بخشی از مقاله
مقدمه
پیآمدهای انباشتگی فلزات سنگین در محیط زیست نگرانکننده است. یکی از روشهای آلودگیزدایی خاک، استفاده از عصارهگیرها میباشد. EDTA از جمله این عصارهگیرها میباشد. مقایسه کارایی EDTA با سایر کیلیت کنندهها، اسیدها و الکترولیتها اغلب حاکی از برتری یا حداقل برابری بوده است - تندی و همکاران . - 2004 رهاسازی پیمانهای یک روش آسان وسریع در انجام اینگونه تحقیقات است و رهاسازی ستونی از نظر اجرایی با مشکلات بسیاری همراه بوده ولی به شرایط مزرعه نزدیکتر میباشد - هاوزر و همکاران، . - 2005 سان و همکاران - 2001 - گزارش کردند که در آزمایشهای رهاسازی Zn، Pb، Cd و Cu با EDTA به روش پیمانهای1، بر خلاف روش ستونی2، کارایی رهاسازی هر چهار فلز یکسان بود.
چونکه در روش ستونی غلظت کمی از EDTA در حجم زیاد و به تدریج با خاک آلوده تماس پیدا میکند و لذا رهاسازی فلزات سنگین از همان ترتیب پایداری کمپلکسهای EDTA با این فلزات پیروی میکند، ولی در روش پیمانهای که EDTA در غلظت بیشتر و حجم کمتر به یکباره با خاک آلوده تماس مییابد، همه فلزات سنگین با کارایی یکسانی رهاسازی میشوند. لذا، روش ستونی علیرغم دشواریهای اجرا به شرایط واقعی نزدیکتر است. بیشتر مطالعات رهاسازی فلزات سنگین از خاک به دلیل سادگی اجرا، با روش رهاسازی پیمانهای انجام یافته است و روش رهاسازی ستونی به دلیل مشکلات اجرایی کمتر مورد توجه قرار گرفته است. لذا به نظر میرسد بتوان با برقراری ارتباط مناسبی بین این دو روش، با صرف وقت و هزینه کمتر به نتایج قابل قبولی دست یافت.
مواد و روشها
سه نمونه خاک با مقادیر مختلف فلزات سنگین از عمق صفر تا 20 سانتیمتری خاک باغات اطراف کارخانه تولید شمش سرب و روی شهر زنجان تهیه گردید. نمونه خاکها پس از هوا خشک شدن و عبور از الک دو میلیمتری برای انجام آزمایشها نگهداری شدند. مقدار کل فلزات سنگین Zn - ، Pb و - Cd در خاکها نیز با استفاده از روش هضم توسط اسید نیتریک 4 مولار - اسپوزیتو و همکاران - 1982 تعیین شد. مقدار میلیمول EDTA افزوده شده در دو روش پیمانهای و ستونی یکسان و برابر 100 میلیمول بر کیلوگرم خاک خشک بود. در روش عصارهگیری پیمانهای تک مرحلهای فلزات سنگین، مقدار 2 گرم خاک در لولههای سانتریفیوژ 50 میلیلیتری ریخته شد و به آنها 20 میلیلیتر محلول 0/01 مولار EDTA و 0/01 مولار نیترات کلسیم افزوده شد.
لولهها به طور متناوب برای مدت زمانهای 5، 10، 15، 20، 30، 40، 50 دقیقه و 1، 2، 3، 6، 12 و 24 ساعت در 120 رفت و برگشت در دقیقه تکان داده شدند و به مدت پنج دقیقه در 3000 دور در دقیقه سانتریفیوژ شدند. غلظت فلزات سنگین رهاسازی شده با دستگاه جذب اتمی اندازهگیری شده و مقادیر درصد رهاسازی فلزات در مقابل زمان ترسیم گردید. - تندی و همکاران . - 2004 به منظور انجام آزمایشات ستونی، ستونها استوانههایی از جنس 500 PVC میلیلیتری مدرج به قطر داخلی 5/5 و طول 30 سانتیمتر تهیه گردیدند. هر یک از ستونها با 570 گرم خاک هوا خشک عبور کرده از الک 2 میلیمتری پر شدند، به طوری که جرم مخصوص ظاهری در سرتاسر ستون یکنواخت باشد.
سپس ستونهای خاک از پایین با محلول 0/01 مولار نیترات کلسیم اشباع شدند. جرم مخصوص ظاهری خاک ستونها، پس از نشست کامل خاک محاسبه گردید - مقادیر 1/26 ، 1/2 و g.cm-3 1/37 به ترتیب برای خاکهای 1، 2 و . - 3 سرعت عبور جریان از ستون خاک نیز با تنظیم ارتفاع خروجی در وسط ستون در 0/5 KS تنظیم شد. هدایت هیدرولیکی اشباع ستونهای خاک پس از اشباع کامل و تثبیت خاکها در ستون از طریق جریان ماندگار و به روش بار ثابت اندازه گیری گردید - کلوت و دریکسن - 1986 که برای خاکهای 1، 2 و 3 به ترتیب مقادیر 0/04 ، 0/025 و 0/022 میلیمتر بر ثانیه تعیین شد.
در آزمایشات ستونی جریان ماندگار با محلولNa2H2EDTA با بار آبی 2 سانتیمتر برقرار گردید. غلظت و حجم عبوری محلول EDTA به نحوی انتخاب گردید که 57 میلی مول EDTA - معادل 100 میلی مول EDTA بر کیلوگرم خاک خشک - از ستونها عبور نماید. با توجه به اندازهگیری مقدار کل Zn ،Pb وCd در سه نمونه خاک، این میزان برای رهاسازی کل این فلزها کافی است. پس از به تعادل رسیدن خاک با محلول زمینه، هر ستون خاک با 5700 میلیلیتر محلول 0/01 مولار EDTA و 0/01 مولار نیترات کلسیم با شدت جریان 0/5 KS شستشو گردید - آزمایشات مقدماتی نشان داد که عدم حضور محلول زمینه نیترات کلسیم باعث کاهش شدید هدایت هیدرولیکی ستون های خاک می شود - . در زمانهای معین از محلول خروجی نمونهبرداری و برای اندازهگیری غلظت فلزات سنگین با دستگاه جذب اتمی در یخچال نگهداری شدند - سان و همکاران . - 2001 مقادیر درصد رهاسازی فلزات در مقابل زمان ترسیم گردید.
نتایج و بحث
ویژگیهای عمومی سه نمونه خاک در جدول 1 ارائه شده است. خاکهای مورد مطالعه در این تحقیقنسبتاً ریز بافت و آهکی میباشند. بعلاوه صرف نظر از خاک شور شماره 3، مقدار مواد آلی دو خاک دیگر قابل ملاحظه است. مجموع میزان فلزات سنگین اندازهگیری شده خاکهای 1 ، 2 و 3 به ترتیب 55/8، 10/5 و 80/6 میلیمول بر کیلوگرم خاک بود. بهطوری که ملاحظه میشود مقدار کل Zn، Pb و Cd در این خاکها بسیار بیشتر از میانگین مقدار کل این فلزات - به ترتیب 50، 25 و 0/5 میلی گرم بر کیلوگرم - در خاکها بود.
تغییرات زمانی رهاسازی فلزات سنگین با EDTA در روش پیمانهای ترسیم مقادیر درصد رهاسازی فلزات Zn، Pb و Cd با محلول 0/01 مولارEDTA در مقابل زمان در سه خاک در شکل 1 ارائه شده است. از زمان 6 ساعت به بعد مقادیر رهاسازی فلزات بسیار ناچیز شد. لذا، منحنی های رهاسازی تجمعی تا 6 ساعت نشان داده شدند. مقادیر Pb رهاسازی شده از خاک شماره 2 در حد تعیین مقدار دستگاه جذب اتمی نبود. شکل 1 نشان میده که فرایند رهاسازی در دو مرحله انجام گرفته است.
مرحله اول تقریباً 30 دقیقه اول رهاسازی است و مرحله دوم بعد از آن آغاز میشود نسبت مقدار فلز رهاسازی شده در 30 دقیقه به مقدار آن در 360 دقیقه نشان میدهد که بهطور متوسط 96 درصد از Cd عصارهگیری شده حتی در زمانهای کوتاهتر از30 دقیقه رهاسازی شد. این رقم در مورد Zn وPb بهطور متوسط 76 درصد بود و مدت زمان رهاسازی نیز در مواردی بیشتر از 30 دقیقه به طول انجامید. نتایج نشان داد که هرچه مقدار کل فلزات Zn و Pb خاک بیشتر بود درصد کمتری از آن در30 دقیقه اول رهاسازی گردید.
در نتیجه میتوان اینگونه نتیجه گرفت که با افزایش مقدار کل فلزات Zn وPb خاک بخش لبایل آن کاهش مییابد. یو و همکاران - - 1994 نیز نشان دادند که در طی 24 ساعت عصارهگیری با EDTA، بیش از70 درصد فلزات سنگین قابل رهاسازی خاک در 30 دقیقه اول رهاسازی شدند. مرحله اول موجب رهاسازی فلزات سنگین از بخشهای قابل تبادل و جذب سطحی شده میگردد - جین و همکاران . - 2007 آبشویی به روش پیمانه ای مقدار کل فلزات سنگین خاکهای 1، 2 و 3 را به ترتیب از 55/8 به 37/8، از 10/5 به 6/1 و از 80/6 به 44/7 میلی مول بر کیلوگرم خاک کاهش داد. بدین ترتیب در خاکهای 1، 2 و 3 به ترتیب 34، 28 و 42 درصد کل سه فلز سنگین Zn، Cd و Pb رها سازی شدند. همچنین، نسبت مولی کل سه فلز رهاسازی شده به EDTA افزوده شده در این خاکها به ترتیب 0/18، 0/04 و0/36 بود.
