بخشی از مقاله
چکیده
از میزان آبشویی سرب و کادمیوم خاکهای پایین دست انباشتگاه زباله کرمانشاه اطلاعاتی موجود نمیباشد. این تحقیق با هدف بررسی تأثیر کاربرد دو نوع بایوچار تهیه شده از خاک اره - BC1 - و چوب درخت سیب - BC2 - بر میزان آبشویی سرب و کادمیوم در برخی خاکهای متأثر از نفوذ شیرابه زباله های شهری در شرایط آزمایشگاهی انجام شد. مقدار آبشویی سرب و کادمیوم در خاکهای مورد مطالعه اندازهگیری شد.
نتایج نشان داد کاربرد دو نوع بایوچار باعث کاهش 2 تا 4 برابری آبشویی به ترتیب کادمیوم و سرب شد .کاربرد بایوچار BC2 در مقایسه با BC1 کارآمدتر به دست آمد و علت آن نیز به داشتن گروه های عاملی بیشتر به دلیل سطح ویژه بیشتر دخیل در جذب سرب و کادمیوم همچنین CEC و حجم خلل و فرج کل بیشتر نسبت داده شد.
مقدمه
تأمین آب سالم و بهداشتی از نظر میکروبی، فیزیکی و شیمیایی امروزه به عنوان یکی از مهمترین چالش های انسان درجوامع مطرح است. سراب قنبر یکی از منابع اصلی تأمین آب آشامیدنی مردم شهر کرمانشاه در کنار منابع دیگر شامل چاه-های عمیق، قنات روزان و چشمه طاقبستان می باشد
آلودگی خاکها به فلزات سنگین، یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی در دنیا محسوب میشود.
تجمع درازمدت فلزات سنگین در خاک منجر به ورود این دسته از آلایندهها به زنجیره غذایی و آبهای سطحی و یا زیرزمینی مشکلاتی را برای سلامت انسان ها ایجاد کرده است
تلاشهای زیادی برای زدودن آلودگی فلزات سنگین صورت گرفته است. بایوچار به علت سطح ویژه و CEC بالا به طور بالقوه باعث کاهش فراهمی زیستی و آبشویی فلزات سنگین در خاک میشود
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه در شهر کرمانشاه با عرض جغرافیایی 34°14'47" و طول جغرافیایی 47°1'40" در بخشی از دامنه شمالی کوه سفید در 25 کیلومتری از مرکز کرمانشاه در پایین دست محل دفن زباله های شهری قرار دارد.
نمونهبرداری و تعیین ویژگیهای فیزیکوشیمیایی خاکها
به منظور بررسی مقدار آبشویی سرب و کادمیوم از خاکهای محل انباشتگاه زباله ، سه نمونه خاک سطحی - 30-0 سانتیمتری - به گونهای انتخاب شدند که تا حد ممکن از نظر ویژگیهای فیزیکوشیمیایی خاک به هم شبیه باشند و تنها از نظر مقدار سرب و کادمیوم کل خاک، بدون سرب و کادمیوم، با مقدار متوسط و بیشترین مقدار سرب و کادمیوم کل در منطقه مورد مطالعه باشند
نمونه ها هوا خشک و از الک 2 میلیمتری عبور داده شده و برخی ویژگی های فیزیکوشیمیایی خاک از جمله درصد ذرات خاک به روش هیدرومتر - گی و بودر - 1990، هدایت الکتریکی - - EC در عصاره 1: 2/5 - پیچ - 1992، واکنشخاک - pH - با استفاده از گل اشباع - مکلین - 1982، کربن آلی به روش اصلاح شدهی والکی و بلاک - نلسون و سامرز، - 1996، کربنات کلسیم معادل - ریچاردز، - 1954، ظرفیت تبادل کاتیونی به روش استات سدیم - pH=7 - اندازه گیری شدند
