ناپویاسازی سرب در خاک آلوده توسط ترکیبات سیلیسیم (مطالعه موردی معدن سرب پاجی میانا-مازندران)

سابقه و هدف: امروزه آلودگی خاک با فلزات سنگین یکی از معضلات زیست محیطی و حائز اهمیت می‌باشد. خاک‌های اطراف معادن دارای غلظت بالایی از فلزات سنگین هستند که می‌توانند بر سلامتی انسان و سایر جانداران تاثیر گذار باشند. یکی از روش‌های ارزان برای اصلاح خاک‌های آلوده به فلزات سنگین، ناپویاسازی فلزات در خاک است. استفاده از ترکیبات سازگار با محیط زیست دارای توانایی ناپویاسازی فلزات در خاک، مورد توجه بسیاری از پژوهشگران است. بدین منظور، در این مطالعه از ترکیبات سیلیسیم جهت ناپویاسازی سرب در خاک آلوده استفاده گردید. مواد و روش‌ها: در این آزمایش از چهار نوع ترکیب شامل کلسیم سیلیکات ، پتاسیم سیلیکات ، سدیم سیلیکات و سیلیسیم خالص در پنج غلظت ( 0، 50، 100، 200 و 400 میلی‌گرم سیلیسیم بر کیلوگرم خاک) استفاده شد. ترکیبات سیلیسیم به گلدان‌هایی که حاوی 700 گرم خاک آلوده به سرب بودند اضافه گردیدند و به مدت یک ماه در دمای محیط و رطوبت معادل ظرفیت زراعی نگه‌داری شدند. سپس سرب قابل دسترس نمونه‌ها با محلول dtpa استخراج و غلظت سرب توسط دستگاه جذب اتمی قرائت گردید. همچنین توزیع شکل‌های شیمیایی سرب قبل و بعد از اعمال تیمار با استفاده از عصاره‌گیری پی در پی انجام گرفت. این آزمایش به صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی و در سه تکرار انجام شد. یافته‌ها: نتایج نشان داد که از بین تمام تیمارهایی که اعمال گردید، کلسیم سیلیکات درغلظت 400 میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک، توانست بیشترین میزان تثبیت سرب را نسبت به شاهد (54 % ) انجام دهد. به طور کلی هر چهار تیمار به کار برده شده در این آزمایش، در غلظت 400 میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک دارای بیشترین میزان تثبیت سرب نسبت به سایر غلظت‌های کاربردی بودند. نتایج حاصل از عصاره‌گیری پی در پی نشان داد که با کاربرد ترکیبات سیلیسیم در خاک آلوده و افزایش غلظت از 50 به 400 میلی‌گرم در کیلو‌گرم خاک، شکل محلول و تبادلی، متصل به کربنات‌ها و متصل به اکسید آهن و منگنز کاهش و شکل باقی‌مانده سرب افزایش یافت. بیشترین میزان کاهش در شکل تبادلی، کربناتی و متصل به اکسید آهن و منگنز و بیشترین میزان افزایش در شکل باقی‌مانده، مربوط به تیمار کلسیم سیلیکات بود.نتیجه‌گیری: در واقع با افزایش غلظت ترکیبات سیلیسیم استفاده شده، سطوح بیشتری از این ترکیبات جهت تثبیت در اختیار سرب قرار می‌گیرد. سیلیسیم می‌تواند با فلزات سنگین کمپلکس تشکیل دهد و از این طریق حلالیت آن‌ها را کاهش دهد. از میان ترکیبات سیلیسیم، کلسیم سیلیکات سطح ویژه بالاتری نسبت به پتاسیم سیلیکات و سدیم سیلیکات داشته که از این طریق می‌تواند یون‌های فلزی بیشتری را در سطح خود کمپلکس کند. پتاسیم سیلیکات و سدیم سیلیکات نیز به همین دلیل توانایی ببیشتری نسبت به سیلیسیم خالص در ناپویاسازی سرب داشته‌اند. بنابراین، سیلیسیم خالص کمترین توانایی در ناپویاسازی سرب داشت. به طور کلی استفاده از سیلیسیم و ترکیبات آن علاوه بر اینکه سازگار با محیط زیست بوده تا حدود زیادی می‌توانند از پویایی سرب در خاک بکاهند.

Immobilization of Lead in contaminated soil by silicon compounds (Case Study of Lead Mine Paji Miana)

AbstractBackground and objectives: Soil contamination with heavy metals is one of the main important environmental issues. Soils around mines have a high concentration of heavy metals that can affect the health of humans and animals. A cheap method to remediate soils contaminated with heavy metals is the, immobilization of heavy metals in soils. The use of environmentally friendly compounds that have the ability to immobilize of heavy metals in the soil environment has taken attention of many researchers. For this purpose, silicon compounds were used in the study to immobilize lead (Pb) in the contaminated soil. Materials and methods: In this study, four types of compound such as calcium silicate, potassium silicate, sodium silicate and pure silicon were used at five concentrations (0, 50, 100, 200 and 400 mg / kg soil) in terms of Si content. The Silicon compounds were added to the pots containing 700 grams of Pb contaminated soil, and maintained for one month at ambient temperature and soil water content equivalent to field capacity. The available Pb was then extracted with DTPA and the Pb concentration was measured by atomic absorption. The distribution of chemical forms of Pb was determined before and after of incubation time with sequential extraction method. This experiment was carried out in a factorial arrangement in a completely randomized design with three replications. Results: The results showed that among the 4 silicon compounds, calcium silicate at a concentration of 400 mg / kg soil had the highest rate (54%) of Pb stabilization. In general, all of four silicon compounds, at the concentration of 400 mg / kg soil, had the most Pb stabilization capability among the all of applied rates. The results of sequential extraction showed that by using silicon compounds in Pb contaminated soil and increasing the concentrations rates from 50 to 400 mg / kg the soluble and exchangeable form, the form attached to carbonates and the iron and manganese oxides reduced but the forms of Pb coexist with organic matter and the residual form of Pb increased. The highest reduction in the form of exchangeable, carbonate and bounded to iron and manganese oxide, Conversely, the highest increase occurs in the form of residual and was belong to calcium silicate treatment. Conclusion: In fact, by the increase of silicon compound rates application, more amount of these compounds are available for Pb immobilization. The Silicon can form a complex with heavy metals and thereby reduce the available concentration of them. The Calcium silicate has a higher specific surface area than potassium and sodium silicates, hence, it can initiate more complex with Pb ions. However, Potassium and sodium silicates had a greater ability to stabilize Pb ions than pure silicon. Therefore, pure silicon had less ability to decrease the available Pb concentration among the all treatments. In general, it can be concluded that silicon compounds are able to reduce the mobility of Pb ions in soil environment and these compound environmentally friendly compounds.