حذف کروم (VI) از خاک حاوی نیترات به روش الکتروسینتیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 . کارشناسی ارشد، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی ، دانشگاه بیرجند، ایران

2 دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی ، دانشگاه بیرجند، ایران.

3 استاد دانشگاه بیرجند

4 دانشیار گروه زراعت دانشکده کشاورزی دانشگاه بیرجند

چکیده
هدف: با توجه به سمیت فلزات، عوارض جانبی آن‌ها ممکن است به هر دو ارگانیسم خاک، گیاهان و موجودات زنده آسیب جدی وارد کند. بسیاری از روش‌های مرسوم برای آلودگی‌زدایی از خاک دارای مشکلات و محدودیت‌هایی هستند. روش الکتروسینتیک یک روش نوآورانه برای اصلاح خاک‌های آلوده به فلزات سنگین است که کارایی بالایی نسبت به سایر روش‌های موجود دارد.

مواد و روش‌ها: در این تحقیق به بررسی حذف کروم (VI) از خاک حاوی نیترات پرداخته شد، ابتدا خاک به طور مصنوعی در غلظت 250 میلیگرم بر کیلوگرم به دیکرومات پتاسیم آلوده شد. و همچنین به منظور بررسی تأثیر نیترات بر حذف کروم خاک به نیترات کلسیم نیز آغشته شد.

یافته‌ها: با انجام آزمایشات الکتروسینتیک مشخص شد که با افزایش گرادیان الکتریکی وارد شده به خاک جریان عبوری بین الکترودها افزایش یافته که به دنبال آن انتقال یون‌ها نیز تحت تأثیر پدیده مهاجرت یونی و الکترواسمز افزایش می‌یابد که نتایج نشان از افزایش راندمان حذف از 68/99 درصد به 80/99 درصد می‌دهد. همچنین استفاده از عامل کمپلس‌ساز EDTA نسبت به آب مقطر سبب افزایش راندمان حذف از 71/99درصد به 92/99 درصد شد. در نتیجه استفاده از الکترولیت EDTA و افزایش ولتاژ سبب افزایش راندمان حذف می‌شود.

نتیجه‌گیری: نتایج آزمایشات نشان داد که استفاده از روش الکتروسینتیک اثر معنی‌داری بر حذف کروم (VI) از خاک حاوی نیترات دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Removal of Cr(VI) from the soil containing nitrate by using electrokinetic treatment

نویسندگان English

maryam mosavikia 1
Ali Shahidi 2
Abbas KhasheiSiuki 3
mohammad hassan sayari 4
1 Master's degree, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Birjand University, Iran
2 Associate Professor, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Birjand University, Iran
3 Professor of University of Birjand
4 Associate Professor,, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Birjand University, Iran.
چکیده English

Objective:

Due to the toxicity of metals, their side effects may cause serious damage to soil organisms, plants and living organisms. Many conventional methods for cleaning pollution from soil have problems and limitations. The electro kinetic method is a relatively new method for remediating soils contaminated with heavy metals, which has a high efficiency in removing heavy metals from the soil compared to other existing methods.

Methods:

In this research, the removal of chromium (VI) from nitrate-containing soil has been investigated. At first, the soil was artificially contaminated with potassium dichromate at a concentration of 250 mg/kg, and then in order to investigate the effect of nitrate on the removal of chromium. The soil was also impregnated with calcium nitrate.

Results:

By conducting electrokinetic experiments, it was found that with the increase of the electric current introduced into the soil, the electric gradient passing between the electrodes increased, as a result of which the transfer of ions also increased under the influence of the phenomenon of ion migration and electroosmosis. The percentage gives 98.28%. Also, the use of EDTA complexing agent compared to distilled water increases the efficiency of the method from 95.57% to 97.80%. As a result, the use of EDTA electrolyte and increasing the voltage increases the removal efficiency.

Conclusions:

Results revealed experiments showed that the use of the electrokinetic method has a negligible effect on the removal of chromium (VI) from soil containing nitrate.

کلیدواژه‌ها English

Heavy metal
ethylene diamine tetraacetic acid
electrokinetic
nitrate
potassium dichromate
اکبری، م. 1397. حذف کروم (VI) در خاک‌های رسی حاوی مواد آلی توسط فرایند الکتروسینتیک. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه کشاورزی، بیرجند، ایران.
بهمن‌پور، ه. 1396. بررسی و شناسایی نوع و میزان فلزات سنگین در خاک مناطق صنعتی در ارتباط با پهنه‌بندی پوشش گیاهی آسیب‌دیده. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شاهرود، گروه محیط زیست.
تابع‌ بُردبار، ا.، رئیسی استبرق، ا.، و غضیانی، ف. 1393. استفاده از روش الکتروسینتیک در پاک‌سازی خاک رسی آلوده به MTBE . مجله مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 45(2)، 25-33.
ثروتی، م.، و بیرامی، م. 1397. اثر اسید استیک بر کارایی پالایش مزرعه­ای خاک آلوده به سرب با فناوری الکتروسینتیک. پژوهش‌های کاربردی خاک، 7(1)، 95-107.
ذوقی، م.ج.، و دوستی، م.ر. 1398. مطالعه تجمع فلزات سنگین در گیاهان آبیاری شده با آب‌های زهکشی و فاضلاب از تصفیه‌خانه آب و فاضلاب بیرجند. مجله بهداشت و مهندسی محیط، ۷(۲)، ۱۳۵-۱۵۱.
شریعتمداری، ن.، سعیدی، م.، و دریایی، ه. 1389. بررسی حذف کروم شش ظرفیتی از خاک رس آلوده با استفاده از ترکیب همزمان تکنیک الکتروسینتیک و نانوذرات آهن به عنوان دیواره واکنش­زای نفوذپذیر(PRB). مجله علوم، فناوری و محیط زیست، 12(3)، 71-86.
صادقیان، ف.، جهانداری، س.، حداد، ا.، راسخ، ه.، و لی، ج. 1398. اثرات تغییرات ولتاژ و مقدار pH بر مقاومت برشی خاک و دوام الکترودها و شمع‌های مختلف در طی پدیده الکتروسینتیک.  مجله مکانیک سنگ و مهندسی ژئوتکنیک، 14 (2)، 625-636.
طاهریان، پ. 1394. بررسی حذف کروم از پساب در بستر و ستون متحرک جاذب طبیعی برگ انگور. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه بیرجند، ایران.
کیایی، ا.، توکلی، م.، محمدی، م.، و خدادادی، ا. 1390. بررسی بازدهی  روش الکتروسینتیک در حذف جیوه از خاک رس آلوده. مجله علوم فناوری و محیط زیست، 17(3)، 31-48.
نصیری، ا.، جمشیدی‌زنجانی، ا.، و خدادادی دربان، ا. 1398. اثر زمان و اسیدیته در بهبود کارایی روش الکتروسینتیک برای پاکسازی خاک آلوده به کروم. مجله مهندسی معدن، 4(4)، 111-125.
یزدانی، م. 1393. بررسی حذف فلزات سنگین V, As, Fe, Co, Hg, Ni, Pb از پساب صنعتی توسط جلبک­ها. پایان­نامه دکتری. دانشگاه بهداشت، تهران، تبریز، ایران.
Acar, Y. B., Alshawabkeh, A. N. 1996. Electrokinetic remediation. I: pilot-scale tests with lead-spiked kaolinite. Journal of geotechnical engineering, 122(3), 173-185.
Akbari, M. 1397. Removal of chrome (VI) from clay soils containing organic matter by using electrokinetic technique. Master's thesis, Agriculture Univesrity, Birjand, Iran. (In Persian)
Al-Hamdan, A. Z., Reddy, K.R. 2008. Transient behavior of heavy metals in soils during electrokinetic remediation. Chemosphere, 71(5), 860-871.‏
Al-Shahrani, S.S., Roberts, E. P. L. 2005. Electrokinetic removal of caesium from kaolin. Journal of hazardous materials, 122(1-2), 91-101.‏
Amrate, S., Akretche, D. E. 2005. Modeling EDTA enhanced electrokinetic remediation of lead contaminated soils. Chemosphere, 60(10), 1376-1383.‏
Abd Elnabi, M. K., Elkaliny, N. E., Elyazied, M. M., Azab, S. H., Elkhalifa, S. A., Elmasry, S., Mahmoud, Y. A. G. 2023. Toxicity of heavy metals and recent advances in their removal: a review. Toxics, 11(7), 580
Borůvka, L., Vacek, O., Jehlička, J. 2005. Principal component analysis as a tool to indicate the origin of potentially toxic elements in soils. Geoderma, 128(3-4), 289-300.
Bregman, J. I., Gehm, H. W. 1976. Handbook of water resources and pollution control. Van Nostrand Reinhold co. New York, 11:130-137.
Bahmanpour, H. 2017. Investigation and identification of the type and amount of heavy metals in the soil of industrial areas in relation to the zoning of damaged vegetation. Master's thesis, Islamic Azad University, Shahrood Branch, Department of Environmental Science. (In Persian).
Choi, J.H., Maruthamuthu, M., Lee, H.G., Ha, T.H., Bae, J.H., Alshawabkeh, A.N. 2011. "Removal of phosphate from agricultural soil by electrokinetic remediation with iron electrode". Springer Science Business Media B.V., J App l Electrochem 40:1101–1111
Chatterjee, J., Chatterjee, C. 2000. Phtotoxicity of cobalt, chromium and copper in cauliflower. Environmental Pollution 109: 69-74
Cameselle, C., Gouveia, S., Cabo, A. 2021. Enhanced Electrokinetic Remediation for the Removal of Heavy Metals from Contaminated Soils. Applied Sciences, 11(4), 1799
Cameselle, C. 2015. Enhancement of electroosmotic flow during the electrokinetic treatment of a contaminated soil. Electrochimica Acta, 181, 31-38.
Giannis, A., Gidarakos, E. 2005. Washing enhanced electrokinetic remediation for removal cadmium from real contaminated soil. Journal of Hazardous Materials, 123(1-3), 165-175.
Giannis, A., Gidarakos, E. 2008. Transport of Cadmium and Assessment of fhytotoxicity after electrokinetic remediation. Environmental Management 86. pp. 535-544.
Kukrer, s. (2017). Pollution, Source and ecological risk assessment of trace elements in surface sediments of lake Aktas, NE Turkey. Human and Ecological Risk Assesment, an International journal 23(7), PP: 1629-1644.
Kiayi, A., Tavakoli, M., Mohamadi, M., Khodadadi, A. 1390. On the efficiency of electrokinetic technique in removal of Hg from clay. Journal of Science, Technology & Environment, 17(3), 31-48. (In Persian)
Lindgren, E. D. 1991. Electrokinetic remediation of contaminated soils. Presented at the Environmental Restoration 91 conference Pasco, Washington: September 8 through 10.
Nasiri, A., Jamshidi-Zanjani, A., Khodadadi Darban, A. 2019. Effect of time and acidity on enhancing the efficiency of electrokinetic method for chromium removal from contaminated soil. Mining Engineering Journal, 4(4), 111-125. (In prsian)
Okoronkwo, N. E., Igwe, J. C., Onwuchekwa, E. C. 2005. Risk and health implications of polluted soils for crop production. African Journal of Biotechnology, 4(13), 1521-1524.
Puls, R. W., Paul, C. J., and Powell, R. M. 1999. The application of in situ permeable reactive (zero-valent iron) barrier technology for the remediation of chromate-contaminated groundwater: a field test. Applied Geochemistry, 14(8), 989-1000.
Prakash, P., Chakraborty, P. K., Priya, T., Mishra, B. K. 2018. Performance evaluation of saponin over other organic acid and tap water for removal of chromium in tannery sludge by electrokinetic enhancement. Separation Science and Technology, 1-10.
Sanjay, K., Arora, A., Shekhar, R., Das, R. P. 2003. Electroremediation of Cr (VI) contaminated soils: kinetics and energy efficiency. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 222(1-3), 253-259.
Shariatmadari, N., Saeedi, M., Daryayi, H. 1387. A study on removal of chrome from clay by using concurrent using of electrokinetic technique and iron nanoparticles as a permeable reactive barrier. Journal of Science, Technology & Environment, 11(3), 71-86. (In Persian) 
Singh, R., Misra, V., Singh, R.P. 2012." Removal of Cr (VI) by Nano scale Zero- valent Iron (n ZVI) From Soil Contaminated with Tannery Wastes". Springer ScienceBusiness Media, LLC, Bull Environ ContamToxicol 88:210–214.
Sadeghian, F., Jahandari, S., Haddad, A., Rasekh, H., Li, J. 2022. Effects of variations of voltage and pH value on the shear strength of soil and durability of different electrodes and piles during electrokinetic phenomenon. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 14(2), 625-636. (In Persian)
Swada, K., Mori, K., Tanaka, S. 2004. Removal of chromium from contaminated soil by electrokinetic remediation. Waste. Manage, Vol. 24(5), pp.483- 490.
Taherian, P. 2015. Removal of chromium from wastewater in a moving bed of natural grape leaves adsorbent. Master's thesis, University of Birjand.)In Persian).
Tharouti, M., Beyrami, M. 2019. The effect of acetic acid on the efficiency of electrokinetic remediation of lead-contaminated agricultural soil. Applied Soil Research, 7(1), 95-107. (In Persian)
TabeBordbar, A. Raisi Astebraq, A. Ghaziani, F. 2014. Use of electrokinetic method in cleaning a clay soil contaminated with MTBE. Journal of Civil Engineering and Environment of Tabriz University. 45(2), 25-33. (In Persian)
USEPA. Alkaline Digestion for Heaxavalent Chromium. METHOD 3060A. DECEMBER 1996.
Virkutyte, J., Sillanpää, M., Latostenmaa, P. 2002. Electrokinetic soil remediation—critical overview. Science of the Total Environment, 289(1-3), 97-121.
Wang, J. Y., Huang, X. J., Kao, J. C., and Stabnikova, O. 2006. Removal of heavy metals from kaolin using an upward electrokinetic soil remedial (UESR) technology. Journal of hazardous materials, 136(3), 532-541.‏
Wasay, S. A., Parker, W. J., Van Geel, P. J. 2001. Contamination of a calcareous soil by battery industry wastes. II. Treatment. Canadian Journal of Civil Engineering, 28(3), 349-354.
Weng, C. H., Yuan, C. 2003. Removal of Cr (III) from clay soils by electrokinetics. Environmental Geochemistry and Health, 23(3), 281-285.‏
Weng, C. H., Lin, T. Y., Chu, S. H., Yuan, C. 2006. Laboratory-scale evaluation of Cr (VI) removal from clay by electrokinetics incorporated with Fe (O) barrier. Practice Periodical of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste Management, 10(3), 171-178.‏
Wang, Y., Li, A., Cui, C. 2021. Remediation of heavy metal-contaminated soils by electrokinetic technology: Mechanisms and applicability. Chemosphere, 265, 129071
Xu, Y., Xu, X., Hou, H., Zhang, J., Zhang, D., Qian, G. 2016. Moisture content-affected electrokinetic remediation of Cr (VI)-contaminated clay by a hydrocalumite barrier. Environmental Science and Pollution Research, 23(7), 6517-6523.
Yeung, A. T. 2010. Remediation technologies for contaminated sites. In Advances in environmental geotechnics (pp. 328-369). Springer, Berlin, Heidelberg.
Yong, R. N., Mohamed, A. M. O., Warkentin, B. P. 1992. Principles of contaminant transport in soils. Elsevier Science Publishers.
Yazdani, M. 2014. The effect of humic substances on the remediation of heavy metals in contaminated soils through electrokinetic and phytoremediation processes. Master's thesis, Isfahan University of Technology. (In Persian)
Zhou, D. M., Deng, C. F., Cang, L., Alshawabkeh, A. N. 2005. Electrokinetic remediation of a Cu–Zn contaminated red soil by controlling the voltage and conditioning catholyte pH. Chemosphere61(4), 519-527.‏
Zoqi, M. J., Doosti, M. R. 2020. Study of heavy metal accumulation in plants irrigated with well water and wastewater from Birjand wastewater plant. Journal of Environmental Health and Engineering, 7(2), 135-151. (In Persian)
Zanjani, A. j., Saeedi, M., Weng, C. H. 2012. An Electrokinrtic Process Coupled Activated Carbon Barrier for Nickel Removal from Kaolinite Envirinment Asia, 5(2): 28- 35.
Zhang, Y., Chu, G., Dong, P., Xiao, J., Meng, Q., Baumgartel, M., Xu, B., & Hao, T. 2018. Enhanced electrokinetic remediation of lead- and cadmium-contaminated paddy soil by composite electrolyte of sodium chloride and citric acid. Journal of Soils and Sediments, 18(5), 1915-1924.
Zhou, M., Xu, J., Zhu, S., Wang, Y., GAO, H. 2018. Exchange electrode-electrokinetic remediation of Cr-contaminated soil using solar energy. Separation and Purification Technology, 190, 297-306.