بخشی از مقاله
چکیده:
در این مطالعه تاثیر کانیهای اصلاح شده - بنتونیت و زئولیت - و نانوذرات ZnO - و - MgO بر بخشبندی کادمیم در خاک تیمار شده با نمونههای لجن فاضلاب اراک، اصفهان، رشت، ساوه و شیراز بررسی شد. بخش اعظم کادمیم در خاک شاهد و خاک تیمار شده با نمونههای لجن فاضلاب 5 روز پس از انکوباسیون به صورت تبادلی 34/5- 44/9 - درصد - بود . حضور بنتونیت، زئولیت، ZnO و MgO باعث کاهش معنیدار بخش تبادلی کادمیم در خاک تیمار شده با نمونههای لجن فاضلاب شد. فاکتور تحرک کادمیم به طور میانگین در خاک تیمار شده با نمونههای لجن فاضلاب پس از 5، 15 ، 29 ، 57، و 92 روز انکوباسیون به ترتیب برابر 50/0، 34/9، 52/4، 51/6، و 56/4 بود . نتایج نشان داد که از جاذبهای ذکر شده در کاهش قابلیت دسترسی کادمیم در خاکهای تیمار شده با لجن فاضلاب میتوان استفاده کرد.
واژههای کلیدی: لجن فاضلاب، کادمیم، کانیها، نانوذرات، بخشبندی
مقدمه
اخیرا کشاورزان به طور فزآیندهای از لجن فاضلاب در کشاورزی به ویژه در سیستمهای کشت در مناطق خشک و نیمه خشک به منظور نگهداشت تولیدپذیری و افزایش میزان محصول استفاده میکنند . - Usman et al. 2012 - کاربرد لجن فاضلاب باعث بهبود بعضی از ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک شامل ظرفیت تبادل کاتیونی، ظرفیت نگهداشت آب، تهویه و تخلخل میشود . - Hashimoto et al. 2009 - با این حال، اجزاء مضر و مشکل ساز آن مانند فلزات سنگین و عوامل بیماری زا نباید نادیده گرفته شود . - Usman et al. 2012 - بهترین روش زیست محیطی برای کاهش قابلیت دسترسی فلزات در خاک بی-جنبشسازی آنها با استفاده از مواد با ظرفیت تثبیت بالا میباشد . - Ma et al. 1993 - نقش اولیه این مواد تثبیت کننده تغییر شکل کادمیم موجود در خاک به فازهای با پایداری ژئوشیمایی بالا از طریق فرآیندهای جذب سطحی، رسوب و کمپلکس می-باشد . - Hashimoto et al. 2009 - به دلیل قابلیت دسترسی بالا، قیمت پایین و ایمن بودن آنها برای محیط زیست، کانیها به عنوان جاذبهایی برای حذف آلایندهها از طریق مکانیزمهای تبادل یونی و جذب سطحی استفاده شدهاند - Kubilay et al . - 2007 همچنین در دهههای اخیر، نانوذرات سنتز شده مانند اکسیدهای فلزی نانو کریستالی مانند اکسید روی - ZnO - و اکسید منیزیم - MgO - به عنوان جاذبهایی برای حذف آلایندهها استفاده شدهاند . - Hu et al. 2010 - با فرض اینکه که نمونههای لجن فاضلاب میتوانند کم و بیش کادمیم را وارد خاک کنند و انکوباسیون مخلوط خاک و لجن فاضلاب میتواند بر توزیع کادمیم در بخشهای شیمیایی مختلف تاثیر داشته باشد و همچنین رسها و نانوذرات به عنوان جاذب توانایی کاهش دسترسی کادمیم را دارند، مطالعات زیر انجام شد: - 1 بررسی اثر نانوذرات و رسهای اصلاح شده بر روی بخشبندی کادمیم در خاک اصلاح شده با لجن فاضلاب در آزمایش انکوباسیون به مدت سه ماه، - 3 ارزیابی فاکتور تحرک کادمیم در طول زمان انکوباسیون.
مواد و روشها
.2,1 ویژگیهای خاک و آنالیز نمونههای لجن فاضلاب
نمونه خاک سطحی 0 - تا 30 سانتی متر، لومی شنی، - Typic calcixerepts, USDA از منطقه کشاورزی ازندریان در استان همدان جمعآوری شد. نمونههای لجن فاضلاب، از تصفیه خانههای اراک، اصفهان، رشت، ساوه و شیراز نمونهبرداری شدند. خصوصیات شیمیایی خاک و نمونههای لجن فاضلاب با استفاده از روشهای معمول آزمایشگاهی اندازهگیری شد.
