Skip to main content
SUPERVISOR
جان کریستنسن (استاد مشاور) محسن سلیمانی امین آبادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
NAJMEH JABERI
نجمه جابری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
Soil pollution is one of the most important environmental issues in industrial and developing countries. Due to development of petrochemical, oil and gas industries large amount of oil pollutants are released into the soil. There are various physical, chemical and biological methods have been used for remediation of oil-contaminated waters and soils which have both advantages and disadvantages. In this regards, thermal methods are distinguished through high efficiency and short remediation time among other methods. Microwave (MW) irradiation, as a thermal method, has a high potential to remediate soils contaminated with organic pollutants (e.g. petroleum hydrocarbons). Since it’s necessary to use a fast and suitable approach to remediate oil polluted soils, this study was carried out to find MW irradiation effects on removal of total petroleum hydrocarbons (TPHs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in oil polluted soils. Oil-polluted and non-polluted soil samples were taken at the depth of 0-20 cm from Tehran Oil Refinery. This study was done in two different parts. In the first part, soil samples were irradiated under different MW powers (770, 1250 and 1100 watt) and different periods of time (5, 10 and 15 min) and then hydrocarbon removal from soil was investigated. Furthermore, in order to optimize the oil removal process, the effects of soil moisture (1, 5, 10% w/w) and activated carbon (0, 2.5, 5% w/w) were also investigated. Optimization of oil removal process was determined using Taguchi method with orthogonal array (L9) and the highest signal to noise was considered as the highest efficient parameter. Besides, MW irradiation effects on some biochemical characteristics of soil (e.g. organic materials, microbial activity and respiration as well as bacterial population) were investigated. In the second part of the experiment, oil removal efficiency from soil polluted with different pollutants including crude oil, kerosene, heavy diesel and light diesel (5% w/w concentration) and also different concentrations of crude oil (1, 5, 10% w/w) was surveyed under MW irradiation considering the optimized conditions of the first part. Evaporated materials during all experiments were collected through a condenser attached to the MW instrument. Soil petroleum hydrocarbons were extracted using Soxhlet and pressurized liquid extractor in the first and second parts of the study, respectively. The concentrations of petroleum hydrocarbons in the first part were determined using gravimetric method and in the second part were measured using GC-FID and GC-MS instruments. Results of Taguchi approach showed that the optimized conditions of experiment were 1% w/w moisture, 15 min time, 5% w/w activated carbon and 1100 watt MW power. During the MW irradiation of soil samples, humidity, activated carbon content, irradiation power and time showed the highest effect on oil removal efficiency, respectively. Results revealed that TPH removal efficiency in contaminated soils having 5 and 10% w/w crude oil pollutant was up to 80%, whereas it was 100% in soils contaminated with 1% w/w crude oil. During the MW irradiation n-alkanes including C10-C25 and C25-C35 were dissipated. Petroleum hydrocarbons in soils containing kerosene were completely dissipated in soil after MW irradiation. The removal efficiency of PAHs having low molecular weight (e.g. benzene) was more than of compounds with high molecular weight (e.g. chrysene and pyrene) which could be related to their evaporation temperature. The highest and lowest PAH removal efficiency was achieved in MW irradiated soil having light diesel and kerosene, respectively. It’s concluded that MW irradiation is an efficient and fast approach to remediate soils contaminated with petroleum hydrocarbons. However, evaporation of pollutants and their transfer to the atmosphere, toxic byproducts and method application costs in field conditions should be considered. Keywords : Microwave, Soil pollution, TPHs, PAHs, Remediation
