بخشی از مقاله
مقدمه
آرسنیک شبه فلزی است که از زمانهای قدیم مورد توجه بوده و از لحاظ زیست محیطی یک عنصر سمی به حساب میآید.[Tseng.,1977] عامل اصلی آلودگی آرسنیک در محیط زیست، وجود پدیدههای طبیعی و فعالیتهای انسانی است .[Fayiga., 2006] در قاره آسیا مسمومیت آرسنیک در حال تبدیل شدن به یک اپیدمی اضطراری است و بیش از صد میلیون نفر در مواجه با منابع آب و خاک با غلظتهای بالای آرسنیک هستند.
در ایران نیز مشکلات بهداشتی ناشی از آرسنیک در سال 1986 در بیجار مشاهده گردید. اما هیچ گاه در سطح جهانی گزارش نشد.
برای مهار تحرک آرسنیک در خاک میتوان از روش تثبیت استفاده کرد. از اصلاح کنندههای مختلفی که در تثبیت آرسنیک در خاک استفاده میشود، میتوان به رسهای اصلاح شده اشاره کرد. ساکار و همکاران - 2011 - نشان دادند که کاربرد بنتونیت اصلاح شده با هگزا دسیل تری متیل آمونیوم در خاکهای آلوده به آرسنیک سبب کاهش معنیدار دسترسی زیستی و تحرک آرسنیک شد.
با توجه به پژوهشهای انجام شده در مورد روشهای تثبیت و حذف آرسنیک، هنوز مطالعاتی در مورد تاثیر زئولیت و بنتونیت اصلاح شده با آهن بر تثبیت آرسنیک در خاک انجام نشده است و از طرف دیگر منطقه ابراهیم آباد شهرستان بیجار از توابع استان کردستان یکی از شناختهترین مناطق آلوده به آرسنیک در ایران است که در اثر این آلودگی ساکنان منطقه دچار بیماریهای مزمن مانند آرسنیکوزیس، سرطان پوست و مثانه شدند
بنابراین ضروری به نظر میرسید تاثیر رسهای زئولیت و بنتونیت اصلاح شده با آهن بر تثبیت آرسنیک در خاکهای منطقه ابراهیم آباد بررسی شود. لذا این پژوهش در شرایط آزمایشگاهی طراحی و اجرا شد و هدف آن کاهش تحرک آرسنیک در فاز محلول خاک بود.
مواد و روشها
در این پژوهش نمونه خاک از منطقه ابراهیم آباد شهرستان بیجار در استان کردستان انتخاب گردید و نمونه-برداری از عمق 0 الی 30 سانتیمتری متفاوت انجام شد. پس از نمونه برداری خاکها جهت آنالیزهای فیزیکوشیمیایی از الک 2 میلیمتر عبور داده شد و خصوصیات خاک به روش استاندارد تعیین شد
پ -هاش و هدایت الکتریکی در عصاره گل اشباع، ماده آلی با روش والکی و بلک، ظرفیت تبادل کاتیونی با روش استات آمونیوم، بافت با روش پیپت و غلظت آرسنیک با دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد - جدول. - 2 رس زئولیت از معدن فیروزکوه و رس بنتونیت از معدن انارک اصفهان تهیه و پس از آسیاب شدن، از الک 0/1 میلیمتر عبور داده شد و 50 درصد ظرفیت تبادل کاتیونی رسهای مذکور با آهن سه ظرفیتی اشباع شد
پ-هاش و هدایت الکتریکی در عصاره 2 به 1 - آب به خاک - زئولیت و بنتونیت اصلاح شده با روش استاندارد - - Westerman.,1990 تعیین شد - جدول. - 3 تیمارهای زئولیت و بنتونیت اصلاح شده با آهن در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار و در درصد وزنیهای مختلف - جدول - 1 به خاک اضافه شدند و نمونه خاکها به مدت 2 ماه در شرایط 80 درصد رطوبت ظرفیت زراعی در آزمایشگاه و در داخل ظروف پلیاتیلن نگهداری شدند. بعد از گذشت این دوره میزان آرسنیک محلول در خاکهای تیمار شده با آب مقطر - نسبت 1 به 10 خاک به آب - استخراج و با دستگاه جذب اتمی مجهز به کوره گرافیتی اندازهگیری شد
پ-هاش و هدایت الکتریکی خاکهای تیمار شده در عصاره 2 به 1 آب به خاک نیز اندازه-گیری شد. پردازش دادهها با نسخه 9 نرم افزارآماری SAS و مقایسه میانگینها با آزمون - P˂0/05 - LSDانجام شد.
