کاربرد تکنیک CSIA در تفکیک منشاهای آلودگی نفتی آب زیرزمینی و شاهدی بر پتانسیل میرایی طبیعی در آبخوان | ||
| فصلنامه علوم محیطی | ||
| مقاله 8، دوره 23، شماره 2، 1404 اصل مقاله (2.1 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/envs.2024.1406 | ||
| نویسندگان | ||
| حمیدرضا ناصری1؛ علی اکبر شهسواری* 1، 2؛ کمال خدایی2؛ یاسر نیک پیمان1 | ||
| 1گروه زمین شناسی معدنی و آب، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران | ||
| 2پژوهشکده علوم کاربردی جهاد دانشگاهیACECR، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: هیدروکربنهای آروماتیک همانند بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلین (BTEX) از ترکیبات مهم فرآوردههای نفتی میباشند و به دلیل نشت از مخازن زیرزمینی بنزین، مخازن زیرزمنی و روزمینی ذخیرهسازی محصولات پالایشی و نفت خام می توانند به آب زیرزمینی نفوذ کنند. آنالیز ایزوتوپی ویژه ترکیب (CSIA) به عنوان روشی شناخته شده برای ارزیابی فرآیندهای تخریب طبیعی آلایندههای قابل تجزیه، مانند هیدروکربنها و شناسایی منابع مختلف آلایندهها می باشد. این مطالعه با استفاده از روش CSIA، تکنیکهای انگشت نگاری نفت و دادههای هیدروژئوشیمیایی و با هدف شناسایی منشاهای آلودگی نفتی آب زیرزمینی و بررسی میرایی طبیعی در یک آبخوان آلوده با تمرکز بر ترکیبات BTEX صورت گرفته است. مواد و روش ها: ابتدا نمونههای آب زیرزمینی، مواد نفتی شناور از چاههای پایش و فرآورده های نفتی استاندارد برای تحلیل جمعآوری شدند و ترکیبات BTEX از نمونه های آب استخراج شدند. سپس نمونه ها با استفاده از دستگاه GC-MS ، GC-IRMS و ICP-OES مورد آزمایش قرار گرفتند و از نتایج بدست آمده در انگشت نگاری شیمیایی و ایزوتوپی استفاده شد. نتایج و بحث: اندازه گیری های ماهانه سطح آب و مواد نفتی در چاه های پایش نشان میدهند که نشتهای فعال هم در منطقه شمالی و هم در منطقه جنوبی وجود دارد. با استفاده از روش CSIA مشخص شد که در منطقه شمالی، تولوئن از فرآورده های نفتی مانند کروسن، ATK یا سوخت هوایی، بنزین معمولی و سوخت دیزل نشات می گیرد. به علاوه، نسبتهای ایزوتوپهای پایدار کربن و هیدروژن برای اتیلبنزن، اورتو-زایلن و پارا-زایلن در منطقه A نشان دادند که بنزین معمولی منشا آلودگی در داخل منطقه شمالی است. مقادیر δ13C و δ2H در مواد نفتی شناور و نمونههای آب زیرزمینی نشان می دهند که تولوئن در بخش جنوبی منشأ بنزین سوپر (با اکتان بالاتر) دارد. بنابراین با وجود اینکه تجزیه و تحلیل GC-MS حضور ATK، JP4، بنزین و دیزل را تایید می کند با این حال، تشخیص انواع خاص بنزین و دیزل به دلیل کروماتوگراف مشابه GC-MS چالش برانگیز بود. برای عبور از این محدودیت ازتحلیل ایزوتوپی ویژه ترکیب دو بعدی استفاده شد که قادر به تمایز اختلافات در امضاهای ایزوتوپی بین محصولات شیمیایی مشابه مانند بنزین، بنزین سوپر، دیزل و دیزل یورو به ویژه از طریق تجزیه و تحلیل نسبتهای ایزوتوپی کربن و هیدروژن در ترکیبات تولوئن است. نتیجه گیری: یافتههای این تحقیق نشان می دهد برای مواجهه موثر با چالشهای شناسایی منشاهای آلاینده های نفتی می بایست از تکنیکهای CSIA و انگشت نگاری به همراه تحلیل های دقیق هیدروژئولوژیکی به طور همزمان استفاده کرد و تنها اتکا به هر یک از این روشها به طور مستقل کافی نیست. زمانی که دادههای هیدروژئولوژیکی با تجزیه و تحلیل ایزوتوپهای پایدار ترکیب میشوند دقت و قابلیت اطمینان در شناسایی منشأ ترکیبات BTEX به طرز چشمگیری افزایش می یابد. بررسی ایزوتوپهای پایدار کربن در تولوئن، O-زایلن و-P زایلن نمونه های آب زیرزمینی نشان داد که ایزوتوپهای کربن در O-زایلن و P-زایلن از شرق به غرب تهیشدگی 4‰ در فاصله حدود 5/1 کیلومتری در مسیر جریان را با ضریب همبستگی بالای 80 درصد نشان می دهند. تهیشدگی سایر ترکیبات روند مشابه ولی با همبستگی پایین تری را نشان می دهد. بنابراین نتایج ژئوشیمیایی و ایزوتوپی نشان دادند که فرآیندهای میرایی طبیعی در آبخوان در حال رخ دادن است. هر چند که این فرایندها قادر به تصفیه و مهار این حجم از آلودگی در محدوده نیستند و باید برای حذف موثر آلودگی از روش های پاکسازی استفاده نمود. | ||
| کلیدواژهها | ||
| CSIA؛ تفکیک منشا؛ BTEX | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Application of CSIA Technique in Differentiating Sources of Oil Contamination in Groundwater and Evidence of Natural Attenuation Potential in the Aquifer | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Hamid Reza Nassery1؛ Ali Akbar Shahsavari1، 2؛ Kamal Khodaei2؛ Yaser Nikpeyman1 | ||
| 1Department of Minerals and Groundwater Resources, School of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran | ||
| 2Department of Minerals and Groundwater Resources, School of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran |Research Institute of Applied Sciences (RIAS), ACECR, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and Objectives: Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene (BTEX) are significant components of oil products. They can infiltrate groundwater due to leaks from underground gasoline tanks, storage tanks, and surface and subsurface oil products and crude oil storage facilities. Compound-Specific Isotope Analysis (CSIA) is recognized as a method for assessing natural attenuation processes of degradable pollutants, such as hydrocarbons, and for identifying various pollutant sources. This study aims to identify the sources of oil contamination in groundwater and evaluate natural attenuation processes in a contaminated aquifer, focusing on BTEX compounds, using CSIA, oil fingerprinting techniques, and hydrogeochemical data. Materials and Methods: The hydraulic conductivities, ascertained through slug tests conducted on 24 monitoring wells, exhibit a wide range spanning from 7.9 × 10−4 to 1.4 × 10−6 m/s. The geometric mean of these values is calculated to be 7.5 × 10−5 m/s. Among the aquifers present, the uppermost one exhibits the highest level of oil pollution. Due to the presence of over 50 above-ground storage tanks and pipeline networks containing oil products such as gasoline, super gasoline, diesel, Euro diesel, kerosene, jet fuel (JP4) and aviation fuel(ATK), there is a potential risk of groundwater contamination by one or more of these products. Groundwater samples, floating oil substances from monitoring wells, and standard oil products were collected for analysis. BTEX compounds were extracted from water samples. These samples were then analyzed using GC-MS, GC-IRMS, and ICP-OES. The results were utilized for chemical and isotopic fingerprinting. Results and Discussion: Monthly measurements of water and oil levels in monitoring wells indicated active leaks in both the northern and southern areas. CSIA revealed that in the northern area, toluene originated from oil products such as kerosene, ATK or jet fuel, regular gasoline, and diesel. Additionally, stable carbon and hydrogen isotope ratios for ethylbenzene, ortho-xylene, and para-xylene in Area A indicated that regular gasoline was the source of contamination in the northern area. δ13C and δ2H values in floating oil substances and groundwater samples suggested that in the southern section, toluene originated from high-octane gasoline. While GC-MS analysis confirmed the presence of ATK, JP4, gasoline, and diesel, identifying specific types of gasoline and diesel was challenging due to similar GC-MS chromatographs. To overcome this limitation, two-dimensional compound-specific isotope analysis was used, which could distinguish differences in isotopic signatures between similar chemical products like regular gasoline, high-octane gasoline, diesel, and Euro diesel, particularly through the analysis of carbon and hydrogen isotope ratios in toluene compounds. Conclusion: The findings of this study indicate that effectively addressing the challenges of identifying sources of oil pollutants requires the simultaneous use of CSIA and fingerprinting techniques along with detailed hydrogeological analyses. Relying solely on one method independently is insufficient. Combining hydrogeological data with stable isotope analysis significantly enhances accuracy and reliability in identifying the sources of BTEX compounds. Examination of stable carbon isotopes in toluene, ortho-xylene, and para-xylene in groundwater samples showed a 4‰ depletion of carbon isotopes in ortho-xylene and para-xylene from east to west over a distance of approximately 1.5 kilometers in the flow direction, with a correlation coefficient above 80%. Depletion of other compounds showed similar trends but with lower correlations. Thus, geochemical and isotopic results indicated that natural attenuation processes are occurring in the aquifer. However, these processes are not sufficient to remediate the extent of contamination, and additional cleanup methods are necessary for effective pollution removal. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| BTEX, CSIA, natural attenuation | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 4,390 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 3,426 |
||