آلودگی خاک یکی از مشکلات محیط زیست در بسیاری از کشورهای درحال‌توسعه و صنعتی است. با توجه به توسعه صنایع پتروشیمی، نفت و گاز حجم زیادی از آلاینده‌های نفتی در خاک رها می‌شود. روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی و زیستی برای حذف و یا کاهش آلاینده‌های نفتی در محیط‌های آبی و خاکی مورداستفاده قرارگرفته است که هر یک مزایا و معایبی دارند. در بین روش‌های جدید، شیوه گرمایی یا حرارتی موردتوجه قرارگرفته که ازلحاظ کارایی و صرفه جویی در زمان نسبت به سایر روش‌ها متمایز است. پرتو افکنی ماکروویو به‌عنوان یکی از روش های حرارتی پتانسیل لازم را برای پاک‌سازی خاک‌های آلوده به آلاینده های آلی ازجمله هیدروکربن های نفتی دارد. با توجه به لزوم استفاده از یک روش ساده و سریع برای حذف آلاینده های نفتی در خاک های با آلودگی بالا، این پژوهش به‌منظور بررسی پرتو افکنی ماکروویو بر حذف و یا کاهش کل هیدروکربن های نفتی (TPHs) و هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه‌ای (PAHs) در خاک‌های آلوده انجام‌شده است. نمونه برداری خاک از مناطق آلوده و غیر آلوده پالایشگاه تهران به‌صورت مرکب از عمق 20-0 سانتی متری خاک انجام شد.این پژوهش در دو بخش انجام شد. در بخش اول نمونه های خاک در معرض پرتو مایکرویو با شدت (770، 1100 و 1250 وات) و بازه های زمانی مختلف (5، 10 و 15 دقیقه) قرار گرفت و حذف هیدروکربن‌های نفتی در خاک بررسی شد. به‌منظور بهینه‌سازی شرایط تجزیه رطوبت خاک (1، 5 و 10 درصد وزنی)، کربن فعال (0، 5/2 و 5 درصد وزنی) بر کارایی این روش نیز بررسی گردید. بهینه سازی برداشت آلاینده های نسفتی از خاک با استفاده از آزمون تاگوچی با آرایش L9 و با در نظر گرفتن بیشترین مقدار سیگنال به نویز (S/N) به‌عنوان کارآمدترین پارامتر صورت گرفت. همچنین تأثیر پرتوافکنی ماکروویو بر برخی خصوصیات شیمیایی و بیولوژیک خاک مانند درصد مواد آلی، تنفس و فعالیت میکروارگانیسم‌ها و جمعیت باکتری های نیز اندازه‌گیری شد. در قسمت دوم پژوهش، کارایی پرتوافکنی ماکروویو با در نظر گرفتن شرایط بهینه بر حذف ترکیبات مختلف نفتی در یک خاک‌آلوده شده به ترکیبات نفت خام، نفت سفید، دیزل سبک و دیزل سنگین با غلظت 5% وزنی بررسی گردید. همچنین تأثیر این روش بر کاهش و حذف نفت خام در غلظت های 1، 5 و 10 درصد وزنی نیز بررسی شد. غلظت هیدروکربن ها در مواد تسخیرشده حین فرآیند که به‌وسیله مبرد سرد و جمع‌آوری‌شده بودند نیز اندازه گیری گردید. عصاره گیری خاک در شرایط بهینه سازی با روش سوکسله و در بخش دوم به کمک روش عصاره گیری مایع تحت‌فشار(PLE) انجام شد. اندازه گیری هیدروکربن ها در بخش بهینه سازی به کمک روش وزنی و در بخش دوم به کمک دستگاه های GC-FID و GC-MS انجام گرفت. نتایج نشان داد که شرایط بهینه شامل رطوبت 1% وزنی، کربن فعال 5% وزنی، قدرت ماکروویو 1100 وات و زمان پرتودهی 15 دقیقه بود. در فرایند پاک‌سازی ماکروویو رطوبت، مقدار کربن فعال، شدت پرتوافکنی و زمان به ترتیب بیشترین تأثیر را بر کارایی حذف هیدروکربن‌های نفتی در خاک‌نشان دادند. کارایی حذف TPHs در خاک های حاوی 5 و 10 درصد وزنی نفت خام حدود 80 درصد و در خاک های حاوی 1% وزنی نفت خام 100 درصد بود. پرتوافکنی ماکروویو منجر به حذف آلکان های خطی با زنجیره 10 تا 25 و 25 تا 35 کربن بود. در خاک های آلوده به نفت سفید پس از پرتوافکنی ماکروویو کل هیدروکربن های نفتی در خاک حذف شدند. پس از پرتودهی ماکروویو حذف ترکیبات آروماتیک با تعداد حلقه‌های کمتر (مانند بنزن) در خاک نسبت به ترکیبات با حلقه های بیشتر (مانند کریزن و پایرن) بیشتر بود که علت آن پایین بودن دمای تبخیر آن‌ها است. بیشترین مقدار حذف ترکیبات PAHs در نمونه های آلوده به دیزل سبک و کمترین در خاک‌آلوده به نفت سفید بود. به‌طورکلی می توان نتیجه گرفت که پرتوافکنی ماکروویو یک روش کارآمد و سریع در حذف هیدروکربن های نفتی در خاک های با آلودگی زیاد است. بااین‌وجود تبخیر آلاینده ها به محیط، تشکیل آلاینده های ثانویه و اقتصادی بودن روش در مقیاس میدانی باید در نظر گرفته شود. کلمات کلیدی : ماکروویو، آلودگی خاک، کل هیدروکربن‌های نفتی، هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه‌ای، پاک‌سازی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی