بخشی از مقاله
مروري بر کاربرد روش شستشوي خاک در اصلاح خاکهاي آلوده
چکيده
در اين مقاله ، کاربرد فناوري شستشوي خاک (Soil Washing) در پالايش خاکهاي آلوده تشريح شده است .
به اين منظور، ابتدا تاريخچه ي مختصري از کاربرد اين روش در اروپا و آمريکا بيـان شـده اسـت و در ادامـه بـه - صورت نسبتاً جامع انواع روش هاي شستشوي خاک تشريح شده است . روش هاي جداسـازي فيزيکـي، اسـتخراج شيميايي و نيز تلفيقي از روش هاي فيزيکي و شيميايي به همراه مزايا و معايب مورد بحث قرار گرفته اند. اصـولاً ، جداسازي فيزيکي به دو روش هيدروليکي و جاذبه اي انجام ميشـود. درجـه کـارايي روش فيزيکـي بـه مسـائ مختلفي مانند اندازه ذرات ، شکل آنها، رطوبت ، ساختار خاک، تفاوت چگالي خاک و فلزات و خاصيت آهن ربـايي و آبدوستي سطح خاک وابسته است . در روش شيميايي، از يک سيال به عنوان خارج کننده ي فلزات از خـاک بـه صورت حلال استفاده ميشود. ساختار مناسب براي حذف به روش شيميايي عبارتند از: تبادل پذيري، ارتبـاط بـ کربن ، ارتباط جهت کاهش اکسيد Fe-Mn در خاک. جهت استخراج شيميايي آلاينده ها از خـاک از پـنج نـوع حلال اصلي شامل : اسيدها، نمـک هـا و حـلال هـاي کلريـد بـا غلظـت بـالا، شـوين ه هـاي چلنـت (chelant)، سورفکتانت ها- حلال هاي پيشرفته ، و عوامل اکسنده -کاهنده استفاده ميشود که هر دسته از اين حـلال هـا بـه تفکيک مورد بررسي قرار گرفته اند. يکي از معايب اين روش ، هزينه هاي بالاي آن به خصوص در صورت اسـتفاده از روش تلفيقي فيزيکي-شيميايي است که تا ٢٠٠ دلار در هر تن خاک نيز ميرسد.
کلمات کليدي :
خاک آلوده ، شستشوي خاک، جداسازي فيزيکي، استخراج شيميايي، سورفکتانت ها، چلنت .
١. مقدمه
امروزه روش هاي متنوعي جهت پالايش خاکهاي آلوده به آلاينده هاي آلي و غير آلي بکار برده ميشوند که از جمله ي آنان مي- توان به تثبيت و جامدسازي، زيست پالايي و شستشوي خاک اشاره کرد. روش شستشوي خاک (Soil Washing) در کشورهاي هلند، بلژيک ، آلمان ، سوئيس و اخيرًا در ديگر نواحي اروپا و آمريکاي شمالي و نيز ژاپن جهت پاکسازي خاکهاي آلوده به خوبي استفاده شده است (Pearl et al، ٢٠٠٦).
مصالح پاکسازي شده ميتوانند به سه صورت استفاده شوند:
- به محل قبلي خود برگردانده شوند؛
- به عنوان مصالح ساختماني بياثر در جاهاي ديگر بکار برده شوند؛
- به عنوان يک ماده با خطر کمتر نسبت به ماده اوليه ، دفع گردند (Pearl et al، ٢٠٠٦).
روش شستشوي خاک جهت پالايش محدوده ي وسيعي از آلاينده ها شامل فلزات سنگين ، مواد راديواکتيو، سيانيدها، آفت کش ها و PCBها قابل کاربرد است (ITRC، ١٩٩٧) ؛ هرچند کارکرد اصلي اين روش در حذف فلزات از خاک است .
بعضي از مزايا و معايب اين روش را ميتوان به صورت زير بيان کرد (ITRC، ١٩٩٧):
مزايا:
- اين روش قابليت پالايش آلاينده هاي آلي و غير آلي را داراست ؛
- هيچ گونه تخليه ي هوا يا پساب از درون سيستم وجود ندارد؛
- بسته به ويژگيهاي خاک مورد نظر، روش شستشوي خاک امکان بازگشت اجزاي درشت دانه ي تميز خاک به محل را
با قيمت پايين فراهم ميکند.
