بررسی تأثیر فرآیند الکتروکینتیک به همراه آبشویی بر کیفیت زه‌آب در اصلاح یک خاک شور-سدیمی

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

محمد علی غلامی سفیدکوهی ¹ ( دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری )
میثم رمضانی ² ( دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری )
میر خالق ضیاء تبار احمدی ³ ( دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری )

تاریخ دریافت : 1394/07/04 تاریخ پذیرش : 1394/12/17 تاریخ انتشار : 1395/02/06

کلید واژه: اصلاح خاک شور-سدیمی, الکترود افقی, جریان الکتریکی, الکترود آلومینیوم,

چکیده مقاله :

شوری آب و خاک موضوعی است که به دلیل اهمیت آن در بسیاری از کشورها از آن به عنوان"مرگ سفید "یاد می‌شود. الکتروکینتیک یک روش فیزیکی برای استخراج نمک‌ها اعم از ترکیبات شیمیایی آلی و معدنی از خاک می‌باشد. در این مطالعه الکترودها به‌صورت افقی و به همراه فرآیند آبشویی در اصلاح الکتروکینتیکی یک خاک شور-سدیمی استفاده شدند. بدین منظور الکترودهایی از جنس آلومینیوم مشبک شده و به عنوان آند و کاتد به ترتیب در بالا و پایین ستون‌های خاک با چهار ارتفاع ۱۰، ۲۰، ۳۰ و ۴۵ سانتی‌متر قرار گرفتند. سپس آبی معادل چهار برابر آب منفذی و با تناوب ۳۰ میلی‌متر از بالای نمونه‌ها وارد خاک شده و خصوصیات زه‌آب خروجی اندازه‌گیری و مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفت. همچنین فرآیند آبشویی در هر یک از ارتفاع‌ها به عنوان شاهد و بدون اعمال روش الکتروکینتیک انجام شد. نتایج نشان داد که در تیمارهای الکتروکینتیک هدایت الکتریکی لحظه‌ای زه‌آب و شدت‌جریان الکتریکی عبور کرده از خاک به‌صورت افزایشی-کاهشی تغییر کرده‌اند. همچنین اسیدیته زه‌آب خروجی نسبت به شاهد افزایش داشته و بین ۸/۶ تا ۹ متغیر بوده و دمای آن بین ۲۳ تا ۳۵ درجه سانتی‌گراد تغییر کرده است. اعمال جریان الکتریکی خروج کاتیون‌ها را به‌طور معنی‌داری (۰۵/۰p<) افزایش داده است (۲۵ درصد) و خروج آنیون‌ها را به مقدار کمی (۲ درصد) کاهش داده است. همچنین فرایند الکتروکینتیک، نسبت خروج یون سدیم را به دو یون کلسیم و منیزیم به‌طور متوسط ۵/۸ درصد در مقایسه با تیمارهای شاهد افزایش داده است.

چکیده انگلیسی:

The salinity of water and soil is called white death in many countries, because of its importance. Generally, the quantity of leaching water, energy consumption and time usage of soil remediation procedure are important factors which affect suitable method of soil reclamation. Electrokinetic (EK) is a physical method for salt extraction such as chemical, Organic and inorganic compounds. In this study, the horizontal placement of electrodes along with leaching procedure was used in Electrokinetic remediation of a saline-alkaline soil. For this purpose, two aluminum and reticular electrodes was placed above and under the soil column as anode and cathode, respectively. The soil columns heights were 10, 20, 30 and 45 cm. Then leaching water (30 mm) every day and totally Equivalent to Four times pore water was entered to soil and properties of drain water was measured. Although, leaching procedure without applying electrokinetic technique was done as control treatment. The results showed that Electrical Conductivity (EC) of drain water and current rate was changed sinusoidal in EK. Although, PH and temperature of drain water was changed between 6.8 to 9 and 23 to 35 centigrade, respectively. Leaching of cations increased in EK technique significantly (p<0.05). Leaching of anions decreased, but this change was not significant. The ratio of Na+ leaching compared to Ca2+ and Mg2+ in EK treatments was 8.5 percent greater than controls. Generally, EK method changed EC, weight of leached salt per soil weight and PH of drain water significantly.

منابع و مأخذ:

پذیرا، ا.، و کشاورز، ع. 1387. بررسی و تعیین آب مورد نیاز اصلاحی خاک های شور و سدیمی اراضی جنوب شرقی استان خوزستان. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی, جلد ۴، شماره ۱۶.

جلیل‌فر، عظیم‌بردی، و مهاجرمیلانی, پ. 1372. منحنی‌های شور و سدیم‌زدایی خاکهای شور و قلیا منطقه گرگان. نشریه فنی شماره ۷۲/۲۰۷ مرکز تحقیقات کشاورزی گرگان و گنبد.

هاشمی‌نژاد، ی.، غلامی، م. و سلطانی، و. 1391. ارزیابی دقت روش‌های حل مدل بیلان حجمی در تخمین پیشروی آب در آبیاری جویچه‌ای. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، 1 (3): 59-68.

Abrol, I. P., Yadav, J. S. P., & Massoud, F. I. 1988. Salt-Affected Soils and their Management. FAO Soils Bulletin. Soil Resources Management and Conservation Service FAO Land and Water Development Division. Retrieved from http://www.fao.org/docrep/x5871e/x5871e00.htm#Contents

Akhtar, M. S., Steenhuis, T. S., Richards, B. K., & McBride, M. B. 2004. Chloride and Lithium Transport in Large Arrays of Undisturbed Silt Loam and Sandy Loam Soil Columns. Vadose Zone Journal. http://doi.org/10.2136/vzj2004.0316

Al-Hamdan, A. Z., & Reddy, K. R. 2008. Transient behavior of heavy metals in soils during electrokinetic remediation. Chemosphere, 71(5): 860–871. http://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2007.11.028

Ammari, T. G., Tahboub, A. B., Saoub, H. M., Hattar, B. I., & Al-Zu’bi, Y. a. 2008. Salt removal efficiency as influenced by phyto-amelioration of salt-affected soils. Journal of Food, Agriculture and Environment, 6(3-4): 456–460.

Anapali, Ö., Üstün, N., Öztafi, T., & Hanay, A. 2001. Defining Effective Salt Leaching Regions Between Drains. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 25: 51–56.

Beaudin, J. J. 2010. Remediation of Salt Contaminated Sites Using Electrokinetics. ROYAL ROADS UNIVERSITY.

Cho, J. M., Park, S. Y., & Baek, K. 2010. Electrokinetic restoration of saline agricultural lands. Journal of Applied Electrochemistry, 40(6): 1085–1093. http://doi.org/10.1007/s10800-010-0072-3

Choi, J. H., Maruthamuthu, S., Lee, H. G., Ha, T. H., & Bae, J. H. 2009. Nitrate removal by electro-bioremediation technology in Korean soil. Journal of Hazardous Materials, 168(2-3): 1208–1216. http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.02.162

Giannis, A., Gidarakos, E., & Skouta, A. 2007. Application of sodium dodecyl sulfate and humic acid as surfactants on electrokinetic remediation of cadmium-contaminated soil. Desalination, 211(1-3): 249–260. http://doi.org/10.1016/j.desal.2006.02.097

Hassan, I., & Mohamed-el-hassan, E. 2012. Electrokinetic Remediation with Solar Power for a Homogeneous Soft Clay Contaminated with Copper. International Journal of Environmental Pollution and Remediation, 1(1). http://doi.org/10.11159/ijepr.2012.010

Jayasekera, S., & Hall, S. 2007. Modification of the properties of salt affected soils using electrochemical treatments. Geotechnical and Geological Engineering, 25(1): 1–10. http://doi.org/10.1007/s10706-006-0001-8

Kim, D. H., Jo, S. U., Choi, J. H., Yang, J. S., & Baek, K. 2012. Hexagonal two dimensional electrokinetic systems for restoration of saline agricultural lands: A pilot study. Chemical Engineering Journal, 198-199, 110–121. http://doi.org/10.1016/j.cej.2012.05.076

Kim, S., Moon, S., & Kim, K. 2001. Removal of heavy metals from soils using enhanced electrokinetic soil processing. Water, Air, and Soil Pollution, 125(1): 259–272.

