مقايسه عملكرد سيمان و اسمكتيت در قابليت پالايش آلاينده فلز سنگين سرب از خاك

Comparing the performance of cement and smectite in heavy metals removal from lead contaminated soils

زمينه و هدف: انباشتگي تدريجي مواد سمّي در خاك مي ­تواند مخاطرات بهداشتي گسترده ­اي را ايجاد نمايد. لذا، هدف از مطالعه حاضر ارزيابي توانايي سيمان در رفع آلودگي فلزات سنگين از خاك و مقايسه نتايج آن با روش جذب فيزيكي است. روش بررسي: در شرايط كنترل شده آزمايشگاهي، ابتدا خاك كائولينيت با محلول ­هاي حاوي غلظت صفر تا 1 مولار نيترات سرب در نسبت 1به 10، آلوده شد. در ادامه با اضافه كردن درصدهاي مختلف سيمان و اسمكتيت به هر نمونه و با انجام مجموعه­ اي از آزمايش­ هاي مختلف، تأثير نوع ماده جاذب در فرآيند حذف و يا كاهش دسترسي زيستي فلزات سنگين از خاك، تحليل گرديد. يافته‌ها: در غلظت ­هاي كم آلودگي، تأثير سيمان و اسمكتيت در فرآيند پالايش خاك تقريباً يكسان مي باشد. با افزايش غلظت آلاينده، قابليت نگه‌داشت آلودگي در حضور جاذب فيزيكي مختل مي ­شود. برخلاف محدوديت كاربرد اسمكتيت، مشخص شد سيمان از توانايي زيادي در جذب سرب برخوردار است؛ به­ طوري­كه در مقادير يكسان ماده جاذب و با افزايش غلظت آلاينده، ميزان كاهش دسترسي زيستي آلودگي در حضور سيمان به ­طور متوسط تا 15 برابر اسمكتيت افزايش مي­يابد. همچنين جامد شدگي و اتصال ذرات در نمونه­ هاي حاوي سيمان، ضمن بهبود خصوصيات مهندسي مصالح باعث كاهش شديد قابليت آب‌شويي نسبت به روش جذب فيزيكي مي­ گردد. نتيجه‌گيري: استفاده از روش جذب فيزيكي براي پالايش خاك (خصوصاً در غلظت­ هاي زياد آلاينده) به هيچ­ وجه توصيه نمي­ شود. در مقايسه با عملكرد ضعيف جاذب فيزيكي اسمكتيت، استفاده از سيمان به دليل تركيب توأم سازوكار تثبيت و جامدسازي روشي بسيار موثر براي رفع آلودگي از خاك است؛ به گونه اي­ كه در شرايط نگه‌داري مناسب و با رعايت حداقل ضوابط EPA، افزودن حدود 0/1 درصد سيمان به ازاي هر سانتي مول بر كيلوگرم غلظت آلودگي، سبب پاك‌سازي امن خاك خواهد شد.

Background and Objective: The continuous accumulation of toxic materials such as heavy metals in soil due to interaction with industrial and domestic wastes has contributed to an extensive health hazards. Therefore, the aims of this study are to evaluate the ability of cement (as a chemical adsorbent) in remediation of contaminated soil and to compre the obtained results by the physical adsorption method through the addition of active smectite clay mineral. Method: To achieve the mentioned objectives, kaolinite soil in the laboratory conditions was contaminated with solutions containing 0 to 1 M concentration of Pb (NO3)2 in 1:10 ratio. Adding different percentages of cement and smectite to each sample, and after equilibrating, changes in pH and concentrations were determined. Tests of hydraulic conductivity (permeability), unconfined compression strength (UCS), toxicity characteristic leaching procedure (TCLP) and SEM were also performed to evaluate the impact of adsorbent type on reduction of the of pollution transportation potential. Findings: The results indicate that at low concentrations of contaminants (up to 50 cmol/kg.soil), the type of absorbent does not have much influence on the heavy metals removal from contaminated soils. It was found that with the increase of the pollutant concentration and due to the buffering capacity reduction and the restructed clay mineral, the possibility of soil remediation through the physical absorption method is greatly decreased. Unlike the smectite limitation encountering with contaminated soil containing the heavy metals, the cement has a high adsorption capacity to adsorbe heavy metals. In the same content of adsorbent and with the increase of the Pb concentration, the amount of its reduction in the presence of cement is 15 times more than what observed in the presence of smectite. In addition, it can be seen that the particles solidification in the samples containing cement improves the engineering properties of materials, causes to trap the pollutants within the soil mass and consequently reduces the leaching and emission capability of pollutants as compared to the physical attraction method. Conclusion: According to the results, using the physical adsorption to remove the heavy metals from contaminated soils (particularly at high concentrations of contaminant) is not recommended. Unlike the smectite limitation encountering with contaminated soil, application of cement is very effective to remove contaminants from the soil due to the combination of two mechanisms of stabilization and solidification. In appropriate remediation condition and with respect to EPA criteria, application of 0.1% of cement per 1 cmol/kg.soil contamination leads to safe remediation of the heavy metals from in contaminated soils.