معايب :
- پس از انجام عمل شستشو، ميزان به نسبت کمي از مواد جامد و آب شستشو باقي ميمانند که نيازمند تصفيه ي
بيشتر هستند؛
- روش براي خاکهاي ميزان لاي و رس بيش از ٣٠ تا ٥٠ درصد اقتصادي نيست ؛
- وجود ميزان بالاي مواد آلي و نيز ترکيبات پيچيده ي آلاينده ها در خاک ميتواند منجر به پيچيده شدن فرايند تصفيه
شود؛
در ادامه ي اين مقاله ، تاريخچه ي استفاده از روش شستشوي خاک و نيز فرايندهاي اين روش از قبيل جداسازي فيزيکي، استخراج شيميايي و نيز روش اي تلفيقي فيزيکي_ شيميايي به صورت نسبتا جامعي مورد بررسي قرار گرفته اند. در پايان نيز ملاحظات اقتصادي اين روش مورد توجه قرار گرفته اند.
٢. تاريخچه
١.٢. شستشوي خاک در اروپا
روش شستشوي خاک بر پايه روش جداسازي فيزيکي حدودًا در شمال اروپا، در اواسط دهه ٨٠ انجام گرديد. کشور
هلند اولين کشوري است که از روش جداسازي فيزيکي در ميان تکنولوژيهاي موجود جهت تصفيه خاک استفاده کرده است .
بطور مثال ، Heidemij (در حال حاضر ARCADIS) از سال ١٩٨٣ از تکنولوژي جداسازي فيزيکي استفاده کرده است . تا سال ٢٠٠١، ٢١ پايگاه ثابت و ٤ ايستگاه متحرک خاک شويي در اروپا فعال بوده است و ميزان خاکي در حدود t.year ٨٥٥٠٠٠ ، بين سال هاي ١٩٩١ تا ٢٠٠١ تصفيه کرده اند (Dermont et al، ٢٠٠٨).
٢.٢. شستشوي خاک در امريکا
در دهه ٨٠ ميلادي دو سيستم شستشوي خاک توسط EPA در آمريکا انجام و گسترش پيدا کرده است که اين دو
سيستم عبارتند از:
(1 سيستم شستشوي متحرک بر پايه استخراج شيميايي .
(2 واحد کاهنده حجم براساس پخشيدگي دانه .
با توجه به گزارش EPA، عمليات گسترده ي جداسازي فيزيکي جهت بازسازي خاک آلوده به فلزات سنگين در آمريکا از اوايل دهه ٩٠ ميلادي در اين کشور آغاز گرديد و اولين مورد استفاده آن در تصفيه ي خاک آلوده به سرب واقع در يک محدوده ترک شده که به عنوان ميدان تير مورد استفاده قرار مي گرفت ، بوده است .
پايگاه اطلاعاتي Reach-IT تعداد شرکت هايي که عمل پالايش خاک را در امريکا انجام ميدهند حدود ٥٠٠ عدد برآورد کرده است و گزارش ميدهد که تنها هفت گروه تکنولوژي خاک شويي بر پايه روش جداسازي فيزيکي را ارائه ميدهند و يک گروه نيز خاک شويي را به روش استخراج شيميايي ارائه ميدهند (Griffiths، ١٩٩٥).
٣. انواع روش هاي شستشوي خاک
١.٣. روش جداسازي فيزيکي
روشي که جهت انجام جداسازي به روش فيزيکي صورت مي گيرد معمولاً براساس روش هايي است که در معادن جهت جداسازي مواد معدني از خاک صورت مي پذيرد. اين عمليات معمولاً با هزينه پايين امکان پذير است . درجه کارايي روش فيزيکي به مسائل مختلفي مانند اندازه ذرات ، شکل آنها، رطوبت ، ساختار خاک، تفاوت چگالي خاک و فلزات و خاصيت آهن ربايي و آبدوستي سطح خاک وابسته است .
در جداسازي به روش فيزيکي، از دو روش هيدروليکي و يا ته نشيني جاذبه اي براي جداسازي ذرات ريزدانه از درشت دانه استفاده ميشود که در ادامه به شرح هر يک از اين روش ها پرداخته مي شود(Griffiths، ١٩٩٥):
(1 روش هيدروليکي
روش هيدروليکي معمولاً براساس سرعتي که ذرات در جريان آب وارد مي شود، يا جداشدگي ذرات با استفاده از نيروي گريز از
مرکز مي باشد. تکنولوژي هيدروديناميکي شامل سه دسته بندي است :
- تکنولوژي براساس نيروي گريز از مرکز؛
- تکنولوژي براساس فراسايش ؛
- تکنولوژي بر اساس روش هاي چرخشي .
روش سيکلوني يا چرخشي به طور گسترده اي در شستشوي خاک براي جداسازي ذرات ريزدانه خاک از درشت دانه مورد استفاده
قرار ميگيرد.
(2 روش جاذبه اي
اين نوع تکنولوژي ها معمولاً براساس تفاوت در سرعت ته نشيني ذرات خاک در اثر جاذبه در محيط هاي آبدار ميباشد. عمل ته نشيني به مواردي مانند چگالي، ابعاد، شکل و وزن ذرات وابسته است . جداسازي به روش جاذبه اي در مواردي که دامنه ابعاد ذرات و چگالي در يک دامنه بالا پخش شود و تفاوت چنداني ميان چگالي ها و ابعاد وجود نداشته باشد، کارايي چنداني ندارد. براساس تحقيقات صورت گرفته ، اين تفاوت در زمينه چگالي نبايد بالاي gr.cm٣ ١ باشد تا عمل جداسازي به صورت مطلوب صورت گيرد.
مزاياي استفاده از روش جدا سازي فيزيکي :
١. اين تکنولوژي قابليت پاکسازي مواد آلي و فلزات آلاينده را در يک سيستم دارا مي باشد.
٢.خاک پالايش شده به راحتي قابليت برگشت به مکان اوليه با هزينه پايين را دارا مي باشد.
٣.فلز بازيافت شده قابليت استفاده مجدد را دارا مي باشد.
٤.سيستم پالايش به راحتي قابل حمل و نصب در هر محل مي باشد.
٥.اين تکنولوژي به صورت مطلوبي در معادن مورد استفاده قرار گرفته است و به راحتي مي توان از آنها استفاده نمود و همين امر
هزينه عمليات را بسيار کم ميکند (ITRC، ١٩٩٧).
معايب استفاده از روش جدا سازي فيزيکي:
١.اين سيستم نيازمند وسايل با حجم بالا و در نتيجه فضاي زياد براي تصفيه خاک است ( به طور مثال يک واحد با ظرفيت
ton.h ٢٠، مساحتي در حدود ٢٥٠٠ متر مربع اشغال ميکند).
٢.به طور کلي استفاده از خاک شويي براي خاک داراي ذرات رس و سيلت بيشتر از ٣٠ تا ٥٠ درصد اقتصادي نيست .
٣.سيستم تصفيه آب و همچنين مکاني جهت دفن آلاينده هاي موجود در بعضي شرايط لازم است که همين امر سبب افزايش
هزينه ها به ميزان قابل توجهي مي شود.
٤. براي مقرون به صرفه بودن تصفيه خاک در سايت ، بايد مقدار خاک آلوده بيشتر از t٥٠٠٠ باشد (ITRC، ١٩٩٧).
٢.٣. روش استخراج شيميايي
در روش شيميايي، از يک سيال به عنوان خارج کننده ي فلزات از خاک به صورت حلال استفاده ميشود. کارايي حذف با استفاده از روش شيميايي وابسته به خصوصيات ژئومتريک خاک (ساختار خاک، تبادل کاتيوني، ميزان موادآلي)، خاصيت فلز آلاينده (نوع ، غلظت ، ساختار و ويژگيهاي خاص فلز)، دز و ساختار شيميايي ماده شوينده و شرايط فرايند (pH شوينده ، زمان ماندگاري، تعداد گام هاي لازم براي جداسازي موفقيت آميز، نوع و ساختار ماده شوينده و غيره ) مي باشد. ساختار مناسب براي حذف به روش شيميايي عبارتند از (Dermont et al، ٢٠٠٨):
- تبادل پذيري .
- ارتباط با کربن .
- ارتباط جهت کاهش اکسيد Fe-Mn در خاک .
فاکتورهايي که ممکن است منجر به محدود کردن کاربرد و کارايي روش شيميايي گردند عبارتند از :
- ميزان بالاي لاي و رس .
- بالا بودن ميزان Ca،Fe .
- بالا بودن ميزان کلسيد و يا ذرات با ظرفيت متوسط .
- وجود ميزان مشابه فلز سنگين کاتيوني و آنيوني در خاک .
- بالا بودن ميزان ناهمگني خاک.
در ادامه نحوه استفاده از پنج حلال اصلي شامل : اسيدها، نمک ها و حلال هاي کلريد با غلظت بالا، شوينده هاي چلنت
(chelant)، سورفکتانت ها- حلال هاي پيشرفته ، و عوامل اکسنده -کاهنده بررسي ميشود.
(1 استخراج به وسيله اسيد:
استخراج به وسيله اسيد روشي است که نتيجه آن در تصفيه خاک، خاک رسوبي و لجن آلوده به فلزات سنگين در عمل ثابت شده است . pH اسيد در مايع شستشو نقش بسيار مهمي را بازي ميکند. روش هاي گوناگوني جهت انجام اين روش که حاصل از شستشوي خاک به وسيله اسيد است ، ابداع شده است که عبارتند از (Dermont et al، ٢٠٠٨):
- جذب فلز کاتيوني توسط اسيد به وسيله تبادل يوني .