.2,2 آمادهسازی تیمارها و بخشبندی کادمیم
نانوذرات ZnO و MgO از شرکت پیشگامان نانو مواد ایرانیان - مشهد - و رسهای زئولیت و بنتونیت از همدان تهیه شدند. برای افزایش ظرفیت جذب، رسها توسط محلول کلرید کلسیم اصلاح شدند . - Zhang et al. 2011 - نمونههای لجن فاضلاب در سطح%10، نانو ذرات ZnO و MgO در سطح %1 و رسهای اصلاح شده بنتونیت و زئولیت در سطح %3 به خاک اضافه و به طور یکنواخت با هم مخلوط شدند. همچنین نمونههای شاهد خاک و لجن - بدون کانی و نانوذرات - و نمونه خاک تنها - بدون لجن، کانی و نانوذرات - آماده شدند.
تمامی این نمونهها در ظروف پلاستیکی به مدت 92 روز در دمای 25 درجه سانتیگراد در سطح رطوبت 30 درصد در انکوباتور قرار داده شدند . در زمانهای 5، 15، 29 ، 57 و 92 روز پس از شروع انکوباسیون نمونه-برداری انجام شد و پس از هواخشک کردن نمونهها، بخشبندی کادمیم توسط روش عصارهگیری متوالی 5 مرحلهای انجام شد . - Tessier et al. 1979 - در این روش 5 بخش کادمیم به صورت زیر تعیین شد: بخش اول: تبادلی و محلول، بخش دوم: پیوند یافته به کربنات ها، بخش سوم: پیوند یافته به اکسیدهای آهن و منگنز، بخش چهارم، پیوند یافته به مواد آلی، بخش پنجم: باقیمانده. همچنین فاکتور تحرک کادمیم از نسبت مجموع بخشهای تبادلی و کربناتی به مجموع 5 بخش محاسبه شد.
.2,3 آنالیز آماری دادهها
آنالیز واریانس - GLM - برای تجزیه دادهها و آزمون دانکن در سطح اطمینان % 95 برای مقایسه میانگینها توسط برنامه آماری SAS استفاده شدند. دادهها به صورت میانگین انحراف استاندارد گزارش شدهاند. حروف نشان دهنده اختلاف معنی-دار بین میانگینها میباشد.
نتایج و بحث
.3,1 ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک و نمونههای لجن فاضلاب بافت خاک لومی شنی، پیاچ 7/6، ظرفیت تبادل کاتیونی 12/6 سانتیمول بار بر کیلوگرم و غلظت کل کادمیم در خاکبرابر 3/17 میلیگیرم بر کیلوگرم بود. ویژگیهای شیمیایی و غلظت کل کادمیم در نمونههای لجن فاضلاب در جدول 1 نشان داده شده است. پیاچ نمونهها در دامنه 7/3-8/9، درصد ماده آلی در دامنه 29/6-54/0 بدست آمد. بیشترین غلظت کل کادمیم مربوط به نمونه لجن فاضلاب اراک بود. با توجه به حد مجاز غلطت کادمیم در لجن فاضلاب که توسط کشور انگلیس برای لجن فاضلاب و کمپوست ارائه شده است . - BSI, 2005 - تمام نمونههای لجن فاضلاب از نظر کادمیم آلوده محسوب می-شوند.
شکل 1 بخشبندی کادمیم را در نمونههای خاک تیمار شده با لجن فاضلاب، نانوذرات و رسها پس از 5 روز انکوباسیون نشان میدهد. همانطور که شکل 1 نشان میدهد بخش اعظم کادمیم در خاک شاهد و خاک تیمار شده با نمونههای مختلف لجن فاضلاب مربوط به بخش تبادلی 34/5-44/9 - درصد - میباشد . بیشترین درصد کادمیم در بخش تبادلی مربوط به خاک تیمار شده با لجن فاضلاب اصفهان بود. اما هنگامی که نانوذرات و رسها اضافه شدند مقدار تبادلی کادمیم به طور قابل ملاحظهای کاهش یافت. بیشترین تغییر مشاهده شده مربوط به حضور بنتونیت در خاک تیمار شده با لجن فاضلاب اصفهان بود که درصد کادمیم را از44/ 9 درصد به 17/3 درصد کاهش داد.
افزودن جاذبها باعث شد تا کادمیم در بخش تبادلی به بخشهای اکسیدی و باقیمانده انتقال داده شود و قابلیت دسترسی آن کاسته شود - شکل . - 1 در بیشتر تیمارها افزودن نانوذرات و کانیهای اصلاح شده باعث افزایش درصد کادمیم در بخش باقیمانده شد. به عنوان مثال افزودن کانی بنتونیت در خاک تیمار شده با لجن فاضلاب اصفهان باعث افزایش کادمیم بخش باقیمانده از 18 درصد به 52 درصد شد. این نتایج نشان میدهد که این جاذبها تاثیر معنیداری را بر توزیع بخشهای کادمیم در خاک تیمار شده با لجن فاضلاب داشتهاند. مقادیر بالای ماده آلی در لجن فاضلاب در تمام حالات در نتیجه
