تأثیر مشخصات آب حفره ای و آلاینده های فلز سنگین بر رفتار تورم پذیری و خودترمیمی اسمکتیت

چکیده: پتانسیل تورمی زیاد بنتونیت (حاوی کانی رسی اسمکتیت) در کنار سایر ویژگی های مطلوب این خاک سبب شده است تا از آن به عنوان مصالح بافر در مراکز دفن مهندسی زباله استفاده شود. خاصیت تورم پذیری بنتونیت سبب پر شدن حفرات، ترک ها و فضاهای خالی اطراف پولک ها شده و از این طریق مانع از پخش آلاینده ها و ورود آنها به آب های زیرزمینی می شود. با توجه به اهمیت خاصیت تورم پذیری بنتونیت در عملکرد مناسب مراکز دفن مهندسی، تاکنون مطالعات مختلفی در خصوص بررسی روند های تورم و عوامل تاثیرگذار بر آن انجام شده است. در این مطالعات روندها ی مختلفی برای تورم بنتونیت ارائه شده است که مهم ترین آنها دو روند تورم کریستالی و اسمزی (لایه دوگانه) می باشند. در روند تورم کریستالی، تورم در فضای بین لایه ای و درون شبه کریستال ها، در اثر هیدراسیون کاتیون های بین لایه ای رخ می دهد. تورم اسمزی از اختلاف غلظت یون های در سطح ذره رسی و مایع حفره ای ناشی شده و معمولاً در فضای بین شبه کریستال ها اتفاق می افتد. همچنین مطالعات قبلی نشان داده اند که مشخصات مایع حفره ای، شامل والانس و غلظت کاتیون های موجود، ph و ثابت دی الکتریک آن، از جمله عوامل تاثیرگذار بر پتانسیل تورمی بنتونیت می باشند. این مطالعات نشان دهنده کاهش پتانسیل تورمی در صورت قرار گیری خاک در معرض نمک بوده اند. با توجه به احتمال حضور کاتیون های فلز سنگین در مراکز دفن مهندسی زباله، ورود این کاتیون ها به آب حفره ای سبب تغییر خصوصیات آن خواهد شد. اگرچه در مطالعات قبلی به اثر فلز سنگین بر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک پرداخته شده است، اما مطالعات محدودی در زمینه اثر این آلاینده ها بر پتانسیل تورمی و قابلیت خود ترمیمی بنتونیت صورت گرفته است. بنابراین در پژوهش حاضر اثر فلز سنگین بر خصوصیات تورمی بنتونیت مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. در آزمایش های انجام شده در این تحقیق برای نمونه های حاوی غلظت های مختلف از آلاینده های فلز سنگین مس و سرب تغییر شکل تورمی اندازه گیری شده است. نتایج این آزمایش ها نشان دهنده کاهش شدید پتانسیل تورمی بنتونیت در صورت قرار گیری در معرض این آلاینده ها بوده است. به عنوان مثال، پتانسیل تورمی بنتونیت در صورت قرارگیری در معرض 100 سانتی مول بر کیلوگرم خاک آلاینده سرب به مقدار 85? کاهش یافته است. همچنین با توجه به اینکه مطالعات قبلی نشان دهنده تاثیرپذیری پتانسیل تورمی رس ها از ریزساختار خاک بوده اند، مطالعه تغییرات ریزساختاری خاک در معرض آلاینده فلز سنگین و تاثیر این تغییرات بر رفتار تورمی بنتونیت در دستور کار این پژوهش قرار گرفت. مطالعات ریزساختاری انجام شده در این پژوهش شامل آنالیز پراش پرتو ایکس و تهیه عکس های sem بوده اند. نتایج این آزمایش ها نشان داده است که در اثر اندرکنش بنتونیت با آلاینده فلز سنگین، ساختار آن از حالت پراکنده به حالت مجتمع تغییر کرده، و این تغییر ساختار بر رفتار تورمی خاک تاثیر می گذارد. مقایسه نتایج مطالعات ریزساختاری و درشت ساختاری نشان دهنده ی ارتباط تنگاتنگ تغییرات ریزساختاری خاک و رفتار تورمی آن در مقیاس درشت ساختاری بوده است.