ارزیابی تاثیر یک نمونه پساب صنعتی بر آلودگی خاک با فلزات سنگین

محورهای موضوعی : مدیریت محیط زیست

آزاده نصرآزادانی ¹ , مهران هودجی ²

1 - کارشناس ارشد خاکشناسی، عضو باشگاه پژوهشگران جوان دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان(خوراسگان)
2 - دانشیار گروه خاکشناسی دانشگاه آزاد اسلامی واحداصفهان(خوراسگان)، *(مسوول مکاتبات).

تاریخ دریافت : 1388/03/15 تاریخ پذیرش : 1389/04/29 تاریخ انتشار : 1393/10/01

کلید واژه: آلودگی, خاک, پساب صنعتی, فلزات سنگین, نیکل,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: فعالیت های کشاورزی و به خصوص صنعتی منجر به آزادسازی مقادیر بالایی فلزات سنگین به محیط شده که می تواند به عنوان یک خطر جدی برای سلامتی اکوسیستم و انسان مطرح باشد. آلودگی خاک، آب های زیرزمینی، آب های سطحی و هوا با فلزات سمی و خطرناک یک مشکل جدی و جهانی محسوب می شود. در رابطه با ارزیابی خطر خاک های آلوده با فلزات سنگین، مشکل اساسی، جذب فلزات به وسیله زنجیره غذایی می باشد، بنابراین ارزیابی و کنترل غلظت فلزات سنگین در پساب های صنعتی قبل از تخلیه به محیط های طبیعی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. حضور فلزات سنگین مثل نیکل، کروم، مس، کادمیوم، و سرب که غالباً در فاضلآب های صنعتی مشاهده می شوند، حتی در مقادیر و غلظت های پایین، می تواند برای موجودات زنده و انسان سمی باشد. امروزه در مکان های زیادی خاک ها با فلزات سنگین آلوده شده اند، به گونه ای که یکی از مهم ترین مشکلات در مکان های تخلیه پساب های خطرناک هستند. مواد و روش ها: در این مطالعه به منظور ارزیابی تاثیر یک نمونه پساب صنعتی بر آلودگی خاک با فلزات سنگین، از 4 نقطه به فاصله 50 متر، در 4 عمق 25-0، 50-25، 75-50 و 100-75، در طول زهکش خاکی نمونه برداری صورت گرفت. نمونه های خاک برداشت شده و پس از انتقال به آزمایشگاه، در برابر هوا خشک و به کمک چکش پلاستیکی کوبیده و الک شدند و خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و غلظت فلزات سنگین در آن ها اندازه گیری شد. هدایت الکتریکی[1] عصاره اشباع توسط دستگاه هدایت‌سنج در عصاره گل اشباع، بافت به روش هیدرومتر ، درصد آهک خاک به روش تیترومتری و غلظت کل فلزات سنگین به روش هضم با اسید نیتریک تعیین واندازه‌گیری گردید. ظرفیت تبادل کاتیونی[2] خاک نیز به روش استات سدیم اندازه گیری شد. در نهایت آنالیز آماری نتایج این مطالعه با استفاده از نرم افزار SAS انجام گردید. نتایج و بحث: نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که با توجه به استانداردهای ارایه شده برای اراضی کشاورزی و اطراف مناطق صنعتی در مورد غلظت فلزات سنگین و مقایسه نمونه های خاک با استانداردهای جهانی، می توان خاک منطقه را تنها از نظر فلز نیکل آلوده دانست که این مساله ممکن است به آلودگی پایین پساب مورد مطالعه با فلزات سنگین نسبت داده شود. هم چنین نتایج همبستگی بین عمق خاک و غلظت فلزات سنگین نشان داد که بین این دو عامل همبستگی منفی وجود داشته که این موضوع با حرکت کند فلزات سنگین در لایه های خاک به خصوص در خاک های با درصد آهک و pH بالا، قابل توجیه است. 4 - Cation Exchangeable Capacity

