نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه زمین شناسی دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 دانشجوی دکتری آب شناسی دانشگاه صنعتی شاهرود

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد آب شناسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان

چکیده

 ناحیه معدنی گل­گهر در ۵۳ کیلومتری جنوب غرب شهر سیرجان در استان کرمان واقع شده است و یکی از بزرگترین معادن روباز کشور می‌باشد. در پی بهره برداری از ماده معدنی، تراز کف پیت به زیر سطح ایستابی رسیده است. درحال حاضر عملیات زهکشی در محل اجرا می‌شود و آب‌های پمپاژ شده و پساب کارخانه معدن به مناطق خارج از محدوده‌ی معدنکاری پیت منتقل می‌شوند. احتمال داده می‌شود آبهای مذکور با نفوذ در عمق از دیوار شرقی وارد پیت شوند. از طرفی دیگر آب و پسابهای مذکور دارای مواد حل شده و معلق فراوانی هستند و با نفوذ به زمین می‌توانند سبب آلودگی آب زیرزمینی منطقه شوند. در این راستا منطقه‌ای که حدودا 4 کیلومتری نسبت به پیت فاصله دارد، جهت ساخت سد رسوبگیر در نظر گرفته شده است. در این تحقیق بررسی آلودگی نیکل در آب زیرزمینی منطقه با استفاده از آزمایش ایزوترم و مشخص کردن پلوم آلودگی فلزات سنگین با کمک نرم افزار FEFLOW انجام شده است. آزمایش جذب ایزوترم نشان می‌دهد که مقدار Kd فلز مس در هر دو حالت خطی و غیر خطی بیش از Ni و Co است و از طرفی دیگر، در مدل غیر خطی فرندلیچ، مس از نوع با توان بیش از 1 و Ni وCo از نوع با توان کمتر از 1 می‌باشد؛ بنابراین ظرفیت جذب مس بسیار بیشتر از دو فلز دیگر است. لذا در حالتی که سه عنصر مذکور به محیط وارد شوند، مس در مقایسه با دو فلز دیگر، بیشتر در دام ذرات جاذب گرفتار می‌شود و آلودگی مس در محیط آب به مراتب کمتر خواهد بود. همچنین توانایی جذب فلزات سنگین توسط سنگ‌های منطقه در حالت پودر شده، کمتر از خاک‌های منطقه است. نتایج شبیه سازی جریان و انتقال جرم در محدوده‌ی پیت نشان می‌دهد که به دلیل زهکشی، یک زون تسخیر در محدوده‌ی پیت ایجاد شده است. لذا این سبب شده است ابر آلودگی فلزات سنگین به سمت پیت و چاه‌های پمپاژ حرکت کرده و از نشر آلودگی به مناطق دورتر از پیت به طریق انتقال فررفت جلوگیری نماید. همچنین مدلسازی آلودگی آب زیرزمینی در محدوده‌ی سد رسوبگیر نشان می‌دهد که به دلیل هدایت هیدرولیکی پایین، شیب هیدرولیکی کم و در نتیجه سرعت پایین آب زیرزمینی، زمان ماندگاری آلودگی نیکل در محدوده‌ی سد رسوبگیر طولانی خواهد بود و احتمال نشت آلودگی به پایین دست اندک باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Simulation of Heavy Metals Transport in the Groundwater of Golgohar Iron Ore Mine Aquifer

نویسندگان [English]

  • Reza Jahanshahi 1
  • Sepideh Mali 2
  • Elham Ravand 3

1 Assistant Professor of Hydrogeology, Geology Department, Faculty of Sciences, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran

2 Ph.D Student of Hydrogeology, Faculty of Geosciences, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran

3 M.Sc of Hydrogeology, Geology Department, Faculty of Sciences, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran

چکیده [English]

The Golegohar mine area is located 53 km southwest of Sirjan city, Kerman province, Iran. The mine is one of the largest open-pit mines in the country. Due to exploitation, the pit floor level is below the water table. Current dewatering operation is going on by groundwater pumping in digging wells in or out of the pit to prevent flooding. Until now, discharged water and tailings have been disposed near pit without proper environmental safeguards. These waters are in contact with minerals containing heavy metals and it may dissolve or suspend them. Therefore, a tailings dam, constructed with environmental standards, has been proposed to address this problem. So the groundwater pollution plume is studied using FEFLOW software. The results of the sorption isotherm tests for Ni, Cu, and Co show good agreement with the Liner and Freundlich models. Moreover, the plot of Kd for every single solution concentration indicates that the Kd is increasing with Cu concentration while it is decreasing for other metals. Examining the isotherms indicate that Ni and Co behave similarly, while the Cu behavior is different despite equal initial molar concentrations. This implies that the sorption of Cu is higher than Co and Ni. Flow and mass transport simulation in the groundwater of area show due to the dewatering, a capture zone has been developed near the pit. So groundwater pollution plume moves toward the pit and contamination migration (advection) has been prevented to other area. In addition to results of mass transport simulation in the tailings dam show that due to low material permeability and hydraulic gradient in the aquifer, the retention time of the groundwater pollution plume will be long.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pollution Plume
  • Isotherm Test
  • Tailings Dam
  • Groundwater Contamination Modelling
  • FEFLOW Software

