زیست پالایی فنی خاکهای آلوده به نفت
محورهای موضوعی : مدیریت محیط زیست
1 - دانشیار، گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهر کرد، شهر کرد، ایران
2 - دانشیار، گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهر کرد، شهر کرد، ایران
کلید واژه: خاک, هیدروکربن های نفتی, بیوچار, حذف آلودگی نفتی.,
چکیده مقاله :
زمینه و هدف :آلایندههای نفتی در خاک بهعنوان یکی از مشکلات جدی در حوزه محیط زیست مطرح است. انتشار نفت به خاک میتواند باعث تخریب ساختار خاکی، کاهش بیولوژیکی، اختلال در فرآیندهای طبیعی مانند دگرگونی میکروبی و تخریب گیاهان شود. بنابراین، تلاش برای کاهش و حذف آلایندههای نفتی از خاک یک امر ضروری و اهمیتدار است. بیوچار به دلیل ساختار غنی از کربن و ارتباطات آلی-آلی داخلی خود، به عنوان یک جاذب طبیعی در حوزه حذف آلایندههای نفتی مورد استفاده قرار میگیرد. مهمترین اهداف این پژوهش استفاده از تیمار اصلاحکنندهی بیوچار و ارزیابی اثربخشی آن بر روی حذف آلودگی نفتی در خاک بود.
روش بررسی: آزمایش با گلدانهای پر شده با 500 گرم خاک آلوده به هیدروکربن های نفتی (TPH) انجام شد و اثر سطوح مختلف افزودن اصلاح کنندههاي بیوچار کاه و کلش گندم بر کاهش آلوگی نفتی خاک بررسی شد. سه تیمار خاک بدون افزودن بیوچار به عنوان شاهد، بیوچار با نسبت وزنی به وزن 3 درصد و بیوچار با نسبت وزنی به وزن 5 درصد در سه تکرار انجام شد و در دمای 30 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 60 درصد مدت 60 روز داخل انکاباسیون قرار گرفتند. آب دیونیزه شده هر دو روز یکبار اضافه شد تا رطوبت در 70 درصد حداکثر ظرفیت نگهداری آب حفظ شود و تنفس میکروبی و TPHs، هر 10 روز یکبار اندازهگیری شد.
یافتهها: نتایج نشان داد مقادیر حذف TPHs پس از 60 روز انکاباسیون 1/9، 10/5 و 15/5 (g/kg) به ترتیب در تیمارهای شاهد، سه درصد وزنی و پنج درصد وزنی بیوچار، بود. اسیدیته خاک در تیمار سه درصد وزنی و پنج درصد وزنی بیوچار پس از 60 روز از آزمایش به ترتیب 7/02 و 6/83 بود که نسبت به نمونه قبل از آزمایش کاهش یافت. همچنین مقدار ماده آلی خاک با اضافه کردن پنج درصد بیوچار پس از 60 روز آزمایش به کمترین مقدار 7/99 (g/kg) رسید. هدایت الکتریکی خاک برای هر دوتیمار نسبت به نمونه قبل از آزمایش افزایش اندک داشت. میزان تنفس میکروبی خاک در دو تیمار سه درصد وزنی و پنج درصد وزنی بیوچار نسبت به نمونه شاهد به تدریج افزایش یافت، و سپس پس از 40 روز انکاباسیون کاهش یافت.
بحث و نتیجهگیری: افزایش تدریجی تنفس میکروبی خاک در تیمار پنج درصد وزنی بیوچار بیشتر از تیمار سه درصد وزنی بیوچار بود. مقدار مواد آلی، و تنفس میکروبی نشان داد که بیوچار نه تنها خاک را بارور می کند و خواص فیزیکوشیمیایی خاک را تنظیم میکند، بلکه یک محیط بافر مفید برای باکتریها میتواند فراهم میکند. اثر تحریک زیستی مطالعه حاضر پتانسیل بیوچار در کاهشTPHs را برجسته میکند تا پتانسیل آن را برای اثربخشی اصلاح بیشتر افزایش دهد.
Introduction: Oil pollutants in the soil are one of the serious problems in the environment. The release of oil into the soil can cause soil degradation, biological reduction, and disruption of natural processes such as microbial transformation and plant destruction. Therefore, trying to reduce and remove oil pollutants from the soil is a necessary and important matter. Biochar is used as a natural adsorbent in the field of removing petroleum pollutants due to its carbon enrichment and internal organic connections. The complex structure of biochar increases the surface area and absorption, which can be converted into efficiency in removing more oil pollutants from the soil. This organic material comes from the decomposition and separation of wood and grass residues of agricultural products using the pyrolysis method. According to the presented research and findings, the importance of this research was the treatment of biochar modifiers and the evaluation of its effectiveness in the removal of oil pollution in the soil.
Materials and methods: The experiment was carried out with pots produced with 500 grams of soil contaminated with petroleum hydrocarbons (TPH) and the effect of adding different levels of straw and wheat stubble biochar modifiers on the reduction of soil oil contamination was investigated. Three treatments were carried out by adding biochar as a control, biochar with a weight ratio of 3% and biochar with a weight ratio of 5% in three repetitions and at a weight of 30 degrees Celsius, with a relative ambient temperature of 6% and a duration of 60 days inside incubation. Deionized water is maintained at 70% water storage capacity every two days, and microbial and TPHs are measured every 10 days.
Results and discussion: The results showed that the removal of TPHs after 60 days of incubation was 1.9, 10.5, and 15.5 g/kg) in control treatments, three percent by weight and five percent by weight of biochar, respectively. The acidity of the soil in the treatment of three-weight percent and five-weight percent biochar after 60 days of the experiment was 7.02 and 6.83, respectively, which decreased compared to the sample before the experiment. Also, the amount of soil organic matter reached the lowest value of 7.99 (g/kg) after 60 days of experiment by adding five percent biochar. The electrical conductivity of the soil for both treatments was slightly increased compared to the sample before the test. The microbial content of the soil increased more in two treatments of three percent by weight and five percent by weight compared to the control sample and then decreased after 40 days of incubation. The increase in soil microbial growth in the treatment of five percent by weight of biochar was higher than in the treatment of three percent by weight of biochar. The amount of organic and microbial matter showed that biochar not only fertilizes the soil and regulates the physicochemical properties of the soil, but also can be a useful buffer medium for drugs. The biomobility effect of the present study highlights the potential of biochar in reducing TPHs to increase its potential for remediation effectiveness
1. Gaskin, S.E. and Bentham, R.H., 2010. Rhizoremediation of hydrocarbon contaminated soil using Australian native grasses. Science of the Total Environment, Vol. 408, pp. 3683–3688.
2. Hussain, F., Hussain, I., Khan, A. H. A., Muhammad, Y. S., Iqbal, Mazhar, S., Gerhard, R., Thomas Gerhard, Z. and Yousaf, S., 2018. Combined application of biochar, compost & bacterial consortia with Italian Ryegrass enhanced phytoremediation of petroleum hydrocarbon contaminated soil. Environmental and Experimental Botany, Vol. 153, pp. 80–88.
3. Weir, E. and Doty, S., 2016. Social acceptability of phytoremediation: The role of risk and values. International Journal of Phytoremediation, Vol. 18, pp.1029–1036.
4. Jafari Vafa, H., Pourbabaee, A.A., Alikhani, H.A., Yazdanfar, N. and Khanali, M., 2023. The potential of organic wastes in eliminating old-aged petroleum pollution in saline soils: A case study in Khuzestan province. Pollution, Vol. 9(3), pp.1190-1207.
5. Mania, J. A., 2012. Optimisation of N application for a maize crop grow in a shallow, irrigated soil. Spanish Journal of Agricultural Research, Vol. 4(4), pp. 373-380.
6. Brik, K. and Liautz, D., 2010. Nitrogen fertilizer thecnologies. Western Nutrient Management Conference. Vol 6, Salt Lake City, UT.
7. Chiang, J.M., 2011. Steam distillation methods for determination of ammonium nitrite and nitrate. Analytica Chimica Acta, Vol. 32, pp. 485-495.
8. Bouyoucos, G.J., 1962. Hydrometer method improved for making particle size analyses of soils. Agronomy Journal, Vol. 54(5), pp. 464-465.
9. Hazelton, P. and Murphy, B., 2007. Interpreting soil test results. CSIRO publishing. p. 169
10. Ghazan Shahi, c., 2006. Soil and plant analysis. Aizh Publications. P. 272
11. Zarinkafsh, M., 1993. Applied soil science. Tehran University Press. P. 247
12. Summer, M.E. and Miller, W.P., 1996. Cation exchange capacity and exchange coefficients. In: D.L. Sparks et al. (Eds.), Methods of soil analysis. Part 3, 3rd Ed, pp. 1201-1229.
13. Walkley, A. and Black, I.A., 1934. An examination of the degtjareff method for determining soil organic matter, and proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science, Vol. 37, pp. 29-38.
14. Andreasen, J.K, O’Neill, R. V., Noss, R. and Slosser, N. C., 2001. Considerations for the development of a terrestrial index of ecological integrity. Ecological Indicators, Vol. 1, pp. 21-35.
15. Mohammadi, N., and Khademalrasoul, A., 2020. Investigation of Biochar and Zeoplant Application on Mechanical Properties of Soils Contaminated with Total Petroleum. Iranian Journal of Soil Research, Vol. 34(3), pp. 407-418. doi: 10.22092/ijsr.2020.343410.536 (In Persian)
16. Ebrahimzadeh Omran, S. 2014. Improving the hydrophobicity of oil-contaminated soils using biochar. Master's thesis. University of Tehran, Faculty of Agriculture. (In Persian)
17. Weng, Z. H., Van Zwieten, L., Singh, B. P., Kimber, S., Morris, S. and Cowie, A., 2015. Plant biochar interactions drive the negative priming of soil organic carbon in an annual ryegrass field system. Soil Biology and Biochemistry, Vol. 90, pp. 111-121.
18. Zhang, B., Zhang, L. and Zhang, X., 2019. Bioremediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soil by petroleum-degrading bacteria immobilized on biochar. RSC Advances, Vol. 9, 35304.
19. Adams, F. V., Niyomugabo, A. and Silvester, O. P., 2017. Bioremediation of crude oil-contaminated soils using agricultural waste. Procedia manufacturing, Vol. 7, pp. 459-464.
20. Wei, Zh., Wei, Y., Liu, Y., Niu, sh., Xu. Y., Park, J. H. and Wang, J. J. 2014. Biochar-based materials as remediation strategy in petroleum hydrocarbon-contaminated soil and water: Performances, mechanisms, and environmental impact. Journal of Environmental Sciences, Vol. 138, pp. 350-372.