ناپویا سازی آرسنیک در یک خاک آهکی به کمک زئولایت اصلاح شده با آهن، آلومینیوم و منگنز

الموضوعات :

سعید باقریفام ¹ , امیر لکزیان ² , امیر فتوت ³ , رضا خراسانی ⁴ , سمانه اکبرزاده ⁵ , علی متدین ⁶

1 - دانشجوی دکتری، گروه مهندسی علوم خاک، دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد*(مسئول مکاتبات).
2 - استاد، گروه مهندسی علوم خاک، دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد
3 - دانشیار، گروه مهندسی علوم خاک، دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد
4 - استادیار، گروه مهندسی علوم خاک، دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد
5 - شرکت آب و فاضلاب روستایی استان خراسان رضوی
6 - استاد، گروه مهندسی علوم خاک، دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

تاريخ الإرسال : 02 الجمعة , ربيع الأول, 1435 تاريخ التأكيد : 04 الإثنين , شعبان, 1435 تاريخ الإصدار : 26 الأربعاء , رمضان, 1435

الکلمات المفتاحية: آرسنیک, ناپویاسازی, زئولایت اصلاح شده, خاک آهکی, کلینوپتیلولایت,

ملخص المقالة :

آلودگی خاک ها و آب به آرسنیک که شبه فلزی سمی و سرطان زاست خطر ورود آن را به چرخه غذایی افزایش می دهد. به منظور افزایش کارآیی زئولایت برای جذب آرسنیک و ناپویاسازی آن در خاک، زئولایت ایرانی از نوع کلینوپتیلولایت به وسیله آهن، منگنز و آلومینیوم اصلاح شد و در یک سری آزمایش های عصاره گیری شیمیایی به وسیله DTPA و آزمایش های گلخانه ای با استفاده از گیاه جو به عنوان شاخصی زیستی مورد استفاده قرار گرفت. همین طور اثرات بیولوژیکی استفاده از این اصلاحگرهای خاک با اندازه گیری فعالیت آنزیم فسفاتاز و دهیدروژناز در خاک بررسی شد. این آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با آرایش فاکتوریل شامل 5 نوع زئولایت ( اصلاح شده با آهن، منگنز، آلومینیوم و ترکیب آهن و منگنز یا آهن و آلومینیوم) و دوسطح 2 و 5 % از هر کدام از تیمارها صورت پذیرفت. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که تیمارهای استفاده شده زیست توده تولیدی را افزایش و غلظت آرسنیک در گیاه جو و آرسنیک عصاره گیری شده با DTPA را کاهش داد. همچنین کاربرد بیشتر تیمارها میزان فعالیت آنزیم دهیدروژناز به عنوان شاخصی از سلامت خاک را افزایش می دهد. در حالی که تنها زئولایت اصلاح شده با آهن و آلومینیوم میزان فعالیت آنزیم فسفاتاز را به طور معنی دار افزایش داد. نتایج حاصل از مطالعه نشان داد زئولایت اصلاح شده با آهن و آلومینیوم و منگنز می تواند به عنوان گزینه ای مناسب، ارزان و دوستدار محیط زیست برای ناپویاسازی آرسنیک در خاک های آلوده مورد استفاده قرار گیرد و خطر ورود آن به چرخه غذایی را کاهش دهد.

المصادر:

1. Grover, K., Komarneni, S., Katsuki, H. 2010. Synthetic hydrotalcite-type and hydrocalumite-type layered double hydroxides for arsenate uptake, Applied Clay Science Vol. 48, pp. 631-637.


2. Li, Y., James, D.R., Redwine, B. 2007.  In situ chemical fixation of arsenic-contaminated soils: An experimental study, Sci. Total Environ Vol. 387, pp. 28-41.


3. World Health Organization (WHO). 2003. Arsenic in drinking water. 12 chemical Facts Sheet, part 12.8.


4. Sparks, D. L., 1995. Environmental Soil Chemistry, CRC Boca Raton USA.


5. Hartley, W., Edwards, R., Lepp, N.W. 2004. Arsenic and heavy metal mobility in iron oxide-amended contaminated soils as evaluated by short- and long-term leaching tests, Environmental Pollution Vol. 131, pp. 495-504.