چکیده انگلیسی:

Introduction:Agricultural and specifically industrial activities have led to the substantial release of toxic heavy metals into the environment posing a major hazard to ecosystem and human health. Today, contamination of soil, groundwater, sediments, surface water and air with hazardous and toxic metal is considered as a serious problem worldwide. In assessment of the risk associated with metal contaminated soils, metal absorption by food chain is one of the major problems. Thus, it is highly important to assess and control metal concentration in industrial wastewater before it isreleased to the natural environments. The presence of heavy metals, such as Ni, Cr, Cu, Cd and Pb, that are phenomenally seen in industrial sawage can be toxic to human and other organisms, even at low concentration. Nowadays, soils in many places have been contaminated with heavy metals and these soils have turned into one of the most important problems specially in disposal areas. Material and Methods: In this study, in order to investigate the effect of an industrial wastewater on the heavy metals contaminated soil, it was sampled in 4 points and 4 depths including 0-25, 25-50, 50-75 and 75-100 cm, along the soil draine. Soil samples went through a physical and chemical analysis and were assessed for the heavy metal concentration. The electrical coductivity of soil saturation extract was determined by ohm-meter; soil texture was investigated by the Hydrometer method; the lime percentage was detrmined by Titrimetric method; total heavy metals concentration was specified by the acid nitric digestion method; and cation exchangable capacity in soil samples was identified by the Acetate method. Finally, the data analysis was done by SASS. Results: According to the obtained results and based on the standard limits in agricultural and industrial lands, soil samples were found to be toxic only for Ni, refering to low heavy metal concentration in wastewater samples. Statistical analysis results showed that there is a negative correlation between the soil depth and heavy metal concentration, which refers to low mobility rate of heavy metals specially in soils with a high content of lime and pH.

منابع و مأخذ:

1. Yadav, S.K., Juwarkar, A.A., Kumar, G.P., Thawale, P.R., Singh, S.K., Chakrabarti, T. 2009. Bioaccumulation and phyto-translocation of arsenic, chromium and zinc by Jatropha curcas L.: impact of dairy sludge and biofertilizer. Bioresour. Technol. 100 (20), 4616–4622.


2. Amato, F., M. Pandolfi, M. Viana, X. Querol, A. Alastuey, T. Moreno. 2009. Spatial and chemical -patterns of PM10 in road dust deposited in urban environment, Atmospheric Environment 43.1650–1659.


3. Yang, P., R. Mao, H. Shao, Y. Gao. 2009. The spatial variability of heavy metal distribution the suburban farmland of Taihang Piedmont Plain, China, C. R. Biologies 332 . 558–566.


4. Chehregani, A., Malayeri, B., Golmohammadi, R. 2005. Effect of heavy metals on the developmental stages of ovules and embryonic sac in Euphorbia cheirandenia. Pak. J. Biol. Sci. 8. 622–625.


5. Nedelkoska, T.V., Doran, P.M. 2000. Characteristics of heavy metal uptake by plant species with potential for phytoremediation and phytomining. Miner. Eng. 13, 549–561.


6. Friesl, W., Friedl, J., Platzer, K., Horak, O., Gerzabek, M.H. 2006. Remediation of contaminated agricultural soils near a former Pb/Zn smelter in Austria: batch, pot and field experiments. Environ. Pollut. 144, 40–50.


7. Liu, W.X., L.F. Shen, J.W. Liu, Y.W. Wang, S.R. Li. 2007. Uptake of toxic heavy metals by rice (Oryza sativa L.) cultivated in the agricultural soils near Zhengzhou City, People's Republic of China, Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology 79. 209–213.


8. Poggio, L., B. Vĭšcaj, E. Hepperle, R. Schulin, F.A. Marsan. 2008. Introducing a method of human health risk evaluation for planning and soil quality management of heavy metal-polluted soils—an example from Grugliasco (Italy), Landscape and Urban Planning 88. 64–72.


