بخشی از مقاله
چکیده
یکی از معضلات عمده خاکهای آلوده به نفت به ویژه در مناطق خشک دنیا آبگریزی است. این مطالعه با هدف بررسی تاثیر کاربرد کانی سپیولیت ایرانی بر کاهش آبگریزی یک نمونه خاک آلوده به نفت استان خوزستان و بررسی تاثیر عوامل مختلف مانند مقدار کاربرد کانی 2 - ، 4 و 8 درصد وزنی - ، اندازه ذرات 25-53 - میکرون و کوچکتر از 2 میکرون - و نوع کاتیون موجود بر سطوح تبادلی - سدیم و کلسیم - بر خاصیت آبگریزی خاک انجام شد. ویژگی آبگریزی خاک نیز از روش زمان نفوذ قطرات آب1 تعیین گردید. نتایج نشان داد که بیشترین میزان کاهش در آبگریزی خاک مورد مطالعه در نتیجه کاربرد 2 درصد سپیولیت بهدست میآید. همچنین نتایج نشان داد که استفاده از کانیهای سدیم دار نسبت به کانیهای حاوی کلسیم تاثیر بیشتری بر کاهش آبگریزی خاک مورد مطالعه دارد؛ به گونهای که میانگین مدت زمان نفوذ قطرات آب به خاک در تیمار اشباع با سدیم 22درصد و در تیمار اشباع با کلسیم حدوداً 13 درصد نسبت به شاهد کاهش نشان داد. به علاوه، کاهش اندازه ذرات کانی سپیولیت تاثیر معنیداری بر کاهش آبگریزی خاک نشان نداد.
واژه های کلیدی: سپیولیت، آبگریزی، آلودگی نفتی، خوزستان
مقدمه
ایران پس از عربستان سعودی به عنوان دومین کشور تولید کننده نفت در بین کشورهای عضو اپک به شمار میرود. به گونهای که آمارها نشان میدهد که سهم ایران در سال 2008 میلادی در تولید نفت اپک به طور متوسط روزانه 4/2 میلیون بشکه بوده است . - USEIA, 2010 - این در حالی است که بیشترین میزان چاههای نفت ایران در استان خوزستان قرار دارد و از این رو آلودگی خاک به نفت و مشتقات آن یکی از مهمترین انواع آلودگیهای محیط زیست در این استان به شمار میرود. اضافه شدن هیدروکربنهای نفتی و به صورت پوشش بر روی سطوح کلوئیدهای خاک و یا در ماتریکس خاک منجر به ایجاد پدیدهای به نام آبگریزی در این اراضی شده است. باچکو و همکاران - 2006 - نشان دادند که آلودگی خاک به آلایندههای نفتی و همچنین فلزات سنگین باعث افزایش آبگریزی در خاک می شود. ایشاننشان دادند که بیشترین میزان آبگریزی معمولاً در فصل تابستان صورت می گیرد. در این شرایط ذرات خاک که توسط این هیدروکربن ها پوشیده شدهاند قادر به برهمکنش با ذرات آب نبوده در نتیجه خاک نمیتواند آب را جذب نموده و از خود عبور دهد.
به طور کلی، خاکهای زیادی در سرتاسر دنیا مبتلا به آبگریزی هستند. مدیریت اینگونه خاکها بسیار مشکل بوده و آبگریزی اثرات متعددی بر روی حاصلخیزی و همچنین پایداری زیستمحیطی این خاکها می گذارد. آبگریزی تمایل خاک به جذب آب را کاهش داده به طوری که خاک برای دورهای، از چند ثانیه تا چند روز یا چند هفته در برابر خیس شدن مقاومت می کند. این امر باعث کاهش رشد گیاه و در نتیجه زیان های اقتصادی متعددی می شود. علاوه بر این آبگریزی باعث کاهش نفوذ آب به خاک، افزایش رواناب سطحی و شدت بخشیدن به فرسایش خاک، توزیع غیر یکنواخت رطوبت در خاک، افزایش جریانهای ترجیحی و آبشویی سریع عناصر غذایی در خاک می شود - دیبانو، . - 2000
روش های اصلاح خاکهای آبگریز را میتوان به سه دسته کلی روشهای شیمیایی، روشهای فیزیکی و روشهای بیولوژیکی تقسیمبندی نمود. در همین ارتباط استفاده از کانیهای رسی به عنوان یکی از روشهای موثر به منظور از بین بردن و یا بهبود وضعیت آبگریزی خاکها پیشنهاد شده است. دلاپا و همکاران - 2004 - گزارش نمودند که افزودن رسهای کلسیم مونت موریلونیت به یک خاک آبگریز باعث افزایش زمان نفوذ قطرات آب به درون خاک شد در صورتی که افزودن کائولینیت - در مقدار مساوی - به همان خاک باعث کاهش زمان نفوذ قطرات آب به درون خاک شد.