6. Neupane, G., Donahoe, R.J. 2013. Calcium – phosphate treatment of contaminated soil for arsenic immobilization, Applied Geochemistry Vol. 28, pp. 145-154.


7. Nagar, R., Sarkar, D., Makris, C.K., Datta, R. 2012. Arsenic bioaccessibility and speciation in the soils amended with organoarsenicals and drinking-water treatment residuals based on a long-term greenhouse study, Journal of Hydrology. http://dx.doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.2013, Vol. xxx, pp. xxx–xxx.


8. Kim, K.R., Lee, B.T., Kim, K.W. 2012. Arsenic stabilization in mine tailings using nano-sized magnetite and zero valentironwith the enhancement of mobility by surface coating, Journal of Geochemical Exploration Vol. 113, pp. 124-129.


9. Ko, M.S., Kim, J.Y., Lee, J. S., Ko, J.I., Kim, K.W. 2013. Arsenic immobilization in water and soil using acid mine drainage Sludge, Applied Geochemistry Vol. 35, pp. 1-6.


10. Jiménez-Cedillo, M.J., Olguín, M.T., Fall, Ch., Colín, A., 2011. Adsorption capacity of iron- or iron manganese-modified zeolite-rich tuffs for As (III) and As (V) water pollutants, Applied Clay Science, Vol. 54, pp. 206-216.


11. Zhang, M.Y., Wang, Y., Zhao, D.Y., Gang, P., 2010. Immobilization of arsenic in soils by stabilized nanoscale zero-valent iron, iron sulfide (FeS), and magnetite (Fe₃O₄) particles, Chinese Science Bulletin, Vol. 55, pp. 365-372.


12. Contin, M., Mondini, C., Leita, L., Nobili, M.D., 2007. Enhanced soil toxic metal fixation in iron (hydr) oxides by redox cycles, Geoderma, Vol. 140,pp. 164-175.


13. Dergazarian, S. Immobilization of arsenic in mine tailings using standard and nanoscale metal oxides, 2010. A Thesis In The Department of Building, Civil and Environmental Engineering, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada.


14. Voigt, D E., Brantley, S.L., Hennet, R.J.C., 1996. Chemical fixation of arsenic in contaminated soils, Applied Geochemisto.Vol. 1, pp. 633-643.


15. Loizidou, M., Townsend, R. P., 1987. Ion-exchange properties of natural clinoptilolite ferrierite and mordenite: part II. Lead sodium and lead ammonium equilibria, Zeolites,Vol. 7,pp.153-159.


16. Lepperd, D., 1996. Heavy metal sorption with clinoptilolite: alternativesfor treating contaminated soil and water. Journal of mineral engineering, Vol. 146, pp. 53-89.


17. Breck, D. W., 1974. Zeolite Molecular Sieves, Wiley, NY, London, Sydney, Toronto.


18. Haggerty, G. M., Bowman, R. S., 1994. Sorption of chromate and other inorganic anions by organo-zeolite, Environmental Science and Technology 28: 452-458.


19. Ames, L., Zeolites removal of ammonium ions from agricultural waste waters. 1967. In: Proc.13 pacific Northwest Indust. Waste Conf. Washington states Univ. Pullman, Washington, p: 35-152.


20. Kirk, R. E., Othmer, D.F., 1998. Kirk-Othmer Encyclopedia of chemical Technology. John Wiley.


21. Karak, T., Abollino, O., Bhattacharyya, P., Das, K.K., Paul, R.K. 2011. Fractionation and speciation of arsenic in three tea gardens soil profiles and distribution of As in different parts of tea plant (Camellia sinensis L.), Chemosphere Vol. 85, pp. 948-960.


22. Tabatabai, M.A., Bremner, J.M., 1969. Use of p-nitrophenyl phosphate for assay of soil phosphatase activity. Soil Biology and Biochemistry, Vol. 1, pp. 301-307.


23. Casida, L.E., Klein, D.A., Santoro, T. 1964. Soil dehydrogenase activity. Soil Science Society of America Journal,Vol. 47,pp. 599-603.


24. Sparks, D. L.1996. Methods of soil analysis. Part 3 - chemical methods, Soil Science Society of America, Wisconsin, Madison. pp. 1085-1121.


25. Lee, S.H., Kim, E. Y., Park, H. J., Yun, J., Kim, G., 2011. In situ stabilization of arsenic and metal-contaminated agricultural soil using Industrial by-products, Geoderma, Vol. 161, pp. 1–7.


26. Yan, X.L., Lin, L.Y., Liao, X.Y., Zhang, W.B., Wen, Y., 2013. Arsenic stabilization by zero-valent iron, bauxite residue, and zeolite at a contaminated site planting Panax notoginseng, Chemosphere Vol.xxx, pp. xxx–xxx.


27. Fitz, J.W., Wenzel,W. W., 2002. Arsenic transformations in the soil-rhizosphere-plant system: fundamentals and potential application to phytoremediation, Journal of Biotechnology,Vol. 259- PP.278-299.


28. Ma, L.Q., Komar, K.M., Zhang, T. C, Cai, W. Y., Kennelly, E.D., 2001. A fern that hyperaccumulates arsenic. Nature, Vol. 409, pp. 579-592.


29. Jonnalagadda, S.B., Nenzou,G., 1997. Studies on arsenic rich mine dumps: II. The heavy element uptake by vegetation, Environ. Sci. Health, Vol, 32 (2), pp. 455-464.


30. Kloke, A. D., Sauerbeck, R.., Vetter, H., 1984. The contamination of plants and soils with heavy metals and the transport of metals in terrestrial food chains. In: Nriagu J (ed) Changing metal cyclesand human health. Springer, Berlin, pp 113-141.


31. Alloway, B. J., 1995. Heavy Metals in Soils, Alloway,blackie academic and professional,  Springer, pp. 308.


32. Iftikhar, A. K., Khan, M., 1998. Studies on enzymes activity in normal and saline soils. Pakistan journal of agricultural resource, Vol. 9,pp. 505-508.


33. Frankenberger, J., Tabatabaei, R. M., 1991. L-glutaminase activity of soils. Soil biology and biochemistry, Vol, 23, pp. 869-874.


34. Yim, M. W., Tam, N. F., 1999. Effects of wastewater- borne heavy metals on mangrove plants and soil microbial activities. Marine pollution bulletin, Vol.39,pp. 179-186.


35. Hofmann, E., Seegrer, A., 1950. Soil enzymes as measure of biological activity. Soil biology and biochemistry, Vol. 321, pp. 97-98.


36. Dick, W. A., Tabatabaei, A., 1983, Activation of soil phosphatase by methal ions. Soil biology and biochemistry, Vol. 15, pp. 59-363.


37. Bandick, A. K., Dick, R. P., 1999. Field management effects on soil enzyme activities on soil biological characteristics, Agriculture ecosystem environment, Vol. 66, pp. 241-249.


38. Alexandratos, V. G., Elzinga, E. J., Reeder, R. J., 2007. Arsenate uptake by calcite: macroscopic and spectroscopic characterization of adsorption and incorporation mechanisms. Geochim. Cosmochim. Acta, Vol.71, pp. 4172–4187.


39. Di Benedetto, F., Costagliola, P., Benvenuti, M., P.Lattanzi, M., Romanelli, G., Tanelli, 2006. Arsenic incorporation in natural calcite lattice, Evidence from electronspin echo spectroscopy. Earth Planet. Sci. Lett, Vol. 246, pp. 458–465.


40. Goldberg, S., Glaubig, R.A., 1988. Anion sorption on a calcareous, montmorillonitic soil - arsenic. Soil Sci. Soc. Am. J, Vol.52, pp. 1297–1300.


41. Fendorf, S., Eick, M.J., Grossl, P., Sparks, D.L., 1997. Arsenate and chromate retention mechanisms on goethite. 1. Surface structure. Environmental Science and Technology, Vol. 31, pp. 315–320.