Soil remediation from heavy metals using mathematical modelling

Abstract

The essence of the contemporary mathematical modelling methodology is the replacement of a real object in question (a process, phenomenon or system) with its “image” – a mathematical model. The mathematical modelling programme REC (Risk Reduction, Environmental Merit and Cost) is based on the comparison of alternative cleaning technologies (to clean contaminated areas). The programme REC is aimed at adapting efficient soil decontamination technologies. The aim of this paper is to analyse the ability of a grassy vegetation mixture to absorb heavy metals from soil in this way decontaminating it. Initial concentrations of heavy metals (copper, lead, manganese, zinc, nickel and chromium) – the concentrations, used during the experiment when performing the investigation into the efficiency of soil remediation using the mixture of grassy vegetation, were input into the programme. During the entire chosen period of 10 years, soil would be decontaminated from copper and lead. The zero concentration of manganese in soil is achieved after 8 years, and that of zinc – after 9 years when soil is cleaned with the mixture of grassy vegetation and no additional contamination is present. Soil is most rapidly decontaminated from nickel – in 6 years. At the initial chromium concentration of 79.5 mg/kg in soil, the zero concentration of this metal would be achieved in 7 years.

Matematinio modeliavimo metodologijos esmė yra tiriamo realaus objekto (proceso, reiškinio, sistemos) pakeitimas jo „atvaizdu“ – matematiniu modeliu. Matematinio modeliavimo programa REC (angl. Risk reduction, Environmental merit and Cost) pagrįsta alternatyvių valymo technologijų (užterštam plotui valyti) lyginimu. Programos REC tikslas – pritaikyti efektyvias ir veiksmingas dirvožemio valymo technologijas. Šio darbo tikslas – išanalizuoti žolinės augalijos mišinio gebą sorbuoti sunkiuosius metalus iš dirvožemio ir tokiu būdu valyti iš jo teršalus. Programoje nusistatomos pradinės sunkiųjų metalų (vario, švino, mangano, cinko, nikelio ir chromo) koncentracijos, eksperimentų metu naudotos tiriant dirvožemio kokybės atkūrimo žolinės augalijos mišiniu efektyvumą. Iš esmės per visą pasirinktą laikotarpį – 10 metų iš dirvožemio būtų valomas varis ir švinas. Mangano nulinė koncentracija dirvožemyje, valant jį žolinės augalijos mišiniu ir nesant papildomo teršimo, pasiekiama po 8 metų, cinko – po 9 metų. Greičiausiai iš dirvožemio išvalomas nikelis – per 6 metus. Chromas, esant 79,5 mg/kg pradinei jo koncentracijai dirvožemyje, iki nulinės koncentracijos būtų išvalytas per 7 metus.