9. Marjorie, C., H. Aeliona, T. Davisa, S. McDermottb, A.B. Lawsonc. 2008. Metal concentrations in rural topsoil in South Carolina: potential for human health impact, Science of the Total Environment 402.149–156.


10. Lim, H., J. Lee, H. Chon, M. Sager. 2008. Heavy metal contamination and health risk assessment in the vicinity of the abandoned Songcheon Au–Ag mine in Korea, Journal of Geochemical Exploration 96. 223–230.


11. Ayers, R. S and D. W. Wastcot. 1985. Water quality for agriculture. Rev, 1. FAO Rome.


12. Bambang, V and K. Jae-Duck. 2007. Super critical oxidation for the destruction of toxic organic wastewater. Areview. Journal of Environmental Sciences, 19. pp: 513-522.


13. Lucho-Constantino, CA.,  M. Alvarez-suarez., R. I. Beltran-Hernandez., F. Prieto-Garcia and H. M. Poggi-varaldo, 2005. A multivariate analysis of the accumulation and fraction of major and trace elements in Agricultural soils in Hidalgo state, Mexico irrigated with raw wastewater. Environment International, 31. pp: 313-323.


14. Li  X. D., C. N. Poon and P. S. Liu . 2001. Heavy Metal contamination of urban soils and street dusts in Hong kong. Appl Geochem, 16. pp: 1361-1368.


15. Lu y. Z., T. Gong. G. L. Zhang and W. Burghadt. 2003. Concentration and chemical speciation of Cu, Zn, Pb and Cr of urban soils in Nanjing, China. Geoderma, 115. pp: 101-111.


16. Bie, X., X. Feng., Y. Yang., G. Qiu., G. Li., F. Li., Z. Fu and Z. Jin, 2006. Environmental contamination of heavy metals from Zinc smeltingareas in Hezyang County, Western Guizhou, China. Environment International, 32. pp: 883-890.


17. Khan, S., Q. Cao., B. Chen and Y. G. Zhu, 2006. Humic acids increase the phytoavailabilitu of Cd and Pb to wheat plants cultivated infreshly spiked, contaminated soil. JOURNAL OF Soils Sediments, 6. PP: 236-242.


18. حاجوی، ع و ا. صادقی. 1353 . مطالعات خاکشناسی و طبقه­بندی اراضی تفصیلی منطقه اویشان استان اصفهان. نشریه شماره 396 وزارت کشاورزی . مؤسسه خاکشناسی و حاصلخیزی خاک. ص: 71.


19. Koopmans, G. F., W. J. Chardon., P. A. I. Elbert., A. A. Suurs., O. Oenema and W. H. V. Riemsdihk, 2004. Phosphorous availability for plant uptake in a phosphorous enriched noncalcareous sandy. J. Environment. Qual, 33.pp: 965-975.


20. عابدی م. ج. و  نجفی. پ. 1380. استفاده از فاضلاب تصفیه شده در کشاورزی. انتشارات کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران. چاپ اول.


21. Chen Y., C. Wang and Z. Wang. 2005. Residues and source indentification of persistent organic pollutants in farmland soils irrigated by effluents from biological treatment plants, Envirinmental International, 31. pp: 778-783.


22. Wingenfelder U., B. Nowak., G. Furrer and R. Schulin. 2005. Adsorbtion of Pb and Cd by amine-modified zeolite. Water Res, 39. pp: 3287-3297.


23. Rober R., D. Bibby., W. Burghardt and M. Bahamani. 2000. Some feautures of the soil of old constance. In: Burghardt, E and C. Domauf, (editors). Proceedings of 1 st international conference on soils of urban, Industrial, traffic and mining Areas. The unknown urban soils detection, resource and facessvol l.Germany: Essen. pp. 21-26.


