دراسة لتحسين جودة المياه الجوفية لاستخدامات الري في مزرعة فدك. كربلاء

رسالة ماجستير

اسم الباحث : ايناس هاشم عبد

اسم المشرف : الأستاذ الدكتور واقد حميد حسن + الأستاذ الدكتور أياد عبد الحمزة فيصل

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة المدنية

سنة نشر البحث : 2021

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

تهدف هذه الدراسة إلى تقييم جودة المياه الجوفية لأغراض الري في تكوين الدمام ، مزرعة فدك الواقعة على بعد 19 كم غرب مركز محافظة كربلاء تحت الساحل الجنوبي لبحيرة الرزازة في العراق. يقع الموقع بين خطي عرض (43˚ 52ʹ 44ʺ شمالاً) وخطي طول (32˚ 43ʹ 23ʺ شرقاً) بمساحة إجمالية تصل إلى 2000 دونم. تم تحليل النتائج بواسطة نظام المعلومات الجغرافية (GIS) وأثبتت الخرائط التي تم الحصول عليها أن المياه الجوفية يمكن أن تصنف على أنها “مياه قليلة الملوحة” لأن إجمالي الأملاح الذائبة تراوحت من 1000 إلى 3000 ملي غرام / لتر. أيضًا ، تحتوي أيونات الكبريتات والكلوريد على قيم عالية نسبيًا مع ترتيب الأنيونات .كانت القيم المحسوبة لمؤشر جودة مياه الري (IWQI) أقل من 40 ؛ لذلك ، يمكن تحديد المياه على أنها “تقييد شديد ، “SR “. لذلك، لا يمكن استخدام هذه المياه لأغراض الري ويمكن استخدامها فقط للتربة ذات الموصلية الهيدروليكية العالية كما هو الحال في منطقة الدراسة.
نظرا للتركيز العالي لأيونات الكبريتات والتي كانت عالية جدا وتتجاوز الحد المسموح به، فقد تم اختيار هذا المعامل ليكون الملوث المستهدف في تقييم جودة المياه بعد المعالجة عن طريق تطبيق تقنية الحاجز التفاعلي المنفذ (PRB). كان تصنيع مادة ماصة جديدة لـ PRB مطلوبًا من خلال تعديل الكربون المنشط باستخدام جزيئات هيدروكسيدات Mg وFe النانوية المزروعة على سطحه. تسمى هذه المادة الماصة “الكربون المنشط المطلي بطبقة مزدوجة من الهيدروكسيد (Mg / Fe) (LDH)” والتي يتم اختصارها كـ “AC- (Mg / Fe) LDH”. أثبتت النتائج الأولية أن المادة الماصة المحضرة يمكنها إزالة 35.5٪ من أيونات الكبريتات؛ ومع ذلك، يمكن أن يؤدي خلط 5 غرام من حديد التكافؤ الصفري (ZVI) مع 5 غرام AC- (Mg / Fe) -LDH إلى زيادة كفاءة الإزالة لتكون 59.0٪ لنسبة Mg / Fe تبلغ 7.5 / 2.5.
تشير اختبارات الدُفعات إلى أن المادة المحضرة لها تفاعلية عالية لإزالة أيونات الكبريتات من المحلول المائي مع كفاءة تصل الى 75٪ بالنسبة للوقت، والجرعة ودرجة الحموضة الأولية 1 ساعة و 5 غرام / 50 مل و 5 على التوالي, لتركيز ابتدائي 50 ملي غرام / لتر عند 200 دورة في الدقيقة. نماذج Langmuir و Freundlich مناسبة لوصف قياسات متساوية الامتصاص حيث تبلغ سعة الامتزاز القصوى 2.2027 ملي غرام / غرام وثابت التقارب 0.0146 لتر/ملي غرام.

Study to Improve the Quality of Groundwater for Irrigation Use in Faddak Farm. Kerbala

This study aims to evaluate the groundwater quality for irrigation purpose in the Dammam Formation, Faddak farm, located at 19 km western south of Kerbala Governorate center under the south coast of Al-Razzaza lake, Iraq. The site is located between latitudes (43˚ 52ʹ 44ʺN), and longitudes (32˚ 43ʹ 23ʺE) with gross area reached to 2000 dunam. Results have been interpreted by geographical information system (GIS) software package and obtained maps proved that the groundwater can be classified as “slightly brackish water” due to the total dissolved salts concentration which ranged from 1000 to 3000 mg/L. Also, the sulfate and chloride ions have relatively very high values with arrangement of cations of Na+ > Ca2+ > K+ > Mg2+ and anions of SO42- > Cl-> HCO3-> NO3-.. The calculated values of irrigation water quality index (IWQI) were less than 40; so, the groundwater can be identified as “severe restriction, SR”. Therefore, this water cannot be used for irrigation purpose and can be applied only for soil with high hydraulic conductivity which is the case at the study area.
Due to the high concentration of sulfate ions, were very high and exceeding the allowable limit, this parameter was chosen to be the target contaminant in the evaluation of water quality after treatment by application of permeable reactive barrier (PRB) technique. Manufacturing of new sorbent for PRB was required through modification of the activated carbon with Mg and Fe hydroxides nanoparticles that planted on its surface. This sorbent is named “Activated carbon coated with (Mg/Fe)-layered double hydroxide (LDH)” which abbreviated as “AC-(Mg/Fe)-LDH”. The primary results proved that the prepared sorbent can remove 35.5% of sulfate ions; however, mixing 5 g zero valent iron (ZVI) with 5 g of AC-(Mg/Fe)-LDH can increase the removal efficiency to be 59.0% for Mg/Fe ratio of 7.5/2.5.
Batch tests signify that the prepared material has a high reactivity to eliminate sulfate ions from aqueous solution with efficiency reached to 75% for time, dosage, and pH of 1 h, 5 g/50 mL and 5, respectively; for 50 mg/L concentration at 200 rpm. Models of Langmuir and Freundlich are suitable to describe the sorption isotherm measurements where the maximum adsorption capacity of 2.2027 mg/g and affinity constant of 0.0146 L/mg. The chemisorption was the predominant mechanism because sorption kinetic measurements were described in good manner by Pseudo second-order model. Analyses of characterization demonstrated that the plantation of Mg and Fe nanoparticles onto surfaces of activated carbon was achieved through the manufacturing procedure.
For simulated aqueous solution, continuous tests proved that the longevity of prepared composite sorbent was increased with a thicker barrier which can saturate with sulfate ions as a function of the time. However, the longevity can be increased dramatically with decrease of chemical concentration and water flow rate. The obtained outputs demonstrate that the computer solution (COMSOL) Multiphysics software has a good ability to describe the sulfate ions transport in comparison with experimental measurements. The column tests demonstrate the effectiveness of the prepared material in the remediation of real subsurface water with removal efficiency equal to 70% when flow rate=5 mL/min, inlet concentration of sulfate ion=2301 mg/L and height of bed=50 cm.