اثر پتانسیل اکسیداسیون و احیا درتغییر فاز‌های پیوندی فلزات سنگین در رسوبات بستر تالاب بین المللی انزلی

محورهای موضوعی : مدیریت محیط زیست

محسن سعیدی ¹ , محمد فخاری ²

1 - استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم وصنعت ایران
2 - کارشناس ارشد مهندسی محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم وصنعت ایران *(مسوول مکاتبات) .

تاریخ دریافت : 1390/08/10 تاریخ پذیرش : 1391/07/27 تاریخ انتشار : 1395/04/01

کلید واژه: فلزات سنگین, فازهای پیوندی, پتانسیل اکسایش احیا, تالاب انزلی,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: فلزات سنگین موجود در رسوبات دارای پیوندهای متفاوتی با اجزای مختلف رسوب هستند. عوامل متعددی باعث تغییر در فازهای پیوندی فلزات موجود در رسوب می گردند که یکی از آن ها تغییر پتانسیل اکسیداسیون و احیا (شرایط رداکس) در رسوبات است. یکی از عواملی که باعث تغییر پتانسیل رداکس در محیط رسوبات می گردد، تغییر شرایط رسوبات از بی هوازی به هوازیست. روش بررسی: در این تحقیق میزان تاثیر تغییر پارامتر پتانسیل اکسیداسیون و احیا در تغییر فازهای پیوندی فلزات موجود در رسوبات بستر تالاب بین المللی انزلی مورد بررسی قرار گرفت. یافته ها: برای تغییر شرایط رداکس، نمونه رسوبات به دست آمده از تالاب انزلی، طی مدت یک ماه در معرض هوادهی قرار گرفت و در زمان های 0، 1، 7، 21 و 28 روز میزان Eh و pH اندازه گیری شد. در زمان های یاد شده از رسوبات نمونه برداری گردید و میزان فلزات سنگین Cu، Zn، Ni و Cr در فازهای پیوندی مختلف با استفاده از آزمایشات استخراج متوالی تعیین شد. بحث و نتیجه گیری: با توجه به نتایج به دست آمده، بیش ترین میزان فلز مس در پیوند با مواد آلی و سولفیدی و عمده فلز روی در پیوند با اکسید های آهن و منگنز بود. در حالی که فلزات کرم و نیکل بیش تر در فاز سخت و باقی مانده حضور داشتند. همین طور با ادامه روند هوادهی، 8 تا 23 درصد از فلزات موجود از رسوبات آزاد و وارد فاز محلول شدند. این آزاد سازی عمدتاً از فاز پیوندی با مواد آلی و سولفیدی صورت گرفت.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: Heavy metals are naturally presented in different chemical bonds within sediment. Different factors affect metals bonding in sediment. One of those factors is changing in Redox potential. Redox potential may change under oxic/anoxic conditions in the bottom sediments. Method: In the present study the effect of redox potential on fractionation and bonding of metals within Anzali international wetland bottom sediment is investigated. Findings: Sediment samples of Anzali wetland were aerated for one month and redox potential and pH was measured at 0, 1, 7, 21, and 28th days. Subsamples of sediments at mentioned days of experiments were taken and analyzed for Cu, Zn, Ni, and Cr for deferent chemical bonds using sequential extraction analysis. Discussion and Conclusion: Results revealed that majority of Cu were presented in the sulfidic/organic bonds while Zn was associated with Fe/Mn oxides. Nickel and Cr were mostly associated in hard residual bonds. At the end of aeration process, with increasing redox potential, 8-23% of metals were released from sediments into dissolved phase. They mainly released from sulfide/organic bonds.    

منابع و مأخذ:

1. Bosecker, K., 1997. Bioleaching: metal solubilization by microorganisms. FEMS Microbiol. Rev., Vol.20, pp.591–604.


2. Lors, C., Tiffreau, C., Laboudigue, A., 2004. Effects of bacterial activities on the release of heavy metals from contaminated dredged sediments. Chemosphere, Vol.56, pp.619–630.


3. Du Laing, G., De Vos, R., Vandecasteele, B., Lesage, E., Tack, F.M.G., Verloo, M.G., 2008. Effect of salinity on heavy metal mobility and availability in intertidal sediments of the Scheldt estuary. Estuarine, Coastal and Shelf Science, Vol.77, pp.589-602.


4. Cappuyns, Swennen, R., 2008. The application of pH_stat leaching tests to assess the pH-dependent release of trace metals from soils, sediments and waste materials. Journal of Hazardous Materials, Vol.158, pp.185–195.


5. Calmano, W., Hong, J., Forstner, U., 1993. Binding and mobilization of heavy metals in contaminated sediments affected by pH and redox potential. Wat. Sci. Tech., vol.28 (8-9), pp.223-235.


