in variably saturated media, Version 2.0 IGWMC-TPS-70, in:  Int. Ground Water Modeling Center, Colorado School of Mines, Golden, Co., 1998.
[4] F. Casey, J. Simunek, Inverse Analyses of Transport of Chlorinated Hydrocarbons Subject to Sequential Transformation Reactions, Environ. Qual, 30 (2001) 1354-1360.
[5] T. Masipan, s. Chotpantarat, S. Boonkaewwan, Experimental and modelling investigations of tracer transport in variably saturated agricultural soil of Thailand: Column study. Sustainable, Environment Research  Vol. 26 (2016) PP. 97-101.
[6] M. Moradzadeh, H. Moazed, G. Sayyad, Simulation of Nitrate Ion Leaching in a Sandy Loam Soil Treated with Zeolite Using Hydrus-1D Model, water and soil science 23(1) (2013) 95-107.
[7] H. Shiran, M. Kord, G.A. Sayyad, H. Naghavi, Simulating bromide transport in disturbed soil columns using HYDRUS-1D model, Watershed Management Research (92) (2011) 20-31.
[8] E. Chavoshi1, M. Afyuni2, M.A. Hajabbasi, Simulation of Fluoride Transport in a Calcareous Soil Using HYDRUS-1D, Sci. & Technol. Agric. & Natur. Resour., Water and Soil Sci, 19(72) (2015) 205-215.
[9] J. Chaerlakens, D. Mallants, J. Simunek, M.T.V. Genuchten, J. Feyan, Numerical simulation of transport and sequential biodegradation of chlorinated aliphatic hydrocarbons using CHAIN-2D, Hydrological processes 13 (1999) 2847-2859.
[10] R.G. Riley, J.E. Szecsody, A.V. Mitroshkov, C.F. Brown, Desorption Behavior of Trichloroethene and Tetrachloroethenein U.S. Department of Energy Savannah River Site Unconfined Aquifer Sediments, 2006.
[11] N.H. Akyol, I. Yolcubal, D.I. Yüksel, Sorption and transport of trichloroethylene in caliche soil Chemosphere, 82(6) (2011) 809-816.
[12] G. Tang, M. Mayes, J. Parker, X. Yin, D. Watson, P. Jardine, Improving parameter estimation for column experiments by multi-model evaluation and comparison, Hydrology, 376 (2009) 567-578.
[13] F. Ghaemizadeh, H. Banejad, O. Bahmani, Cadmium Transport Simulation under Different Soil Conditions Using the Physical Non-Equilibrium Model, water and soil science 24(4) (2013) 29-44.