24. EPB, 2004. Land Application of Municipal Sewage Sludge. Environmental protection Branch.


25. Pais I. J and B. Jones . 1997 . The handbook of trace elements. Publishing by: st. Lucie Press Boca Raton Florida.


26. Tsadilas CD, Matsi T, Barbayiannis N, Dimoyiannis D. 2000. Influence of sewage Sludge application on soil properties and on the distribution and availability of heavy metals fraction. Commun Soil Sci Plant Anal;26: 2603-2619.


27. Wang C.  X. Hu.  M. L. Chen and Y. H. Wu. 2005. Total concentrations and fractions of Cd , Cr , Pb , Cu , Ni and Zn in sewage sludge from municipal and industrial wastewater treatment plants. Journal of Hazardous Material , B119. pp: 245-249.


28. وحیده­دستجردی، م. 1375. بررسی تجمع برخی از فلزات سنگین در محصولات کشاورزی آبیاری شده با پساب و غیر پساب. پایان­نامه کارشناسی ارشد. دانشکده علوم پزشکی دانشگاه اصفهان.


29. Merian E. 1991. Metals and their compounds in the environment. Occurrence analysis and biological relevance. VHC. Weinheim. Germany.


30. Singh K. P. D. Mohan. S. Sinha and R. Dalwani. 2004. Impact assessment of treated/untreated wastewater toxicant discharged by sewage treatment plants on health, agricultural and environmental quality in wastewater disposal area. Chemosphere, 55. pp: 227-255.


31. Liu W. H. J. Z. Zhao. Z. Y. Ouyang. L. Soderlund and G. H. Liu. 2005. Impacts of sewage irrigation on heavy metals distribution and contamination in Beijing, ChinaEnvironment International, 31. pp: 805-812.


32. Sharma R. K. M. Agrawal and F. Marshal. 2007. Heavy metal contamination of soil and vegetables in suburban areas of Varanasi, India. Ecotoxicology and Environment Safety, doi: 10.1016/j. ecoenv. 2005. pp: 11-7.


33. Rattan R. K., S. P. Datta., P. K. Chhonkar., K. Surubabu and A. K. Singh. 2005. Long-term impact of irrigationwith sewage effluents on heavy metal content in soils, crops and groundwater-a case study. Agriculture. Ecosystem and Environment, 109. pp: 310-322.


34. Scheyer J and C. A. Wettstein. 2003. Minimizing soil risk from contaminated urban gardens and school sites. Proceedings of SUITMA (soil of urban industrial, traffic and mining Areas conference, Nancy, France, July 9-11. pp: 239-240.


35. Komecki T. D., G. O. Brown., B. Allred and N. Basta. 1998. Cationic surfactant feasibility for use in removal of lead from soil, Environ. Geosci, 5. pp: 29-38.


36. Panuccio, M.R., Sorgonà, A., Rizzo, M., Cacco, G., 2009. Cadmium adsorption on vermiculite, zeolite and pumice: batch experimental studies. J. Environ. Manage. 90 (1), 364–374.


37. Peijnenburg, W.J. G.M., Jager, T. 2003. Monitoring approaches to assess bioaccessibility and bioavailability of metals: matrix issues. Ecotoxicol. Environ. Saf. 56 (1), 63–77.


38. Ikeda M. Z. W. Zhang. S. Shimbo. T. Watanabe. H. Nakatsuka. C. S. Moon. N. Matsuda-inoguchi and K. Higashikawa. 2000. Urban population exposure to lead and cadmium in east and south-east Asia. Scienceof the Total Environment, 249. pp: 373-384.


39. Rothenberg S. E. X. Du. Y. G. Zhu and J. A. Jay. 2007. The impact of sewage irrigation on the uptake of Mercury in corn plants(Zea mays) from suburban Beijing. Environment Pollution, doi: 10.1016/j. envpol. 2007.01.005.


40. Manyin Zhanga,b,c, Lijuan Cuib,c , Lianxi Shenga, Yifei Wangb,c. 2009. Distribution and enrichment of heavy metals among sediments, water body and plants in Hengshuihu Wetland. .ecological engineering 3 5 ( 2 0 0 9 ) 563–569.