کانی سپیولیت از جمله کانیهای رسی است کهاخیراً ذخایر آنها در کشور گزارش شده است. این کانیها به دلیل پایداری شیمیایی، حرارتی و فیزیکی، کاربردهای بسیاری دارند - حجتی و خادمی، . - 1393 اگرچه تاکنون مطالعاتی در رابطه با اصلاح خاکهای آبگریز در کشور صورت گرفته ولی تاکنون هیچگونه پژوهشی پیرامون تاثیر کانیهای رسی و بهویژه کانی سپیولیت ایرانی در رفع و کاهش آبگریزی خاکهای آلوده به نفت گزارش نشده است. بنابراین پژوهش حاضر به منظور بررسی عملکرد این کانی در کاهش خاصیت آبگریزی یک نمونه خاک آلوده به نفت تحت تاثیر عواملی مانند مقادیر مختلف کانی، اندازه کانی و نوع کاتیونهای تبادلی انجام شد.
مواد و روش ها
در این پژوهش تاثیر کانی سپیولیت ایرانی که از معدنی در حوالی شهرستان فریمان تهیه شده بود در مقادیر 2 - ، 4 و 8 درصد - ، اندازههای 25-53 - و کوچکتر از 2 میکرون - ، و کاتیونهای تبادلی - سدیم و کلسیم - بر کاهش آبگریزی یک نمونه خاک آلوده به ترکیبات نفتی در قالب طرح آماری کاملاً تصادفی با آرایش فاکتوریل در 5 تکرار و در دمای اتاق - 25±2 - انجام گرفت. نمونهبرداری از خاک آلوده به نفت به صورت مرکب از اطراف چاه شماره 243 در شرق شهر اهواز انجام شد . نمونهها پس از انتقال به آزمایشگاه هوا خشک و پس از خرد کردن کلوخهها، از الک 2 میلیمتری عبور داده شدند. به منظور اطمینان از آلودگی خاک مورد مطالعه به هیدروکربنهای نفتی و تعیین مقدار هیدروکربنهای نفتی در خاک مورد مطالعه از روش استاندارد آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا - - EPA 413/1 استفاده شد - هاچینسون و همکاران، . - 2001 به این صورت که یک گرم خاک با 10 میلی لیتر دی کلرومتان مخلوط و به مدت 5 دقیقه تکان داده شد. سپس به مدت 5 دقیقه با سرعت 3000 دور در دقیقه سانتریفیوژ گردید . آنگاه از محلول رویی یک میلیلیتر برداشت گردید و به ویال منتقل شد و به مدت 48 ساعت به حال خود رها شد. پس از طی زمان 48 ساعت وزن باقی مانده در ویال به عنوان مقدار کل هیدروکربنهای نفتی - TPHs - بر حسب میلی گرم بر کیلوگرم خاک برآورد گردید. همچنین در نمونههای مورد مطالعه بافت خاک بر اساس قانون استوکز و به روش هیدرومتر، هدایت الکتریکی - EC - در عصاره 1 به 1 خاک به آب و pH در سوسپانسیون 1 به 1 خاک وآب اندازهگیری شد. کربن آلی خاک مورد مطالعه نیز با استفاده از روش اکسیداسیون تر اندازهگیری کردید - غازان شاهی، . - 1385
جهت بررسی تاثیر اندازه ذرات سپیولیت بر آبگریزی خاک، این کانی در اندازه 25-53 میکرون و کوچکتر از 2 میکرون مورد استفاده قرار گرفت. برای این منظور سپیولیت پس از خرد کردن اولیه بوسیلهی هاون دستی بوسیلهی الک 53 و 25 میکرون برای بدست آوردن اندازه 25 تا 53 میکرون الک شدند. همچنین جهت تهیه کانی با اندازهی کوچکتر از 2 میکرون، کانیها توسط آسیاب گلولهای سیارهای - مدل Fritsch Pulverisette 5 ، ساخت شرکت تجهیز سپاهان - به نسبت وزنی 10 به 1 گلوله به کانی و با سرعت چرخش دیسک 350 دور در دقیقه آسیاب شد. همچنین به منظور بررسی تاثیر نوع کاتیون تبادلی بر خاصیت آبگریزی خاک، سطح کانی سپیولیت با استفاده از کلسیم و سدیم اشباع گردید. برای این منظور کانی مورد مطالعه با محلول 0/5 مولار کلریدکلسیم و محلول 0/5 مولار کلریدسدیم تیمار شدند. به منظور اشباع سازی کانی سپیولیت توسط کلسیم و سدیم تبادلی مقدار 50 میلیلیتر از هریک از محلولهای 0/5 مولار کلرور کلسیم و کلرور سدیم به صورت جداگانه به لولههای سانتریفیوژ حاوی 10 گرم کانی سپیولیت اضافه گردید و به مدت 5 دقیقه با شدت 300 دور در دقیقه تکان داده شدند. سپس نمونهها از شیکر خارج و به مدت 10 دقیقه با شدت 3000 دور در دقیقه سانتریفیوژ شدند تا کانی و محلول سوسپانسیون از هم تفکیک شوند. بعد از آماده سازی کانی سپیولیت با خصوصیات مورد نظر، مقادیرمشخص 2 - ، 4 و 8 درصد وزنی - از این کانی با اندازههای متفاوت بهطور جداگانه به پتری دیش-های حاوی 10 گرم خاک هوا خشک آلوده به نفت اضافه و رطوبت نمونه ها با استفاده از آبپاش بر روی 30 درصد وزنی تنظیم شد. آنگاه، پتری دیش ها به مدت 2 دقیقه روی شیکر با شدت 30 دور در دقیقه مخلوط و مدت زمان نفوذ قطرات آب به درون خاک اندازهگیری شد. بهاین منظور بر روی سطح هر کدام از نمونهها 3قطره آب دی یونیزه از ارتفاع تقریباً 1 سانتی متری با قطرهچکان اضافه شد تا از ایجاد شکاف در سطح خاک جلوگیری شود. سپس زمان نفوذ قطرات آب به درون خاک به عنوان معیاری جهت ارزیابی آبگریزی خاکها ثبت گردید.
نتایج و بحث
برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک مورد مطالعه در جدول 1 ارائه شده است. بر این اساس، خاک مورد مطالعه خاکی با بافت سبک و واکنش قلیایی است. همچنین بر اساس طبقهبندی مترنیخت و زینک - 1996 - خاک مورد مطالعه جزء خاکهای بسیار شور طبقه بندی میگردد. با توجه به اینکه میانگین زمان نفوذ قطرات آب در نمونه خاک آلوده به نفت 23302 ثانیه میباشد، این خاک براساس تقسیمبندی دکر و ریتسما - 1996 - در ردهشدیداً آبگریز قرار دارد. مقدار کل هیدروکربنهای نفتی - TPHs - اندازهگیری شده در خاک مورد مطالعه نیز حاکی از تجمع قابل توجه این ترکیبات و شاهدی برای اثبات آلودگی خاک به این ترکیبات محسوب میشود. همچنین، محتوای قابل توجه کربن آلی در خاک مورد مطالعه را میتوان به وجود هیدروکربنهای نفتی در این خاک نسبت داد. جدول 3 نتایج تجزیه واریانس دادههایبدست آمده از اندازهگیری زمان نفوذ قطرات آب را در تیمارهای مورد مطالعه نشان میدهد. همانگونه که مشاهده میشود بین مقادیر مختلف سپیولیت و همچنین نوع کاتیونهای تبادلی مختلف - سدیم و کلسیم - از نظر مدت زمان نفوذ قطرات آب تفاوت معنیداری در سطح %1 وجود دارد؛ اما اثر متقابل بین اندازه کانی و نوع کاتیون تبادلی و اثر متقابل سه گانه بین فاکتورهای آزمایشی فاقد اختلاف معنی دار است.