تهیه خاک آلوده
نمونه خاکه ای منطقه مورد مطالعه از نظر آلودگی به سرب به حد آستانه آلودگی - 75 میلی گرم بر کیلوگرم - نرسیده اند. با اینحال، مطالعات علایی و طالقانی - - 1389 نشان داد که روزانه 600 تن زباله در محل انباشتگاه زباله تخیله می شود. بنابراین احتمال آلوده شدن خاک در آینده، زیاد می باشد. بدین منظور، - خاک - 1 به صورت مصنوعی به سرب آلوده گردید. بدین منظور از نمک نیترات سرب Pb - NO3 - 2 به میزان500 میلیگرم در کیلوگرم استفاده گردید - استرون و اسپارکس - 2000 و نمونه ها به مدت دو هفته در شرایط رطوبتی مناسب در شرایط آزمایشگاه جهت آلودگی یکنواخت خاک نگهداری شدند
ساخت بایوچار
پیرولیز خاک اره و چوب درخت سیب در کوره تحت شرایط بی هوازی - یا شرایط اکسیژن کم - انجام شد. بایوچار چوب درخت سیب در دمای 700 درجه سانتی گراد و بایوچار خاک اره در دمای محیط 400 درجه سانتی گراد ساخته شدند. در این مقاله، بایوچار چوب درخت سیب با علامت اختصاری BC1 و بایوچار خاک اره با علامت اختصاری BC2 عنوان می شوند. بایوچارهای تهیه شده آسیاب و در دمای 20 درجه سانتی گراد نگهداری شدند.
اندازهگیری ویژگیهای فیزیکوشیمیایی بایوچار
ویژگی های فیزیکوشیمیایی بایوچار از جمله درصد حجمی خاکستر - بانسود و همکاران2003، pH - لیو - 1996، سطح ویژه با روش BET، حجم خللوفرجکل - یانگ و همکاران - 2011، ظرفیت تبادل کاتیونی - گاسکین و همکاران - 2008 و کربن آلی کل از روش احتراق در دمای بالا - ونجاس و همکاران - 2015 تعیین شدند.
آزمایش آبشویی
آزمایش آبشویی با اهداف بررسی تأثیر بایوچار بر آبشویی کادمیوم و سرب در خاک های آلوده انجام شد. برای این منظور، از روش هاوانگ و همکاران - 2006 - استفاده گردید. بدین ترتیب 10 گرم از نمونه های خاک هواخشک شده از الک با قطر 2 میلیمتری عبور داده شده و داخل قوطی پلیاتیلنی ریخته ، سپس 100 میلیلیتر آب مقطر به آن اضافه کرده و به صورت افقی به مدت 6 ساعت در 200 دور در دقیقه شیکرشد. غلظت سرب و کادمیوم در عصاره ها توسط دستگاه جذب اتمی - مدل AA220 ساخت شرکت Varian استرالیا - تعیین گردید.
نتایج و بحث
برخی ویژگیهای فیزیکوشیمیایی نمونههای خاک منطقه مطالعاتی در جدول 1 ارائه شده است. طبق این نتایج مقدار pH خاک در محدوده بین7/4 تا 7/6 متغیر است. بنابراین، خاک های مورد مطالعه در شمار خاکهای قلیایی قرار دارند. تجمع و انتقال عناصر سنگین در خاک به pH بستگی دارد. واکنش اسیدی خاک باعث میشود گونه های فلزی بیشتر به حالت کاتیونی و قابل جذب باشند.
در خاکهایی با واکنش قلیایی گونه های فلزی موجود در خاک بیشتر به حالت رسوب بوده و تحرک کمتری دارند و در نتیجه به دلیل غیرمتحرک شدن فلزهای سنگین و تشکیل رسوب، انتقال آنها به گیاه کمتر صورت میگیرد. اما در خاکهایی با واکنش اسیدی فلزهای سنگین موجود در خاک به صورت متحرک و قابل جذب در میآیند. در نتیجه خطر آلایندگی فلزهای سنگین در خاکهای اسیدی بیشتر از خاکهای قلیایی است
مقدار هدایت الکتریکی - - EC در محدوده 0/19 تا 0/23 دسی زیمنس بر متر متغیر است و نشان می دهد که خاکهای مورد مطالعه مشکل شوری ندارند. در خاکهایی با EC پایین جذب عناصرسنگین توسط گیاه کمتر است
محور مقاله:
آلودگی خاک حاوی غلظت بالایی از عناصر سنگین هستند و ذرات شن به دلیل اینکه از کوارتز تشکیل شده اند، غلظتهای کمتری از فلزاترا دارند - آلووی، . - 1995 دامنه تغییرات کربن آلی در منطقه 0/85 تا 1/3 درصد است. تغییر کربن آلی خاک با تأثیر بر روی واکنش خاک به طور غیرمستقیم موجب تغییر در جذب عناصر سنگین میشود - مارتین. - 2006 درصد کربنات کلسیم معادل در محدوده 14/5 تا 23/5 است. کربنات کلسیم معادل خاک با تأثیر بر واکنش خاک به طور غیرمستقیم در جذب عناصر سنگین مؤثر است - مارتین، . - 2006 به عبارتی که با افزیش کربنات کلسیم معادل غلظت عناصر سنگین در محلول خاک کاهش مییابد - میرسال، . - 2008 دامنه تغییرات ظرفیت تبادل کاتیونی - CEC - در منطقه مطالعاتی 26/2 تا 30/5 میلیمول بر کیلوگرم به دست آمد.
بر اساس داده های جدول1 و استاندارهای آلودگی منابع خاک و آب خاک های مورد مطالعه از نظر غلظت سرب، خاک-های غیرآلوده و از نظر غلظت کادمیوم، خاکهای آلوده به حساب میآیند. براساس استانداردهای آلودگی منابع خاک و آب، حد آستانه آلودگی برای سرب 75 میلی گرم بر کیلوگرم و حد آستانه آلودگی برای کادمیوم 5 میلی گرم بر کیلوگرم در نظر گرفته شده است
جدول -1 برخی ویژگیهای فیزیکوشیمیایی خاکهای مورد مطالعه
برخی ویژگیهای فیزیکوشیمیایی بایوچارها در جدول2 گزارش شده است. بایوچار ساخته شده در دمای700 درجه سانتیگراد - BC1 - دارای pH برابر 9/75 و بایوچار ساخته شده در دمای400 درجه سانتیگراد - BC2 - دارای pH برابر 8/22 است. درصدکربن آلیکل بایوچار ساخته شده در دمای700 سانتیگراد - BC1 - برابر 2/96 و بایوچار ساخته شده در دمای 400 درجه سانتیگراد - BC2 - برابر1/29 به دست آمد.
درصد خاکستر BC1 و BC2 به ترتیب برابر 33 /7 و16/2 و سطح ویژه BC1 و BC2به ترتیب برابر 189 /4 به 105/6 مترمربع بر گرم به دست آمد. مقدارپتاسیم تبادلی BC1 و BC2 به ترتیب برابر10/6 و 8/6 میلی مول بر کیلوگرم اندازه گیری شد.
مقدار سدیم تبادلی برای BC1 و BC2 به ترتیب برابر 8/2 و 8/6 میلی-مول بر کیلوگرم محاسبه گردید. کلسیم تبادلی BC1 وBC2 به ترتیب برابر 133/2 و 129/2 سانتیمول بر کیلوگرم محاسبه شد. مقدار منیزیم تبادلی BC1 و BC2 به ترتیب برابر 0/02 و 0/01 سانتی مول بر کیلوگرم اندازه گیری شد. مقدار EC برای BC1 و BC2 به ترتیب 0/15 و 0/16 دسیزیمنس بر متر اندازهگیری شد. براساس دادههای جدول 2 با افزایش درجه حرارت تولید بایوچار، pH، کربن آلی کل، درصد خاکستر و سطح ویژه، افزایش و CEC و حجم خلل و فرج کل کاهش پیدا کرد.
جدول -2 برخی ویژگیهای فیزیکوشیمیایی بایوچارهای مورد مطالعه
