انباشت فلزات سنگین و مدل سازی عددی در خاک سطحی منطقه ویژه اقتصادی انرژی پارس

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه یاسوج

2 دانشجو

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: آلودگی فلزات سنگین به‌عنوان یک مشکل جهانی در عرصه محیط ‌زیست مطرح است. در منطقه ویژه اقتصادی انرژی پارس، به‌دلیل تأسیس صنایع مختلف گازی، احتمال فلزات سنگین ناشی از فعالیت‌های صنعتی،‌ بر روی خاک‌های منطقه زیاد است و به یک مشکل جدی تبدیل شده است. ورود فلزات سمی از طریق فعالیت‌های انسانی باعث آلودگی خاک و در نتیجه آب زیرزمینی شده است، به‌ طوری ‌که میزان غلظت این عناصر، در خاک و آب زیرزمینی، در بسیاری از نقاط صنعتی بیش ‌از حد مجاز است و یا به ‌زودی به بیش ‌از حد مجاز خواهد رسید. ردیابی یک فلز سنگین در خاک کار بسیار مشکل، وقت‌گیر و پرهزینه است، فلزات سنگین در خاک قادرند در اعماق زمین نفوذ کرده و باعث آلودگی شدید آب‌های زیرزمینی شوند. هدف از این مطالعه بررسی میزان غلظت فلزات سنگین با استفاده از دو معیار فاکتور غنی‌شدگی و شاخص زمین انباشتگی در خاک سطحی منطقه و مدل‌سازی حرکت فلزات روی، مس، نیکل و کادمیوم در خاک به سمت آب‌های زیرزمینی منطقه است.
مواد و روش‌ها: در ارزیابی اول 10 ایستگاه و در بررسی دوم از 13 محل موردنظر نمونه‌برداری در عمق صفر تا پنج سانتی‌متر از سطح خاک انجام شد و غلظت فلزات سنگین در ارزیابی اول با استفاده از دو معیار فاکتور غنی‌شدگی و شاخص زمین انباشتگی و در ارزیابی دوم با استفاده از روش‌های تجزیه کامل و دسترسی بیولوژکی به دست آمد. سپس حرکت فلزات روی، مس، نیکل و کادمیوم با استفاده از مدل‌های SEEP/W و CTRAN/W شبیه‌سازی شدند.
یافته‌ها: نتایج آزمایش‌های انجام‌شده نشان داد که فلزات کادمیم، کبالت، مس، نیکل، سرب، روی، آهن، آلومینیوم، وانادیوم، کلسیم و آرسنیک وجود دارد. نتایج بیانگر این است که عناصر سرب، کادمیم و کبالت در همه نمونه‌ها نسبت به بقیه عناصر غنی‌شدگی بیشتری و عناصر مس، آهن و کروم، کمترین غنی‌شدگی را نشان می‌دهند. شاخص زمین‌ انباشتگی در دو عنصر سرب و کادمیم در تمام نمونه-ها و عنصر کبالت در چهار نمونه آلودگی خاک را نشان می‌دهد.
نتیجه‌گیری: بیش‌ترین غلظت میانگین فلز سنگین موجود در خاک منطقه عسلویه با استفاده از تجزیه کامل، مربوط به فلز منگنز به مقدار 09/1323 میلی‌گرم بر کیلوگرم و کمترین آن مربوط به فلز آرسنیک به مقدار 28/12 میلی‌گرم بر کیلوگرم است. دسترسی بیولوژیک عنصر منگنز به مقدار 48 میلی‌گرم بر کیلوگرم و از سایر عناصر بیش‌تر است و کادمیوم به مقدار 09/0میلی‌گرم بر کیلوگرم از بقیه عناصر کم‌تر است. مدل‌سازی حرکت چهار فلز نشان می ‌دهد حرکت فلز کادمیم به سمت آب‌های زیرزمینی بیش از سایر فلزات است و 156 روز طول می‌کشد که به سطح آب زیرزمینی در محل مورد نظر برسد، حرکت فلز مس نیز کمتر از سایر فلزات است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Accumulation and Numerical Modeling of Heavy Metals in Surface Soil of Pars Special Economic Energy Zone

چکیده [English]