Lageman, R., Clarke, R. L., & Pool, W. 2005. Electro-reclamation, a versatile soil remediation solution. Engineering Geology, 77(3-4 SPEC. ISS.), 191–201. http://doi.org/10.1016/j.enggeo.2004.07.010

Lee, Y.-J., Choi, J.-H., Lee, H.-G., & Ha, T.-H. 2013. Electrokinetic Remediation of Saline Soil Using Pulse Power. Environmental Engineering Science, 30(3): 133–141. http://doi.org/10.1089/ees.2012.0118

Lee, Y.-J., Choi, J.-H., Lee, H.-G., Ha, T.-H., & Bae, J.-H. 2012. Effect of Electrode Materials on Electrokinetic Reduction of Soil Salinity. Separation Science and Technology, 47(1), 22–29. http://doi.org/10.1080/01496395.2011.607205

Luo, Q. ., Zhang, X. ., Wang, H., & Qian, Y. 2004. The migration and its mechanism of phenolic contaminants in soil by electrokinetics. China Environmental Science, 24(2): 134–138.

Mahjoory, R. a. 1979. The Nature and Genesis of Some Salt-Affected Soils in Iran1. Soil Science Society of America Journal. http://doi.org/10.2136/sssaj1979.03615995004300050041x

Mattson, E. D., Bowman, R. S., & Lindgren, E. R. 2002. Electrokinetic ion transport through unsaturated soil: 1. Theory, model development, and testing. Journal of Contaminant Hydrology, 54(1-2), 99–120. http://doi.org/10.1016/S0169-7722(01)00144-9

Mohamed-el-hassan, E., & Shang, J. Q. 2003. Electrokinetics-generated pore fluid and ionic transport in an offshore calcareous soil. Canadian Geotechnical Journal, 40(6), 1185–1199. http://doi.org/10.1139/t03-060

Ou, C. Y., Chien, S. C., & Wang, Y. G. 2009. On the enhancement of electroosmotic soil improvement by the injection of saline solutions. Applied Clay Science, 44(1-2): 130–136. http://doi.org/10.1016/j.clay.2008.12.014

Pillay,  a. E., Williams, J. R., El Mardi, M. O., Hassan, S. M., & Al-Hamdi, A. 2005. Boron and the alternate-bearing phenomenon in the date palm (Phoenix dactylifera). Journal of Arid Environments, 62(2): 199–207. http://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2004.11.007

Reddy, K. R., & Cameselle, C. 2009. Electrochemical Remediation Technologies for Polluted Soils, Sediments and Groundwater. Electrochemical Remediation Technologies for Polluted Soils, Sediments and Groundwater. http://doi.org/10.1002/9780470523650

Reddy, K. R., & Saichek, R. E. 2004. Enhanced electrokinetic removal of phenanthrene from clay soil by periodic electric potential application. Journal of Environmental Science and Health. Part A, Toxic/hazardous Substances & Environmental Engineering, 39(5): 1189–1212. http://doi.org/10.1081/ESE-120030326

Sah, J. G., & Chen, J. Y. (1998). Study of the electrokinetic process on Cd and Pb spiked soils. In Journal of Hazardous Materials, 58: 301–315. http://doi.org/10.1016/S0304-3894(97)00140-4

Sun, T. R., & Ottosen, L. M. (2012). Effects of pulse current on energy consumption and removal of heavy metals during electrodialytic soil remediation. In Electrochimica Acta, 86: 28–35. Elsevier Ltd. http://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.04.033

Tahmasbian, I. 2012. Soil electerokinetic remediation and its effects on soil microbial activity- A review. African Journal of Microbiology Research, 6(10): 2233–2238. http://doi.org/10.5897/AJMR11.967

Turer, D., & Genc,  a. (2005). Assessing effect of electrode configuration on the efficiency of electrokinetic remediation by sequential extraction analysis. Journal of Hazardous Materials, 119(1-3), 167–174. http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2004.12.003

Virkutyte, J., Sillanpää, M., & Latostenmaa, P. 2002. Electrokinetic soil remediation - Critical overview. Science of the Total Environment, 289(1-3): 97–121. http://doi.org/10.1016/S0048-9697(01)01027-0

Xu, H., Chen, W., Wang, C., Chen, B., & Yang, J. 2012. An enhanced electrokinetic remediation of saline lands by sludge layer. Journal of Food, Agriculture and Environment, 10(1): 709–713.

Yeung, A. T. 2011. Milestone developments, myths, and future directions of electrokinetic remediation. Separation and Purification Technology, 79(2): 124–132. http://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.01.022

Yuan, S., Wu, C., Wan, J., & Lu, X. 2009. In situ removal of copper from sediments by a galvanic cell. Journal of Environmental Management, 90(1): 421–427. http://doi.org/10.1016/j.jenvman.2007.10.009