SUPERVISOR
Amirhossein Khoshgoftarmanesh,Majid Afyuni,Mehran Shirvani,Mohammad-Ali Hajabbasi
امیرحسین خوش گفتارمنش (استاد مشاور) مجید افیونی مبارکه (استاد راهنما) مهران شیروانی جوزدانی (استاد مشاور) محمدعلی حاج عباسی جورتانی (استاد راهنما)
STUDENT
Sajad Shahmoradi
سجاد شاهمرادی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
The Effect of Inorganic Sorbents on the Speciation, Mobility and Stabilization of Arsenic in Rhizosphere of Sunflower (Helianthus annuus. L)
One of the main causes of soil pollution, especially arsenic is mining. The minds provide the basic ingredients for human development. On the other hand, the mining will cause environmental pollution. Therefore, some countries have used methods to stabilize and reduce environmental effects of heavy metals in soil surrounding the minds. One suitable strategy for stabilizing heavy metals, especially arsenic in contaminated soils around mines is using different iron compounds. Over the past 100 years of draihy; water output of a Zarshuran gold mine (southern West Azarbaijan province) increased accumulation of heavy metals such as arsenic, cadmium, lead and zinc in the soil and in this area increased many health problems for the people living near the mind.. The objective of this research was to determine the effect of different sorbents such as raw zeolites and bentonite, zeolite and bentonite modified with iron, iron filings and iron sulfate on the mobility and bioavailability of arsenic in soil and hydroponic systems. The first of study was carried out in sand culture enriched with arsenate and in the presence of sunflower. The purpose of this study was to investigate the potential of the sorbents to stabilization of arsenate. In this study the natural and modified zeolite and bentonite, iron filings and ferric sulfate was added to the pots. After harvesting the sunflower plants MINTEQ was used to determine arsenic spices in the sand culture. Raw bentonite and zeolite and iron filings increased pH and decreased abundance species of H 2 AsO 4 - in sand cuture. Zeolite and bentonite modified with iron and iron sulfate reduced pH and increased abundance species of H 2 AsO 4 - in sand culture. In this experiment all sorbents decreased concentrations of arsenic in plant tissues. Zeolite and bentonite modified with iron and iron filings via electrostatic adsorption mechanism and ligand exchange caused to decrease concentrations of arsenic in the roots and shoots. Iron sulfate via precipitation mechanism and raw bentonite and zeolite by changing in speciation of arsenate in sand culture were decreased concentrations of the arsenic in roots and shoots. Iron sulfate and raw zeolite have the greatest and the lowest performance in stabilization of arsenic, respectively. Iron filings (containing 6 mmol Fe +3 ) by high dry weight and low concentration of As in shoot and root and suitble price was selected the best sorbent in this experiment. The second study was carried out in soil and in the presence of sunflower. The aim this work, was to investigate effect of the mention sorbents on the speciation and stabilization arsenate and arsenite, phases changing of arsenic in soil and reducing bioavailability of arsenic in contaminated soil. The soil used in this experiment was collected from Zarshuran area. The sorbents were added to the soil in various rates and after a month of incubation were were planted using sunflower. After harvest, soil and plant samples were analyzed and various species of arsenate and arsenite were estimated in solution by using MINTEQ. The sorbents no impact on the speciation of arsenate and arsenite and mobility of arsenite in the soil solution. Soils treated with raw bentonite and zeolite increased concentrations of soluble arsenate and decreased concentrations of arsenic exchangeable. Zeolites modified with iron increased concentration of arsenate in solution. Bentonite modified with iron, iron filings and iron sulfate were decreased concentrations of soluble arsenate and arsenic exchangeable. Finally iron filings (containing 354 mmol Fe +3 ) by suitable price, increasing biomass and decreasing concentration of As in plant tissue, was selected of the best sorbent for stabilization of As. Key words: Arsenic, Zarshuran, Speciation, Sorbent, Stabilization
یکی از عوامل مهم آلودگی فلزات سنگین به ویژه آرسنیک در خاک، معدن کاری می باشد. اگرچه معدن کاری مواد لازم برای پیشرفت بشر را فراهم می کند، اما از طرفی با افزایش آلودگی های زیست محیطی امکان حیات و استفاده از محیط زیست سالم را به خطر می اندازد. به همین جهت در برخی از کشورها با بررسی تاثیرات عملیات معدن کاری، استانداردها و راه کارهایی برای حذف و تثبیت آلاینده های حاصل از این عملیات در نظر گرفته شده است. یکی از مناسب ترین راه کارها، تثبیت فلزات سنگین به خصوص آرسنیک در خاک های آلوده شده اطراف معادن با استفاده از ترکیبات مختلف آهن است. در طی 100 سال گذشته بهره برداری نادرست و زه آب های خروجی از معدن طلا زرشوران در جنوب استان آذربایجان غربی سبب افزایش تجمع فلزات سنگین مانند آرسنیک، کادمیم، روی و سرب در خاک های منطقه زرشورن و همچنین افزایش چشمگیر بیماری سرطان پوست در این منطقه شده است. در این پژوهش تاثیر جاذب های مختلف از قبیل زئولیت و بنتونیت خام، زئولیت و بنتونیت اصلاح شده با آهن، براده آهن و سولفات آهن بر تحرک و دسترسی زیستی آرسنیک در قالب دو مطالعه بررسی شد. مطالعه اول در محیط کشت شنی غنی شده با آرسنات و در حضور آفتابگردان ( Helianthus annuus. L ) اجرا شد. هدف این مطالعه بررسی پتانسیل جاذب های یاد شده بر تثبیت و گونه بندی آرسنات بود. هر یک از جاذب ها براساس درصد وزنی به بستر کشت شنی اضافه شدند. بعد از پایان کشت گونه بندی آرسنات در بستر کشت با نرم افزار MINTEQ تخمین زده شد. زئولیت و بنتونیت خام و براده آهن با افزایش pH بستر کشت سبب کاهش فراوانی گونه H 2 AsO 4 - و زئولیت و بنتونیت اصلاح شده با آهن و سولفات آهن با کاهش pHسبب افزایش فراوانی گونه H 2 AsO 4 - در بستر کشت شدند. تمامی جاذب ها غلظت آرسنیک در بافت های گیاهی را کاهش دادند. زئولیت و بنتونیت اصلاح شده با آهن و براده آهن از طریق مکانیسم جذب الکترواستاتیک و تبادل لیگاندی، سولفات آهن از طریق مکانیسم رسوب و زئولیت و بنتونیت خام از طریق تغییر گونه بندی آرسنات در بستر کشت سبب کاهش غلظت آرسنیک در بافت های گیاهی شدند. سولفات آهن بهترین کارایی و زئولیت خام کمترین کارایی را در تثبیت آرسنیک داشتند. نهایتاً سطح2 براده آهن(حاوی 6میلی مول Fe +3 ) به واسطه قیمت مناسب، افزایش وزن خشک و کاهش غلظت آرسنیک در بافت های گیاهی به عنوان جاذب مناسب انتخاب شد. مطالعه دوم در محیط کشت خاکی به صورت آزمایش گلدانی و در حضور آفتابگردان اجرا شد و هدف آن بررسی تاثیر جاذب های یاد شده بر گونه بندی و تثبیت آرسنات و آرسنیت، تغییر فازهای آرسنیک در خاک(به خصوص فاز محلول و تبادلی) و کاهش دسترسی زیستی آن در خاک آلوده بود. در این مطالعه جهت کشت، نمونه برداری از خاک های آلوده شده منطقه زرشوران صورت گرفت. جاذب ها در درصد وزنی های مختلف به خاک اضافه شده و بعد از یک ماه انکوباسیون تحت کشت قرار گرفتند. بعد از پایان کشت نمونه های خاک و گیاه آنالیز شده و گونه های مختلف آرسنات و آرسنیت در محلول به وسیله نرم افزار MINTEQتخمین زده شد. جاذب ها تاثیر زیادی بر روی گونه بندی آرسنات و آرسنیت وهمچنین کاهش آرسنیت در محلول خاک نداشتند.در خاک های تیمار شده با زئولیت و بنتونیت خام غلظت آرسنات محلول افزایش و غلظت آرسنیک تبادلی کاهش یافت. زئولیت اصلاح شده با آهن غلظت آرسنات محلول را افزایش داد. بنتونیت اصلاح شده با آهن، براده آهن و سولفات آهن غلظت آرسنات محلول و آرسنیک تبادلی را کاهش دادند. نهایتاً سطح2 براده آهن(حاوی 354 میلی مولFe +3 ) به واسطه قیمت مناسب، افزایش وزن خشک و کاهش غلظت آرسنیک در بافت های گیاهی به عنوان جاذب مناسب جهت تثبیت آرسنیک در خاک انتخاب شد. کلمات کلیدی : آرسنیک، زرشوران، گونه بندی، جاذب های معدنی، تثبیت