Modeling the effect of variable pH on the biodegradation of hydrocarbons in groundwater

İnsan etkinlikleri çoğu zaman kirleticilerin kazara yeraltına sızmasına neden olur. Çeşitli potansiyel kirleticiler arasında hidrokarbonlar geniş kullanım alanları dolayısıyla yeraltına sızma olasılığı en yüksek olanlanndandır. Kirleticiler yeraltı suyuna karıştıkları zaman bazı akıbet ve taşıma mekanizmalarının etkisi altmda yayılma gösterirler. Yeraltı suyundaki kirleticilerin akıbeti ve taşınmasını kestirmede ve yeraltı suyu iyileştirme yöntemlerinin tasarımı ve optimizasyonunda çoğu zaman sayısal modeller kullanılır. Var olan taşınma modelleri genellikle kirleticinin akıbeti ve taşınmasında önemli bir etkiye sahip olan jeokimyasal koşullan doğrudan hesaba katmamaktadır. Öte yandan, jeokimyasal modeller ortamdaki kimyasalların akıbetinin ve taşınmasının benzetimi için kullanılırlar ancak bu kimyasalların yayılmasından sorumlu olan fiziksel süreçleri hesaba katmazlar. Bu çalışmanın amacı, hidrokarbonlann yeraltı suyundaki biyolojik bozulmasında pH değişikliklerinin etkisini değerlendirmektir. Bu amaçla, pH değişikliklerinin biyolojik bozulmaya olan etkisini benzetim yoluyla gösteren, modüler bir bilgisayar modeli geliştirilmiştir. Bu model, iki modülden ya da ana öğeden oluşmaktadır: akış ve taşınma modülü ve jeokimyasal denge modülü. Ana çözünmüş bileşenlerin taşınmasını yönlendiren adveksiyon-yayılma denkleminin çözülmesi için sonlu farklar yönteminden yararlanılmıştır. Taşınma denklemi, ayrıca, doğrusal emilim ve, biyolojik bozunma içinde, Monod kinetiğinin pH bağımlı bir çeşidini içermektedir. Model yeraltı suyu akışı ve kirleticilerin taşınmasını etkileyen jeolojik ve biyokimyasal ölçütlerin heterojenliğini hesaba katmak için giriş değişkenlerinin uzamsal olarak farklı tammlanabilmesine izin verir. Model kirlenmenin kalkerli bir akiferde meydana geldiğini varsaymaktadır. Akifer malzemesi, kirletici sıvı ile etkileşime girerek yeni kimyasal denge koşullarının oluşumuna yol açar. Kimyasal dengeyi yönlendiren, sayısal olmayan denklem sistemini çözmek için Newto-Raphson yöntemi kullanılmıştır. Taşınma modülünde olduğu gibi, jeokimyasal modül de giriş değişkenlerinin uzamsal olarak farklı tanımlanmasına olanak verir. Jeokimyasal denge modülü taşınma modülü ile ardışık olarak birleştirilmiştir. İlk adımda, ana bileşenlerin taşınmalarının kısa bir süre içindeki benzetimi yapılır. İkinci adımda, taşınma modülü tarafından bulunan derişimler kimyasal denge sağlanacak biçimde ayarlanır. Bu yordam sürekli yinelenerek hidrokarbon kirleticinin ve diğer ana bileşenlerin zaman içinde benzetimi elde edilir. Model daha sonra, bir maden asidik atıkları havuzunun içerisinde meydana gelen, varsayımsal bir hidrokarbon kirlenmesi sorununun benzetimi için kullanılmıştır. Asidik maden atıklarının pH'lan üç ya da dört kadar düşük olabilir. Bu atıklar, kendileri de bir kirletici olmakla birlikte, ağır metal iyonlarının çözünürlüğünü artırmak ve biyolojik bozunmayı yavaşlatmak ya da tamamen durdurmak gibi etkilere sahiptirler. Biyolojik bozunma hızının düşmesi, kirleticilerin var olan modellerle tahmin edilenden daha fazla yayılmasına neden olur. Bu çalışma çoğu yeraltı suyu kirlenmesi sorunlarında pH'in biyolojik bozunmaya etkisi önem sırasında kullanılabilir oksijen miktarından sonra da gelse, maden atıkları, katı atıklardan sızan sıvılar, demir iyonlarının oksidayonu, alkali göller ve çimento fabrikası atıkları gibi, hidrokarbon larliliğinin, aşın yüksek ya da alçak pH değerleriyle birlikte görüldüğü durumlarda pH etkisinin dikkate alınması gerektiğini ortaya koydu.