عنوان

بررسی آزمایشگاهی و توسعه مدل ریاضی برای پیش‌بینی پخش تیول صنعتی در خاک

IR

۴۰۴۸پ

فارسی

IR

بررسی آزمایشگاهی و توسعه مدل ریاضی برای پیش‌بینی پخش تیول صنعتی در خاک

[پایان‌نامه]

Experimental Investigation and Developing a Model for Predicting Thiols Permeation in Soil

/جواد بضاعت‌پور

: مهندسی شیمی

، ۱۳۹۹

۱۳۳ص.

:

زبان: فارسی

زبان چکیده: فارسی

چاپی - الکترونیکی

مصور، جدول، نمودار

دکتری

مهندسی شیمی

۱۳۹۹/۰۶/۰۱

صنعتی سهند

آلودگی خاک به عنوان بخشی از تخریب زمین ناشی از حضور مواد شیمیایی زنوبیوتیک( مصنوعی) یا تغییرات ناخواسته در محیط خاک طبیعی به واسطه فعالیت‌های انسانی تعریف می‌شود .این آلودگی به طور معمول ناشی از فعالیت‌های صنعتی، مواد شیمیایی کشاورزی یا دفع نادرست زباله است .شایع‌ترین مواد شیمیایی شامل هیدروکربن-های نفتی، هیدروکربن‌های آروماتیک حلقوی، حلال‌ها، آفت‌کش‌ها، سرب و دیگر فلزات سنگین هستند .۲-متیل پروپان -۲-تیول یکی از انواع آلاینده‌های هیدروکربنی گوگردی است که ورود آن به محیط زیست علاوه بر آلودگی آب، خاک و هوا به سبب بوی بسیار تند و زننده موجب نارضایتی اجتماعی نیز می‌گردد .هدف از این تحقیق ارایه مدل ریاضی جهت پیش‌بینی مدل پخش و پهنه ترابری آلاینده تیول در خاک می-باشد .لذا در این راستا پایان‌نامه به سه فاز تحقیقاتی تقسیم‌بندی گردید .در گام نخست مدل‌سازی ساختار محیط متخلخل خاک با استفاده از الگوریتم ابتکاری و تکنیک RCP به صورت کد برنامه‌نویسی در مقیاس میکرو انجام شد .نتایج به دست آمده توسط مدل بهینه برای تخلخل، افت فشار و هدایت هیدرولیکی با نتایج آزمایشگاهی تطابق خوبی داشتند .طی ۷۲ آزمایشی که برای چهار نوع خاک الک شده شنی انجام گرفت متوسط اختلاف تخلخل مدل بهینه و نتایج آزمایشگاهی کمتر از ۴ درصد و برای افت فشار و هدایت هیدرولیکی کمتر از ۱۰ درصد بود .در فاز دوم تعمیم-پذیری نتایج حاصل از مدل RCP بهینه به مقیاس مزو بررسی شد .با توجه به حجم بالای آزمایش‌ها و محدودیت در استفاده از تیول، از آلاینده رنگی متیلن بلو در آزمایش‌ها استفاده شد .آزمایش ایزوترم جذب متیلن بلو و ۲-متیل پروپان -۲-تیول برای نمونه خاک منتخب انجام شد .نتایج نشان داد که جذب متیلن بلو در خاک از ایزوترم لانگمویر و جذب تیول از ایزوترم فروندلیخ تبعیت می‌کند .آزمایش منحنی رخنه برای آلاینده رنگی در ستون خاک انجام شده و سینتیک جذب دو مکانی برای آلاینده با روش محاسبات معکوس تعیین گردید .مدل ریاضی پخش سه بعدی متیلن بلو در خاک با استناد به نتایج پیش‌بینی شده توسط RCP حل گردید .نتایج حاصله از مدل با نتایج آزمایشگاهی در مقیاس مزو تا ۲۴ درصد اختلاف را نشان داد .لذا جهت کاهش خطای به وجود آمده و اطمینان از دقت مدل RCP و تعمیم‌پذیری آن به خاک‌های واقعی، با ادغام دو روش شبکه عصبی و RCP بهینه، مدل RCPANN جهت پیش‌بینی پارامترهای تخلخل، جرم مخصوص ظاهری و هدایت هیدرولیکی معرفی شد .در مدل فوق، خروجی نتایج مدل RCP به همراه خصوصیات و بافت خاک ۲۰۸ نمونه خاک جمع‌آوری شده از شهرهای مختلف ایران تحت آموزش شبکه‌های عصبی مصنوعی قرار گرفت .نتایج RCPANN با نتایج نرم‌افزار ROSETTA مقایسه شد که حاکی از برتری مدل معرفی شده داشت .حداکثر خطا برای مدل RCPANN ۱۰ درصد و برای نرم‌افزار ROSETTA ۶۵ درصد بود .در فاز آخر نیز مدل‌های ماکرو( مقیاس مزرعه) برای پخش تیول بررسی شدند .با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، سه سناریوی بسیار مهم پخش تیول شامل نشت گاز طبیعی بودار شده با تیول از لوله‌های مدفون در خاک، نشت پساب حاوی تیول از مخازن نگهداری و پخش ناگهانی تیول خالص شبیه‌سازی و ارزیابی شدند .

Soil contamination or soil pollution as part of land degradation is caused by the presence of xenobiotics (human-made) chemicals or other alteration in the natural soil environment. It is typically caused by industrial activity, agricultural chemicals or improper disposal of waste. The most common chemicals involved are petroleum hydrocarbons, polynuclear aromatic hydrocarbons, solvents, pesticides, lead, and other heavy metals. Contamination is correlated with the degree of industrialization and intensity of chemical substance. The objective of this study is to present a mathematical model to predict the propagation and transport zone of thiol in contaminated soil. Therefore, the dissertation was divided into three main research phases. In the first step, modeling the structure of the porous soil was conducted in micro-scale using an innovative algorithm and RCP technique in the form of programming code. The results obtained by the optimal model for porosity, pressure drop, and hydraulic conductivity were in good agreement with the laboratory results. According to 72 experiments performed for four types of sandy sifted soils, the average porosity difference of the optimal model and laboratory results was less than 4 and for pressure drop and hydraulic conductivity was less than 10 . Due to the multiplicity of experiments and the limitations in the use of thiol, methylene blue was used as a detectable dye contaminant in the experiments. The adsorption isotherms of methylene blue and 2-methylpropane-2-thiol were conducted for selected soil samples. The results showed that the adsorption of methylene blue and thiol onto soil particles follows the Langmuir and Freundlich isotherms, respectively. The breakthrough curve (BTC) test for dye contaminant was performed in the soil column and the two-site sorption kinetics model was investigated by the inverse calculation method (ICM). The mathematical model of three-dimensional dispersion of methylene blue in soil was solved based on the results predicted by RCP. For meso-scale investigation, the results of the model showed a difference of up to 24 with the laboratory results. Therefore, to reduce the error and ensure the accuracy of the RCP model and its generalizability to real soils, by integrating the two methods of artificial neural network and optimal RCP, the RCPANN model was introduced to predict the parameters of porosity, density, and hydraulic conductivity of the soil. For the mentioned model, the RCP model outputs along with the characteristics and soil texture of 208 soil samples collected from different provinces of Iran were trained by artificial neural networks (ANN). The results of RCPANN were compared with the results of ROSETTA software, which showed the superiority of the introduced model. The maximum errors for the RCPANN model and the ROSETTA software were 10 and 65 , respectively. In the last phase, the macro (farm-scale) models for thiol dispersion were investigated. Using computational fluid dynamics (CFD), three very important scenarios of thiol propagation were modeled. leakage of thiol-scented natural gas from pipes buried in the soil, leakage of thiol effluent from storage tanks, and sudden disposal of pure thiol were simulated and evaluated.

ba

Experimental Investigation and Developing a Model for Predicting Thiols Permeation in Soil

آلودگی خاک

۲-متیل پروپان -۲-تیول

RCP

ایزوترم جذب

دینامیک سیالات محاسباتی

Soil pollution, 2-methyl propane-2-thiol, RCP, adsorption isotherm, computational fluid dynamics

آلودگی خاک، ۲-متیل پروپان -۲-تیول، RCP ، ایزوترم جذب، دینامیک سیالات محاسباتی

بضاعت‌پور، جواد

فاتحی‌فر، اسماعیل، استاد راهنما

رسول‌زاده، علی، استاد مشاور

ایران

20230912

شیمی ،۲۰۹۴۲ ،۱۳۹۹

ک‌اخ‍ رد ی‌تعنص‍ ل‌ویت‍ ش‌خپ‍ ی‌نیبش‌یپ‍ ی‌ارب‍ ی‌ضایر ل‌دم‍ ه‌عسوت‍ و ی‌هاگشیامزآ ی‌سررب‍.pdf

عادی

عادی

4048.pdf

pch20942.pdf

0

ایمانی

متن

0

پ۴۰۴۸

فارسی

نمایه‌سازی قبلی

pe

TF

92029

1

a

Y