علوم و مهندسی آب و فاضلاب

علوم و مهندسی آب و فاضلاب

بهینه‌سازی گزینه های زیست‌‌پالایی در آبخوان‌های آلوده نفتی: مطالعه موردی پالایشگاه نفت شیراز

نوع مقاله : مقالات علمی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط‎زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
2 دانشیار دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط‎زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
چکیده
در این پژوهش، یک مدل شبیه‌سازی-بهینه­سازی با هدف حداقل‌سازی هزینه زیست‌پالایی در یک آبخوان آلوده نفتی، ارائه شده است. شبیه­سازی جریان و آلودگی با مدل‌های MODFLOW6، MT3D-USGS و بهینه‌سازی زیست‌پالایی با الگوریتم تکامل تفاضلی انجام شد و صحت مدل‌سازی با یک مسئله آزمون کنترل شد. در ادامه پالایشگاه شیراز بهعنوان مطالعه موردی انتخاب و پاکسازی آلودگی BTEX (بنزن، تولوئن، اتیل‌بنزن و زایلن)، حاصل از نشت محتمل در چهار گزینه بررسی شد. نتایج گزینه 1 نشان داد که زیست‌پالایی طبیعی قادر به کاهش غلظت آلاینده بنزن تا مقدار مجاز نیست. سه گزینه دیگر براساس موقعیت، تعداد چاه­های زیست‌پالایی و مدت زمان اجرا تعریف شدند و در هر سه گزینه، غلظت آلاینده در انتهای دوره ده ساله، به کمتر غلظت استاندارد رسید. نتایج بهینه‌سازی نشانداد که سناریوی دوم (با ۲ چاه تزریق و ۲ چاه پمپاژ، طی 4 سال) با هزینه کل 157634 دلار، 1/%12 ارزان‌تر از گزینه سوم و 5/9 درصد ارزان‌تر از گزینه چهارم است. در مقابل، گزینه سوم سریع‌ترین نرخ پاک‌سازی را داشت. بهطور خلاصه، گزینه دوم هزینه پاکسازی کمتری داشته و بهعلت طولانی‌تر بودن اجرا، نرخ پمپاژ و تغذیه کمتری نیز دارد، و گزینه‌ سوم دارای اثربخشی پاک‌سازی سریع‌تری است.
کلیدواژه‌ها

جنت رستمی، س.، خیاط خلقی، م.، علیخانی، ح.، هورفر، ع.، و محمدی، ک.، (1399)، "مطالعه آزمایشگاهی و مدلسازی فرآیند زیست‌پالایی آلودگی‌های نفتی در آب زیرزمینی"، تحقیقات منابع آب ایران، ۱۶(۱)، 41-29.
واعظی‌هیر، ع.، قبادیان، س.، و گلمحمدی، ع.، (1399)، "بررسی آلودگی آب زیرزمینی محدوده پالایشگاه شازند به BTEX و MTBEعلوم و تکنولوژی محیطزیست، ۲۲(۶)، 49-59.
Aliabad, H.M., and Alimohammadi, S., (2025), “Probabilistic health risk assessment of BTEX contamination in groundwater using the set of triplets methodology: A case study near Shiraz Oil Refinery, Iran”, Sustainable Water Resources Management, 11(3), 1-20, https://doi.org/10.1007/s40899-024-01184-2.
Bedekar, V., Morway, E.D., Langevin, C.D., and Tonkin, M.J., (2016), MT3D-USGS version 1: A U.S. Geological Survey release of MT3DMS updated with new and expanded transport capabilities for use with MODFLOW, Techniques and Methods, 6-A53, US Geological Survey, https://doi.org/10.3133/tm6A53.
Hughes, J.D., Langevin, C.D., and Banta, E.R., (2017), Documentation for the MODFLOW6 framework, 6-A57,  US Geological Survey, https://doi.org/10.3133/tm6A57.
Lu, G., Clement, T.P., Zheng, C., and Wiedemeier, T.H., (1999), “Natural attenuation of BTEX compounds: Model development and field-scale application”, Groundwater, 37(5), 707-717. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1999.tb01163.x.
Mayer, A., and Endres, K.L., (2007), “Simultaneous optimization of dense non-aqueous phase liquid (DNAPL) source and contaminant plume remediation”, Journal of Contaminant Hydrology, 91(3-4), 288-311. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2006.11.009.
National Research Council (NRC), (1993), In situ bioremediation: When does it work?, Division on Engineering, Physical Sciences, Commission on Engineering, Technical Systems, and Committee on In Situ Bioremediation, National Academies Press, https://www.nationalacademies.org/publications/2131.
Raei, E., Nikoo, M.R., and Pourshahabi, S., (2017), “A multi-objective simulation-optimization model for in situ bioremediation of groundwater contamination: Application of bargaining theory”, Journal of Hydrology, 551, 407-422, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.06.010.
Rezaei, H., Bozorg-Haddad, O., and Loáiciga, H.A., (2020) “Reliability-based multi-objective optimization of groundwater remediation”, Water Resources Management, 34(10), 3079-3097. https://​doi.org​/​10.1007/​s11269-​020-​02573-​w.
Sethi, R., and Di Molfetta, A., (2019), “Remediation of contaminated groundwater. groundwater engineering: A technical approach to hydrogeology”, In: Sethi R. and Di Molfetta A. (eds.) Groundwater engineering: A technical approach to hydrogeology, pp. 331–409, Springer Cham.  https://doi.org/10.1007/978-3-030-20516-4_17.
Shieh, H.-J., and Peralta, R.C., (2005), “Optimal in situ bioremediation design by hybrid Genetic Algorithm-Simulated Annealing”, Journal of Water Resources Planning and Management, 131(1), 67-78. https://​doi.org​/​10.1061/​(ASCE)0733-​9496(2005)131:​1(67).
Storn, R., and Price, K., (1997), “Differential evolution, A simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces”, Journal of Global Optimization, 11(4), 341-359, https://doi.org/10.1023/A:1008202821328.
Taravatrooy, N., Nikoo, M.R., Adamowski, J.F., and Khoramshokooh, N., (2019), “Fuzzy-based conflict resolution management of groundwater in-situ bioremediation under hydrogeological uncertainty”, Journal of Hydrology, 571, 376-389, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.01.063.
Todd, D.K., and Mays, L.W., (2004), Groundwater Hydrology, John Wiley and Sons.
U.S. EPA, (2012a), Chemical-specific reference values for Benzene (CASRN 71-43-2), U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC.
U.S. EPA, (2012b), Inhalation health effect reference values for Ethylbenzene (CASRN 100-41-4), U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC.
U.S. EPA, (2012c), Inhalation health effect reference values for Toluene (CASRN 108-88-3), U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC.
U.S. EPA, (2012d), Inhalation health effect reference values for Xylene, All Isomers (CASRNs Mixed Isomers – 1330-20-7; m-Xylene – 95-47-6; o-Xylene – 108-38-3; p-Xylene – 106-42-3), U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC.
U.S. EPA, )2013), Introduction to in situ bioremediation of groundwater, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC., https://​semspub.epa.gov​/​work/​11/​171054.pdf
U.S. EPA, (2014), How to evaluate alternative cleanup technologies for underground storage tank sites: A guide for corrective action plan reviewers, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC., https://​www.epa.gov​/​ust/​how-​evaluate-​alternative-​cleanup-​technologies-​underground-​storage-​tank-​sites-​guide-​corrective.
U.S. EPA, (2015), National Primary Drinking Water Regulations, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC., https://​www.epa.gov​/​ground-​water-​and-​drinking-​water/​national-​primary-​drinking-​water-​regulations.
Vaezihir, A., Zare, M., Raeisi, E., Molson, J., and Barker, J., (2012), “Field-scale modeling of Benzene, Toluene, Ethylbenzene, and Xylenes (BTEX) released from multiple source zones”, Bioremediation Journal, 16)3(, 156-176, https://doi.org/10.1080/10889868.2012.687415.
دوره 11، شماره 1
بهار 1405
صفحه 17-32

  • تاریخ دریافت 13 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری 08 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 05 خرداد 1404