Abstract
Background and objective: Heavy metals contamination in the field of environment is considered as a global problem. In the pars special economic energy zone, as to the establishment of the gas variant industry, the probability of heavy metals from industrial activities on the territory of the region is high and has become a serious problem. Accession toxic metals through human activities may contaminate soil and as a result of the groundwater, so that the concentration of these elements in the soil and groundwater in many parts of the industrial exceeded or will exceed soon. Tracking a heavy metal in the soil is very difficult, time consuming and costly, Heavy metals in soil are able to penetrate into the earth deep and are groundwater severe contamination. The aim of this study is to determine the concentrations of heavy metals using two criteria, enrichment factor and Geo Accumulation index in surface soil and modeling of metals movement such as zinc, copper, nickel and cadmium in the groundwater zone.
Materials and methods: In the first assessment, 10 stations and in the second 13 samples were taken from 0-5 cm of surface soil and the concentration of heavy metals in the first assessment using two criteria enrichment factors and indices Geo Accumulation and the second assessment by using complete analysis and biological availability was access. Then transport of zinc, copper, nickel and cadmium were modeled with seep/w and ctran/w.
Results: Results show that heavy metals such as, Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Zn, Fe, Al, V, Ca and As are in the samples. The concentration maps of pollution were also prepared in the zone. The results indicate that the enrichment of Pb, Cd and Co in all samples was higher than the other elements, and Cu, Fe and Cr, indicate the lowest enrichment. Geo Accumulation Index in two elements of Pb and Ca in all samples and Co shows soil contamination in four samples.
Conclusion: The highest average of heavy metals in Asaluyeh soil is related to Mn, 1323/09 ppm, and the lowest of them is arsenic, 12/28 ppm, by complete analysis data. The biological availability of Mn, 48 ppm, is greater than the other elements and Ca, 0.09 ppm, is lower than the other elements. Transport modeling of four metals, Cd, Cu, Ni and Zn shows that Cd movement towards the groundwater is more than other metals that 156 days to reach the desired level of groundwater at the site, copper movement is less than other metals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heavy metal
  • Enrichment
  • Geo Accumulation index
  • Asaluyeh
  • Soil contamination

مراجع

1.Afyuni, M., and Erfan Manesh, M. 2002. Environmental pollution, water, soil and Air. Arcan Esfahan Publication. 330p. (In Persian)
2.Amiri, Sh., and Parvinnia, M. 2010. Evaluation and management of hazardous waste in Pars special Economic Energy. The Fourth Conference and Exhibition of Environmental Engineering, Tehran. (In Persian)
3.Bay Burdi, M. 2004. Soil Physics. Eighth Edition, No. 1672, TehranUniversity Press.
(In Persian)
4.Bhuiyana, M.A.H., Parvez, L., Islam, M.A., Dampare, S.B., and Suzukia, S. 2010. Heavy metal pollution of coal mine-affected agricultural soils in the northern part of Bangladesh.
J. Hazard. Mater. 173: 384-392.
5.Cabrera, U.F., Clemente, L., D´ıaz Barrientos, E., L´opez, R., and Muriillo, J.M. 1999.
Heavy metal pollution of soils affected by the Guadiamar toxic flood. J. Sci. Tot. Environ. 242: 117-129.
6.Delijani, F. 2008. Model evaluation and monitoring of pollutants in the air  of South Pars Special Economic Zone and its effect on precipitation and soil. M.Sc. Thesis, School of Earth Sciences, ShahroodUniversity of Technology. (In Persian)
7.Fakhri, R., Ebadi, T., Hashemi, H., and Parvinnia, M. 2011. Pollution of heavy metals in Asalluieh coastal sediments by Muller index. Tehran, Fifth National Conference and Exhibition of Environmental Engineering. (In Persian)
8.Ghasem, A. 1994. Drink water quality. Mohaghegh Press. 147p. (In Persian)
9.Ghazban, F. 2002. Environmental Geology. TehranUniversity Press. 416p. (In Persian)
10.Gong, M., Bi, X.Y., Ren, L.M., Wang, L., Ma, Z.D., Bao, Z.Y., and Li, Z.G. 2009. Assessing heavy-metal contamination and sources by GIS-based approach and multivariate analysis of urban-rural topsoils in Wuhan, central China. Environ Geochem Health. 32: 1. 59-72.
11.Heydar Pur, M., and Olyaei, M. 2013. Petroleum pollutants dispersion in soil affected by different conditions of soil and contaminants. J. Omran Modares. 13: 39-51. (In Persian)
12.Jeong, C.H. 2001. Effect of land use and urbanization on hydrochemistry and contamination of groundwater from Taejon area, Korea. J. Hydrol. 253: 194-210.
13.Kharat Sadeghi, M., and Karbasi, A. 2008. Comparison of indicators Igeo and EF in the severity of environmental pollution ShiroudRiver in order to maintain sustainable development criteria. J. Environ. Sci. Technol. 10: 1. 29-39. (In Persian)
14.Karbasi, A. 2000. Standard concentrations and sources of Fe, V, Cd, Co, Cu, Zn, Ni, Mn and Pb in surface sediments of Persian Gulf. Environmental Science and Technology. 5: 66-53. (In Persian)
15.Karim, M. 2009. Effects of heavy metals and total petroleum hydrocarbons in the soil Assaluye.Master's thesis, Department of the Environment, TehranUniversity. (In Persian)
16.Kalantari, N., Sajadi, Z., Makvandi, M., and Keshavarzi, M.R. 2011. Chemical properties of soil and groundwater of Asalooye alluvial plain, with an emphasis on heavy metal pollution. J. Appl. Geol. 7: 4. 333-342. (In Persian)
 17.Kelepertsis, A., Alexakis, D., and Kita, I. 2001. The Environmental geochemistry of soils and waters of Susaki area, Korinthos, Greece. Environmental Geochemistry and Health. 
23: 117-135.
18.Liu, W., Zhao, J., Ouyang, Z., Söderlund, L., and Liu, G. 2005. Impacts of sewage irrigation on heavy metal distribution and contamination in Beijing, China. Environment International. 31: 6. 805-812.
19.Kelly, J.J., and Tate, R.L. 1998. Effects of heavy metals contamination and remediation on soil microbial communities in the vicinity of a Zn smelter.J. Environ Qual. 27: 17-609.
20.Mor, F., and Sharefi, A. 2001. GeoChemical. ShirazUniversity Press. 556p. (In Persian)
21.Muller, G. 1979. Schwermetalle in den sediments des Rheins-Veranderungenseitt. Umschan. 79: 778-783.
22.Olyaei, M., and Heydar Pur, M. 2011. Numerical study of the effects of permeability on oil pollution dispersion model in soil, Sixth National Congress on Civil Engineering, University of Semnan. (In Persian)
23.Parvinnia, M. 2008. Treatability and reclamation of urban storm runoffs using permeable reactive barriers. PhD Thesis, Department of civil and environmental engineering ShirazUniversity. (In Persian)
24.Parvinnia, M., and Khameh Chian, S. 2009. Advance purification plant of South Pars phases 6, 7, 8 with PRB methods and pollution of coastal waters due to the differentphases of Pars Special Economic Energy Zone. The Third International Conference and Exhibition on Environmental Engineering, Tehran. (In Persian)
25.Roane, T.M., and Kellogg, S.T. 1996. Characterization of bacterial communities in heavy metal contaminated soils. Can. J. Microb. 42: 593-603.
26.Ross, S.M. 1994. Toxic Metal in Soil-Plant Systems. John Willy and Sons, Singapore.
27.Shahbazi, A., Safiyaniyan, A., Mir Ghafari, N., and Eyngholayi, M.R. 2012. Assessment of Heavy metal contamination of soil, by factor of pollution index, Geo Accumulation and comprehensive pollution index factor (Case study: Nahavand city). J. Environ. Develop.
3: 5. 31-38. (In Persian)
28.Testa, S.M. 1997. The reuse and recycling of contaminated soil. Boca Raton (FL), Lewis.
29.Tehran Boston Consulting co. report. 2004. Studies of Asaluyeh Groundwater.
30.Yalcin, M.G., Battaloglu, R., and Ilhan, S. 2007. Heavy metal sources in Sultan Marsh and its neighborhood, Kayseri, Turkey. Environ Geol. 53: 399-415.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 23، شماره 5
آذر 1395
صفحه 67-86

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار