بخشی از مقاله
چکیده
در پروژه هاي مهندسی ژئوتکنیک زیست محیطی، محدودیت زمین در دفن زبالههاي صنعتی، لزوم یک نگرش جامعتر مهندسی را در اصلاح خاکهاي آلوده ایجاب میکند. فلزات سنگین از جمله مهمترین عوامل آلوده کننده خاكها هستند که در سالهاي اخیر با توجه به توسعههاي صنعتی به یکی از بزرگترین مشکلات ژئوتکنیک زیستمحیطی تبدیل شدهاند. با توجه به اثرات زیستمحیطی و تبعات مکانیکی وجود کاتیونهاي فلزي در خاك، لازم است این فلزات از خاك جداسازي گردند.
امروزه روشهاي بسیاري براي جداسازي این دسته از آلاینده ها از خاك گسترش یافتهاند. در این بین، عوامل کیلیتساز، بخصوص EDTA، پتانسیل بالایی را براي آزاد سازي فلزات از خاك نشان داده است. با وجود عملکرد رضایتبخش EDTA در رفع آلایندههاي فلز سنگین از خاكها، بازده این عملکرد به عوامل بسیاري از جمله ترکیبات اجزاي سازنده خاك وابسته است.
در این راستا، تأثیر حضور کربنات به عنوان یکی از اجزاي متداول در خاكهاي مناطق خشک و نیمهخشک، بهویژه ایران، را نمیتوان نادیده انگاشت. وجود کربنات نهتنها بهواسطه تشکیل رسوب با آلایندههاي فلز سنگین موجب افزایش ظرفیت نگهداري آلاینده در خاك میگردد، بلکه با ایجاد رقابت با آلاینده فلزي در تشکیل کمپلکس با EDTA، کاهش بازده رفع آلاینده از خاك توسط EDTA را نیز به همراه خواهد داشت.
در مطالعه حاضر، تأثیر حضور کربناتکلسیم در کانی رسی کائولینیت بر فرآیند نگهداري آلاینده در خاکهاي رسی و رفع آلودگی از خاك توسط EDTA به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، محلولهاي شستشوي EDTA با نسبتهاي EDTA/Pb برابر 0/2، 0/5، 0/7، و 1 به خاك کائولینیت داراي درصدهاي کربنات متفاوت و غلظتهاي مختلف آلاینده افزوده شد و مقدار Pb و Ca آزاد شده توسط EDTA اندازهگیري گردید. نتایج تحقیق حاضر نشان میدهد که از یکسو افزایش درصد کربنات سبب افزایش قابلیت نگهداري آلودگی در خاك میشود.
از سوي دیگر در فرایند رفع آلودگی از خاك با استفاده از EDTA، بواسطه کاهش pH خاك، بخشی از کائولینیت موجود در خاك تحت انحلال قرار میگیرد، بهطوريکه در این فرایند رفع آلودگی، بخشی از شرایط طبیعی خاك تغییر کرده و بهطور مشخص درصد کربنات کلسیم در خاك کاهش مییابد که در نتیجه سبب کاهش ظرفیت بافرینگ خاك میگردد. این امر به خصوص در مواردي که خاك مورد رفع آلودگی مجدداً در معرض آلودگی قرار خواهد گرفت از اهمیت ویژهاي برخوردار است.
-1 مقدمه
آلودگی خاكها به فلزات سنگین یکی از مشکلات معمول در سراسر جهان است. نهتنها به دلیل رشد جمعیت جهان،
بلکه به علت گسترش سریع بخشهاي صنعتی، اقتصادي و کشاورزي، انباشتگی آلودگی اجتنابناپذیر است. خاك ممکن است به دلیل استفاده از تأسیسات دفن زبالههاي صنعتی، آفتکشها، کودهاي شیمیایی، انتشار از کورههاي مخصوص سوزاندن زبالههاي شهري، اگزوز اتومبیلها، فرایند استخراج فلزات از سنگهاي معدنی، و صنایع ذوب فلزات، با فلزات سنگین - HMs - از قبیل روي - Zn - ، کادمیم - Cd - ، سرب - Pb - ، و مس - Cu - آلوده گردد.
تخلیه و دفن محصولات آلوده به فلزات سنگین منجر به آلودگی آبهاي زیرزمینی و زمینهاي بسیاري شده است. بهدلیل تجزیه ناپذیري فلزات سنگین و سمی بودن آنها از نظر سیستمهاي زیستی، این دسته از آلودگیها همواره از نظر زیستمحیطی مورد توجه بودهاند. یکی از متداولترین روشهاي مقابله با آلودگیهاي فلزي، استخراج آنها از اکوسیستم است
وجود سرب - Pb - ، در غلظت هاي مختلف، به عنوان یکی از فلزات سنگین با خطر سمی و ریسک پذیري بالا در
زبالههاي صنعتی گزارش شده است . - Yong, 2001 - بزرگترین منابع آلودگی سربی خاك شامل صنایع استخراج و ذوب سرب، دفن ضایعات رنگهاي صنعتی و ساختمانی، آفتکشها و کودهاي شیمیایی، استفاده از بنزین سربدار و
تأسیسات بازیافت باتريهاي داراي سرب است. بازه تغییرات غلظت آلاینده سرب موجود در خاكها متفاوت است،
بهطوريکه این غلظت در خاك مجاور تأسیسات بازیافت باتري اتومبیل و کارخانجات صنعتی تا %21 جرمی مشاهده شده است
همچنین وجود 30000 mg/kg یون سرب در خاك مجاور تاسیسات صنعتی قدیمی ذوب سرب گزارش شده است .
درگذشته، خاکبرداري و انتقال خاك آلوده به مراکز دفن زباله، روشی استاندارد براي رفع آلودگی به شمار میآمد. اما در حال حاضر، پاكسازي اولیه خاكهاي آلوده قبل از دفن، که باعث حداقل نمودن خطر آلودگی خاك و آب زیرزمینی میشود، در بسیاري از کشورهاي دنیا اجباري شده است
مکانیزمهاي مختلفی بر نگهداري فلزات سنگین در خاكهاي رسی مؤثرند. در مجموع، مکانیزمهاي نگهداري فلزات
توسط خاكها به دو بخش اصلی ذیل تقسیم شدهاند:
- الف - جذب یونها بر سطح اجزاي بخش رسی و یا آلی خاك
- ب - رسوب اجزاي یونهاي فلزي بهصورت ترکیب اکسیدي، کربناتی، سولفیدي و یا دیگر ترکیبهاي مشابه با اجزاي موجود در خاك
رفع فلزات با استفاده از تکنیکهاي شستشو به معنی وارونه نمودن این مکانیزمها است. به جداسازي آلایندهها از فاز جامد خاك با استفاده از حل کردن آنها در محلول شستشو، اصطلاحاً خاكشویی اطلاق میشود. عوامل کیلیتساز مؤثرترین موادي هستند که به منظور شدتبخشی استخراج فلزات سنگین از خاكهاي آلوده میتوان به محلول شستشوي خاك اضافه نمود
مزایاي عوامل کیلیتساز در پاكسازي خاكها شامل بازده بالاي استخراج فلز از خاك، پایداري ترمودینامیکی زیاد کمپلکسهاي فلزي شکلگرفته، حلالیت مناسب کمپلکسهاي فلز، و جذب اندك عوامل کیلیتساز به خاكهاي رس دار است
به علاوه، عوامل و ترکیبات کیلیتساز در مقایسه با اسیدها، تأثیر ناچیزي در تغییر خواص اولیه فیزیکی و شیمیایی ماتریس خاك دارند
اتیلنديآمینتترااستیک اسید - EDTA - یکی از معمولترین و قويترین عوامل کیلیتساز است که بهطور گسترده براي استخراج Pb از خاكهاي آلوده مورد مطالعه قرار گرفته است
نتایج تحقیقات آزمایشگاهی نشان دادهاند که استخراج به روش تعادل مخلوط و با استفاده از EDTA در رفع درصد زیادي از آلاینده سربی موجود در بسیاري از خاكهاي آلوده به زباله هاي صنعتی مؤثر بوده است
به صورت ایدهآل، حداقل مقدار غلظت EDTA مورد لزوم به منظور استخراج سرب از خاك آلوده باید برابر با مقدار غلظت سرب موجود در خاك باشد . - Kim et al., 2003 - اما بهدلیل قابلیت گزینشگري کم EDTA، پیوند کمپلکس بین EDTA و سایر کاتیونهاي موجود در خاك مانند Ca2+، و Fe3+ نیز صورت میگیرد. این امر باعث کاهش بازده رفع آلودگی توسط EDTA و افزایش مقدار مصرف EDTA میگردد. با توجه به رقابت سایر کاتیونهاي موجود در خاك با آلاینده سرب بر سر تشکیل کمپلکس با EDTA، در اغلب مطالعات، غلظت EDTA بیش از غلظت سرب در
نظر گرفته شده است تا حداکثر استخراج سرب از خاك آلوده انجام گیرد.
علیرغم تحقیقات وسیعی که بر روي پارامترهاي مؤثر بر بازده رفع آلودگی از خاكهاي رسی توسط EDTA انجام شده است، در زمینه تأثیر حضور کربنات بر کارایی EDTA در رفع آلایندههاي فلز سنگین، مطالعات اندکی صورت گرفته است. با توجه به نقش مستقیم کربناتها در نگهداري آلایندههاي فلز سنگین در خاك به صورت رسوب
کربناتی، و همچنین نقش رقابتی کلسیم با آلاینده سرب در تشکیل کمپلکس با EDTA در هنگام جداسازي آلاینده سرب از خاك، در نظر گرفتن اثر حضور کربنات بر فرایند اندرکنش EDTA و رس اجتناب ناپذیر است.
در مطالعه حاضر، ابتدا نقش کربنات در نگهداري آلاینده سرب در کانی کائولینیت و همچنین رفع این آلاینده از خاك توسط EDTA مورد تحقیق و مطالعه قرار گرفته است. در مرحله بعد با انجام یک مجموعه مطالعات آزمایشگاهی، تأثیر استفاده از EDTA در تغییر مشخصات اولیه خاك که متعاقبًا بر امکان استفاده مجدد از خاك در مقابله با انتقال آلودگی اهمیت خواهد داشت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
-2 مواد و روشها
-1-2 کائولینیت
برخی از ویژگیهاي فیزیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی کائولینیت مورد استفاده در این تحقیق در جدول - 1 - آورده
شده است. کائولینیت مورد استفاده از استان آذربایجان اخذ شده و تحت عنوان کائولینیت سوپر زنوز شناخته شده است. آزمایش تعیین درصد کربنات بیانگر وجود %4 کربنات در این خاك میباشد - . - Hesse, 1971 مقدار قابلیت تبادل کاتیونی خاك نیز با استفاده از باریم کلراید تعیین گردید
جدول - - 1 خواص فیزیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی کائولینیت سوپر زنوز
هر یون EDTA میتواند از شش محل مختلف یون فلز را در بر گیرد. همانطور که در شکل - 1 - نشان داده شده
است، هر یک از چهار گروه استات و دو اتم نیتروژن داراي جفت الکترون آزاد بوده و آماده ایجاد پیوند با یون فلزي می باشد.