جهانشاهی رضا (1392). اثرات زیست محیطی معدن سنگ‌آهن گل‌گهر بر آب‌های زیرزمینی منطقه، پایان‌نامه دکترا، دانشگاه شیراز.

جهانشاهی رضا؛ راوند الهام؛ اسدی ناصر؛ مالی سپیده؛ حسینی سبزواری سید محمد (1396). شبیه‌سازی و پیش بینی فرایند زهکشی در محیط آبرفتی و سازند سخت پیت روباز معدن سنگ آهن گل‌گهر، مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته، شماره 24، ص 37-26.

حسینی سبز‌واری سید محمد (۱۳۸۶). بررسی خصوصیات هیدروژئولوژیکی سفره آب زیرزمینی در معدن گل گهر، سیرجان، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شاهرود.

درویش زاده علی (۱۳۷۰). زمین‌شناسی ایران، تهران، انتشارات امیر کبیر.

دولتی ارده‌جانی فرامرز؛ شفایی تنکابنی سید ضیاالدین؛ کاکایی رضا (۱۳۸۳). مدل‌سازی مشکلات آب در معادن روباز با استفاده از روش اجزاء محدود، کنفرانس مهندسی معدن ایران، دانشگاه تربیت مدرس.

Biehler. D., Falck. W. E., (1999), Simulation of the effects of geochemical reactions on groundwater quality during planned flooding of the Königstein uranium mine, Saxony, Germany. Hydrogeology Journal 7:284–293.

Dhakate. R., Singh. V. S., Hodlur. G. K., (2008), Impact assessment of chromite mining on groundwater through simulation modeling study in Sukinda chromite mining area, Orissa, India, Journal of Hazardous Materials 160:535–547.

Garzonio. C. A., Piccinini. L., Gargini. A., (2014), Groundwater Modeling of Fractured Aquifers in Mines: The Case Study of Gavorrano (Tuscany, Italy), Rock Mech. Rock Eng. 47:905–921.

Jahanshahi. R., Zare. M., (20140, A metal sorption/desorption study to assess the potential efficiency of a tailings dam at the Golgohar Iron Ore Mine, Iran, Mine Water Environ. 33:228–240.

Li. T., Li. L., Song. H., Meng. L., Zhang. S., Huang. G., (2016), Evaluation of groundwater pollution in a mining area using analytical solution: a case study of the Yimin open‑pit mine in China, Springer Plus 5:392.

Molson. J. W., Fala. O., Aubertin. M., Bussie`re. B., (2005), Numerical simulations of pyrite oxidation and acid mine drainage in unsaturated waste rock piles, Journal of Contaminant Hydrology 78:343– 371.

Schwartz. M. O., Kgomanyane. J., (2008), Modelling natural attenuation of heavy-metal groundwater contamination in the Selebi-Phikwe mining area, Botswana, Environ. Geol. 54:819–830.

Song. C., Chao. W., Fu-qiang. Y., Rui-xue. B., (2011), Heavy metal pollution model of tailings and the pollution simulation by visualization, Journal of Coal Science & Engineering (China) 17(3):355–359.

Sracek. O., Gzyl. G., Frolik. A., Kubica. Z., Bzowski. Z., Gwo´zdziewicz. M., Kura. K., (2010), Evaluation of the impacts of mine drainage from a coal waste pile on the surrounding environment at Smolnica, southern Poland, Environ. Monit Assess 165:233–254.

Todd. D. K., Mays Larry. W., (2005), Groundwater hydrology, John Wiley & Sons, New York.

Young. H., Sung. J., Jeen. W., (2016), Geochemical interactions of mine seepage water with an aquifer: laboratory tests and reactive transport modeling, Environ. Earth Sci. 75:1333.

Zhang, H., Wang, Y., Yang, R, Ye, R., (2018), Modeling the effects of phosphate mining on groundwater at different stages of mine development. Mine Water and the Environment, 37:3, pp 604–616.