بخشی از مقاله
مقدمه
در دهههاي اخیر، آلودگی خاكها به فلزات سنگین به دلیل آگاهی از سمیت این فلزات براي انسانها و سایر جانداران، یکی از مهمترین چالشهاي زیستمحیطی به شمار میرود. روشهایی که در حال حاضر براي اصلاح خاكها استفاده میشوند، پرهزینه و در برخی موارد مانند گودبرداري به منظور اصلاح خاك و برگرداندن آن به جاي اولیه، مخرب هستند. برخلاف این روشها، روشهاي شیمیایی اصلاح خاكها از نظر اقتصادي مقرون به صرفهتر بوده و پاسخی طولانی مدت براي آلودگیزدایی خاكها محسوب میشوند. همچنین در این روشها نهاًیت موادي با حلالیت اندك برجاي میماند . - Mignardi et al., 2013 - یکی از روشهاي درجاي آلودگیزدایی که هزینه آن بسیار مقرون به صرفه است، تثبیتسازي فلزات سنگین با کاربرد مواد اصلاحی مانند ترکیبات مختلف فسفات است . - Abbaspour and Golchin, 2011 -
به عنوان نمونه Wu و همکاران - 2013 - ، از فسفاتهاي پتاسیم و کلسیم براي تثبیت فلزات Pb، Zn، Cu، Cd و As استفاده کردند. سمیت نسبی این عناصر به روش TCLP اندازهگیري شد. نتایج حاکی از آن بود که مواد فسفاتی به کار رفته توانستهاند با موفقیت از مقدار انحلال این فلزات، تبادل و سمیت آنها در خاك بکاهند. Mignardi و همکاران - 2013 - نیز در پژوهشی از هیدروکسی آپاتیت سنتزشده و سنگ فسفات طبیعی براي تثبیت دو فلز نیکل و کبالت در خاك باقیمانده از ضایعات معدنکاوي استفاده کردند. این پژوهشگران نشان دادند که مواد به کار برده شده قادر به تثبیت این دو فلز سنگین بودهاند.
همچنین کانیشناسی خاك نیز در کارایی مواد اصلاحی موثر است.از میان فلزات سنگین سه فلز سرب Pb، کادمیوم Cd و مس Cu از آلایندههاي پخششده در سطح گسترده در محیطزیست به شمار میروند، چراکه در صنایع متعدد از آنها استفاده میشود. به عنوان مثال کادمیوم از آلاینده-هاي مهم زیستمحیطی است که در صنایع مختلف مانند باطريسازي، رنگسازي، پوشش و آلیاژکاري به کار میرود - فلامکی و اسکندري، . - 1391 هدف از این پژوهش بررسی کارایی دي کلسیم فسفات در تثبیتسازي سه فلز Pb، Cd و Cu در خاكهاي آلوده و سبک بافت منطقه صنعتی شمال غرب شهر شیراز بود.
مواد و روشها
به دلیل فعالیتهاي صنعتی در منطقه شمال غرب شهر شیراز، احتمال آلودگی خاكهاي این منطقه به فلزات سنگین زیاد است. خاك مورد نیاز این پژوهش نیز از همین منطقه در قسمتی عاري از آلایندهها جمعآوري شد. نمونههاي خاك پس از هوا خشک شدن از الک 2mm عبور داده شدند. واکنش خاك نمونه نزدیک به هشت و بافت آن Sandy Loam بود. بررسی کانیشناسی این خاك نشان داد که مقدار فلزات سنگین سرب، کادمیوم و مس در آن ناچیز است. براي آلودهسازي خاكها از نمکهاي نیترات سرب، نیترات کادمیوم و نیترات مس استفاده شد. خاكها به مقدار 500 mg/Kg به فلزات مذکور آلوده شدند.
بدین ترتیب که 25 cc محلول حاوي 0/5 گرم از هر یک از فلزات تهیه شده و سپس به طور مجزا هر یک به یک کیلوگرم نمونه خاك اضافه و به خوبی مخلوط شدند. سپس خاكهاي آلوده شده با یکدیگر ترکیب شدند و مجموعاً سه کیلوگرم خاك آلوده به هر سه فلز بدست آمد. این خاك در کیسه در بسته به مدت سه ماه نگهداري شد تا با آلاینده به تعادل شیمیایی برسد. براي افزودن تثبیتکننده نیز به مقدار 1 و 2 گرم ديکلسیمفسفات در آب دیونیزه حل شده و به یک کیلوگرم خاك اضافه شد تا مخلوط خاك-تثبیتکننده به میزان 0/1 و 0/2 درصد وزنی خاك بدست آید. پس از انجام این مخلوطسازي نیز خاك براي حفظ تعادل به مدت دو هفته در کیسههاي در بسته نگاهداري شد.
براي انجام آزمایش از روش استاندارد آزمایش ستون خاك براي شستشوي مواد جامد - standard test - method for leaching solid material in a column apparatus که با نام D 95-4874 به طور کامل شرح داده شده است - ASTM, 2001 - ، استفاده شد. در این روش حرکت آب از ستون حاوي خاك آلوده و تثبیتکننده به روش جریان رو به بالا1 انجام میشود. جنس ستون خاك پلکسیگلاس2 انتخاب شد تا هیچگونه برهمکنشی با ستون خاك و تثبیتکننده نداشته باشد. ارتفاع ستون خاك cm 15، قطر دهانه داخلی 53/6 mm و ضخامت آن 2 mm بود. آب از پایین این ستون با یک هد ثابت پس از عبور از صافی تفلونی و سپس کاغذ صافی از ستون خاك گذشته و با عبور مجدد از کاغذ صافی و صافی تفلونی از بالاي ستون خارج و به سمت یک بشر جمعآوري هدایت میشد.
ستونها به گونهاي از خاك پر شدند که وزن مخصوص 1/5 g/ cm3 بدست آید. در مجموع سه آزمایش هر یک با سه تکرار انجام شد. در آزمایش اول ستون از خاك همراه با آلایندهها، در آزمایش دوم خاك آلوده همراه با 0/1درصد وزنی تثبیتکننده و در آزمایش سوم خاك آلوده به همراه 0/2 درصد وزنی تثبیتکننده پر شدند. پس از عبور آب به اندازه 2، 4، 6، 8 تا حداکثر 120 برابر حجم منافذ خاك 3 - P.V - از ستون، محلول جمعآوري شده در بشر با دستگاه جذب اتمی آنالیز شد تا مقادیر هر یک از فلزات سنگین بدست آید.
نتایج و بحث
آنالیز شیمیایی آب عبور کرده از خاك بدون کاربرد آلایندهها، نشان داد که نمونه خاك به کار برده شده فاقد فلزات سنگین سرب، کادمیوم و مس است. پس از آلودهسازي خاك به این فلزات، نتایج آنالیز محلول عبور کرده از ستونهاي خاك با حجمهاي مختلف در شکل 1a نشان داده شده است. این شکل نشان میدهد که با عبور آب با حجمهاي مختلف P.V خاك، غلظت آلایندههاي Cu و Pb تقریباً ثابت و به ترتیب به میزان 3/6 و 5/4 میلیگرم در لیتر از ستون خاك خارج میشوند. لیکن با گذشت زمان از مقدار غلظت خروجی فلز Cdاستهک شده تا اینکه پس از عبور آب به میزان تقریباً 36برابر حجم منافذ خاك، مقدار این فلز در محلول خروجی به صفر نزدیک میشود.
بنابراین خاك مورد استفاده بدون نیاز به تثبیتکننده فسفاتی نیز قادر به جذب کادمیوم و ایجاد تأخیر در خروج آن است. پس از افزودن ديکلسیمفسفات به اندازه 0/1درصد وزنی به خاك خشک، غلظت آلایندههاي خروجی به صورت نمودار شکل 1b بود. این شکل نشان میدهدکه کاربرد تثبیتکننده به مقدار 0/1درصد وزنی باعث تثبیت تمام آلایندهها بویژه فلز سرب شده است. غلظت این فلز در محلول خروجی از 5 mg/L - در تیمار شاهد - به 0/5 mg/Lرسیده و پس از عبور تقریباً 16 P .V. آب، مقدار این فلز در محلول خروجی به صفر نزدیک میشود . بنابراین با افزودن 0/1 درصد وزنی دي کلسیم فسفات واکنش میان کاتیون سرب و ماده تثبیتکننده باعث ایجاد کمپلکسهاي پایدار شده و مانع حرکت این فلز با جریان آب خواهد شد.
تثبیتسازي مس نیز در حضور همین مقدار ماده تثبیتکننده موفق بوده و غلظت این فلز در محلول خروجی از 3/6 mg/L به 0/4 mg/L رسیده است.با افزایش مقدار تثبیتکننده به 0/2درصد وزنی خاك خشک، تثبیت فلزات سنگین سرب و مس به همین ترتیب ادامه یافت که نتایج آن در شکل 1c نشان داده شده است . بنابراین نتایج این پژوهش نشان داد که با افزودن مقدار اندکی ديکلسیمفسفات به خاكهاي آلوده به فلزات سنگین Pb، Cu و Cd میتوان از حرکت و انتقال آنها در خاكهاي سبک کاست. بدین ترتیب از آلودگی ثانویه آبهاي زیرزمینی به این فلزات نیز با کاربرد روشی ساده و کم هزینه جلوگیري میشود.