6. Miao, Sh., DeLaune, R.D., Jugsujinda, A., 2006. Influence of sediment redox conditions on release/solubility of metals and nutrients in a Louisiana Mississippi River deltaic plain freshwater lake. Science of the Total Environment, Vol.371, pp.334–343.


7. Kelderman, P., Osman, A.A., 2007. Wind Effect of redox potential on heavy metal binding forms in polluted canal sediments in Delft (The Netherlands). WATER RESEARCH, Vol.41, pp.4251–4261.


8. Gambrell, RP., Wiesepape, JB., Patrick, Jr., Duff, MC., 1991. The effects of pH, redox, and salinity on metal release from a contaminated sediment. Water Air Soil Poll., Vol.57–58, pp.359–367.


9. Carbonell-Barrachina, A., Jugsujinda, A., DeLaune, R.D., Patrick, W.H., 1999. The influence of redox chemistry and pH on chimically active forms of arsnic in sewage sludge-amended soil. Environment International, Vol.25 (5), pp.613-618.


10. Zoumis, T., Schmidt, A., Grigorova, L., Calmano, W., 2001. Contaminants in sediments: remobilisation and demobilisation. Sci Total Environ., Vol.266, pp.195–202.


11. Farrah, H., Pickering, W.F., 1993. Factors influencing the potential mobility and bioavailability of metals in dried lake sediments. Chemical Speciation and Bioavailability, Vol.5, pp.81-96.


12. Förstner, U., 1993. Metal speciation – general concepts and application. Int. J. Environ. Anal. Chem., Vol.51, pp.5-23 .


13. Brandon, D.L., Lee, C.R., Simmers, J.W. Skogerboe, J.G., Wilhelm, G.S., 1993. Long-term evaluation of plants and animals colonising contaminated dredged material placed in upland, and wet land environments. Environmental Contamination (ed. J.P. Vernet), pp.231-258. Elsevier, Amsterdam.


14. Tack, FMG., Singh, SP., Verloo, MG., 1996. Heavy metal concentrations in consecutive saturation extracts of dredged sediment derived surface soils. Environ. Pollut., Vol.103, pp.109–115.


15. Black, C.A., 1965. Methods of Soil Analysis. Part 2. Chemical and Microbiological Properties. Agronomy Monograph 9, second ed. ASA, Madison.


16. Tessier, A., Campbell, P.G.C., Bisson, M., 1979. Sequential Extraction Procedure for the Speciation of Particulate Trace Metals. ANALYTICAL CHEMISTRY, Vol.51(7), pp.844-851 .


17. DeLaune, RD., Smith, CJ., 1985. Release of nutrients and metals following oxidation of freshwater and saline sediment. Environ. Qual., Vol.14(2), pp.164–172.


18. Pardo, R., Barrado, E., Perez, L., Vega, M., 1990. Determination and speciation of heavy metals of the Pisuerga River. Water Res., Vol.24(3), pp.373–379.


19. Yu, K.C., Chang, C.Y., Tsai, L.J., Ho, S.T., 2000. Multivariate analysis on heavy metal binding fractions of river sediments in southern Taiwan. Water Sci. Technol., Vol.42 (7–8), pp.193–199.


20. Perin, G., Fabris, R., Manente, S., Rebello Wagener, A., Hamacher, C., Scotto, S., 1997. A five-year study on the heavy metal pollution of Guanabara Bay sediments (Rio de Janeiro, Brazil) and evaluation of the metal bioavailability by means of geochemical speciation. Water Res., Vol.31 (12), pp.3017–3028.


21. Stumm,W., Morgan, J.J., 1996. Aquatic Chemistry: An Introduction Emphasizing Chemical Equilibria in Natural Water. third ed. Wiley, New York.


22. Ramos, L., Gonza´ lez, M.J., Herna´ndez, L.M., 1999. Sequential extraction of copper, lead, cadmium and zinc in sediments from Ebro River (Spain): relationship with levels detected in earthworms. Bull. Environ. Contam. Toxicol., Vol.62, pp.301–308.


23. Saeki, K., Okazaki, M., Matsumoto, S., 1993. The chemical phase changes in heavy metals with drying and oxidation of the lake sediments. Water Res., Vol.27 (7), pp.1243–1251.


24. Förstner U., Wittmann G.T.W., 1983. Metal Pollution in the Aquatic Environment. second ed., Springer, Berlin.


25. Kersten, M., Forstner, U., 1987. Effect of sample pretreatment on the reliability of solid speciation data of heavy metals – implication for the study of early diagenetic processes. Mar. Chem., Vol.22, pp.299-312.


26. Collavini, F., Zonta, R., Novelli, A.A., Zaggia, L., 2000. Heavy metals behaviour during resuspension of the contaminated anoxic sludge of the Venice canals. Toxicol. Environ. Chem., Vol.77 (3–4), pp.171–187.


27. Patrick, Jr.WH., DeLaune, RD., 1977. Chemical and biological redox systems affecting nutrient availability in coastal wetlands. Geosci Man , 18, 131–7.