امکان سنجی برآورد غلظت آلاینده¬های نفتی خاک با استفاده از تکنیک پذیرفتاری مغناطیسی و غلظت شکل¬های مختلف آهن در منطقه بختیاردشت اصفهان

STUDENT

DEGREE

YEAR

This study was conducted to investigate the relationship between hydrocarbon pollutants and changes in soil iron forms and magnetic susceptibility in order to explore the efficacy of magnetic susceptibility as a cost effective and rapid tracer for evaluating hydrocarbon pollutants in polluted soils around the oil refinery of Isfahan. Hydrocarbon compounds might affect soil magnetic susceptibility through controlling the rate of reduction and oxidation processes in soils. In this study sixty locations were selected in the studied area and soil samples were collected from two depths of 0-10 and 10-30 cm were selected including different distribution of polluted by hydrocarbons. In the laboratory the various forms of iron and magnetic susceptibility at low and high frequencies were measured. Some physicochemical properties of soil including pH, electrical conductivity and calcium carbonate content were determined in samples. Also, for exploring the rate of pollution and timing after pollution, four different soil textures (sandy loam, silty loam, clay and sandy) were selected and polluted by 2.5, 5, 7.5 and 10 % by hydrocarbons. After 1, 3 and 6 month incubation at 25°C magnetic susceptibility (0.46 KHZ (?lf) and 4.6 KHZ (?hf), iron forms (total Fe (Fe t ), dithionite, extractable Fe (Fe d ) and Oxalate extractable Fe (Fe o ) and hydrocarbon concentration were measured. After 6 months in some samples the frequency of magnetite and maghemite were determined by X-ray diffraction. The results showed that, with aging and increasing of contamination level, magnetic susceptibility Fed and Fe o content, and frequency of magnetite and maghemite were increased. Total Fe also was enhanced in all treated soils because of existence some metals as well as iron in oil products. Significant correlation (r=0.88, P 0.01), was found between magnetic susceptibility and hydrocarbon contaminants in soils. Moreover, significant relationships were obtained between magnetic susceptibility in iron forms. Hydrocarbon could prevent of iron crystallization in polluted soils and might cause to enhancement of non-crystalized iron. Enhancement of magnetic susceptibility in polluted soils by hydrocarbons, may be due to transformation of hematite to magnetite under reduction circumstances in polluted soils. In overall, it is concluded that contamination of soils by hydrocarbons could influence the magnetic susceptibility and therefore, magnetic measurements could be successfully applied for exploring hydrocarbon contaminations in soil as a rapid, non-destructive and cost effective tool. Keywords Magnetic susceptibility, Magnetite and Magemite minerals, Dithionite iron, Petroleum hydrocarbons, Oxalate iron

این پژوهش به منظور بررسی ارتباط بین آلودگی نفتی و تغییرات شکل های آهن و پذیرفتاری مغناطیسی طراحی و اجرا گردید تا بتوان روش پذیرفتاری مغناطیسی را به عنوان یک روش سریع و ارزان جایگزین روش های هزینه بر شیمیایی کرد. ترکیبات نفتی با تاثیر بر شرایط اکسیداسیون و احیا آهن بر پذیرفتاری مغناطیسی خاک تاثیر می گذارد. بدین منظور 60 نقطه در دو عمق 10-0 و 30-10 سانتی متر با توزیع متفاوت آلودگی در اراضی اطراف پالایشگاه اصفهان انتخاب شد و پذیرفتاری مغناطیسی و شکل های آهن آنها اندازه گیری گردید و همچنین برای تغییرات روند پذیرفتاری مغناطیسی و آلودگی نفتی با زمان چهار بافت خاک از مناطق بختیاردشت، ناژوان، محمود آباد و فمی به ترتیب با بافت های لوم شنی، سیلتی لوم، رسی و شنی مورد آزمایش قرار گرفتند. در این بافت ها چهار سطح آلودگی 5/2، 5، 5/7 و 10 درصد وزنی ایجاد شد. پس از آماده سازی نمونه های خاک مقدار پارامترهای مغناطیسی شامل پذیرفتاری مغناطیسی در دو فرکانس 46/0 (? lf ) و 6/4 کیلوهرتز (? hf ) در نمونه ها اندازه‌گیری و همچنین درصد پذیرفتاری مغناطیسی وابسته به فرکانس (? fd ) محاسبه شد. همچنین غلظت شکل های آهن از قبیل: آهن کل، آهن دی تیونایتی و آهن اگزالاتی در نمونه های صحرایی و انکوباسیون شده اندازه‌گیری شد. برخی از ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک شامل pH، قابلیت هدایت الکتریکی و درصد کربنات کلسیم معادل در نمونه ها تعیین شد. تغییرات پذیرفتاری مغناطیسی، اشکال آهن در ابتدای زمان آلوده سازی،یک ماه، سه ماه و شش ماه پس از آلوده سازی بررسی شد و در انتها تغییرات کانی های آهن دار نمونه های آلوده شده موجود در انکوباتور نسبت به قبل از آلوده سازی سنجیده شد. نتایج نشان داد که با افزایش زمان و سطح آلودگی پذیرفتاری مغناطیسی افزایش یافت و در بین اشکال آهن بیشترین افزایش درشکل های آهن دی تیوناتی و اگزالاتی مشاهده شد و بر شدت پیک کانی های مگنیتیت و مگهمیت افزوده شد که ناشی از افزایش ترکیبات مغناطیسی بوده است. بیشترین مقدار همبستگی در خاک دو منطقه بختیار دشت و محمودآباد با بافت های لومی شنی و رسی بوده است. میزان آهن کل خاک در نمونه های انکوباسیون شده به دلیل آهن موجود در نفت خام افزوده شد. بین پذیرفتاری مغناطیسی و آلودگی نفتی خاک نمونه های صحرایی همبستگی مثبت و معنی‌داری (01/0 P و 88/0=r) به دست آمد. بین اشکال آهن و پذیرفتاری مغناطیسی نمونه های صحرایی همبستگی مثبت و معنی‌داری به دست آمد. همبستگی مثبت و معنی داری بین پذیرفتاری مغناطیسی در فرکانس کم در خاک های منطقه مورد مطالعه با آهن کل(01/0 P و 83/0=r)، آهن دی‌تیونایتی(01/0 P و 71/0=r)، آهن اگزالاتی(01/0 P و 74/0=r)مشاهده شد. دلیل افزایش آهن آمورف را می توان به ممانعت مواد آلی از تبلور آهن در خاک های آلوده و در نتیجه افزایش آهن به فرم آمورف نسبت داد. دلیل افزایش پذیرفتاری مغناطیسی ناشی از آلودگی نفتی، تشکیل مگنتیت و مگهمیت از مواد نفتی در خاک است. نتایج کلی این تحقیق نشان داد که حضور ترکیبات نفتی در خاک پذیرفتاری مغناطیسی را تحت تاثیر قرار می دهد، لذا می توان از پذیرفتاری مغناطیسی به عنوان شاخصی کم هزینه و سریع برای ردیابی آلودگی های نفتی استفاده کرد. کلمات کلیدی : پذیرفتاری مغناطیسی، کانی های مگنتیت و مگهمیت، آهن دی تیوناتی، هیدروکربن های نفتی،آهن اگزالاتی