جدول -1 نمایش کلی تیمارها
نتایج و بحث
آرسنیک محلول در تیمار شاهد برابر 3/15 میلیگرم بر کیلوگرم خاک بود. با اعمال تیمار سطوح 2، 3 و4 زئولیت اصلاح شده با آهن به خاک، آرسنیک محلول نسبت به شاهد به ترتیب 134، 124 و246 درصد افزایش یافت - شکل. - 2 افزودن زئولیت اصلاح شده با آهن به خاک سبب کاهش pH محلول خاک - شکل - 1 نیز شد. کاهش pH خاک سبب افزایش حلالیت آرسنات کلسیم و منیزیم در خاک شده و آرسنات وارد فاز محلول می-شود
از طرف دیگر به علت اندازه بزرگ اکسیآنیونهای آرسنیک و ساختار حفرهای شکل و غیر قابل انبساط زئولیت، اکسیآنیونهای آرسنیک به راحتی نمیتوانند وارد حفرههای زئولیت شده و با آهن پیوند تشکیل دهند. بنابراین آرسنیک آزاد شده از انحلال آرسنات کلسیم و منیزیم بیشتر از آرسنیک تثبیت شده بر روی زئولیت اصلاح شده بود. با اعمال تیمار سطوح 1، 2، 3 و4 بنتونیت اصلاح شده با آهن به خاک، میزان آرسنیک محلول نسبت به تیمار شاهد به ترتیب 88، 69، 61 و 91 درصد کاهش یافت
افزودن بنتونیت اصلاح شده با آهن به خاک، سبب کاهش pH محلول خاک شد - شکل. - 1 با کاهش pH خاک حلالیت آرسنات کلسیم و منیزیم افزایش یافته و آرسنات وارد فاز محلول شد. اما از طرف دیگر به علت ساختار ورقهای و قابل انبساط بنتونیت و افزایش فضای بین لایهای آن، اکسیآنیونهای آرسنیک به راحتی وارد بین لایههای بنتونیت شده و با آهن پیوند تشکیل دادند.
به نظر میرسد که آرسنات تثبیت شده توسط بنتونیت اصلاح شده بیشتر از آرسنیک آزاد شده از آرسنات کلسیم و منیزیم بوده است. آرسنات با مکانیسمهای جذب الکترواستاتیک - تک دندانهای و دو دندانهای - و تبادل لیگاندی - تکدندانهای و دودندانهای - بر روی هیدروکسیدهای آهن بین لایه-های بنتونیت غیر متحرک شد. هنگامی که فسفر جذب شده روی سطوح هیدروکسیدهای آهن و آلومینیوم تنها با یک هیدروکسیل پیوند داشته باشد، این پیوند تک دندانهای و برگشت پذیر است ولی اگر با دو هیدروکسیل پیوند داشته باشد، پیوند دارای دو حالت دودندانهای یا دوهستهای بوده که برگشت ناپذیر است
همچنین تبادل لیگاندی یک نوع جذب اختصاصی بوده و برگشتناپذیر است.[Sparks.,2003] به نظر میرسد
با توجه به خصوصیات مشابه فسفات و آرسنات، رفتار آرسنیک در جذب بر روی هیدروکسیدهای آهن نیز مانند فسفر باشد.
شکل-2 تاثیر جاذب های معدنی بر آرسنیک محلول شکل-1 تاثیر جاذب های معدنی بر پ-هاش
جدول-2 نتایج حاصل از تجزیه فیزیکوشیمیایی خاک مورد مطالعه
جدول -3 برخی از ویژگیهای اصلاح کنندههای معدنی مورد استفاده
