وحیدرضا اوحدی

در سال‌های اخیر روش‌های بهسازی متنوعی توسط محققان برای پاکسازی آلاینده‌ها از خاک‌های رسی به‌کار گرفته شده‌است. در این خصوص از جمله روش‌های بهسازی که دوست‌دار محیط‌زیست نیز می‌باشد می‌توان به روش بهسازی الکتروکینتیک اشاره نمود. در دهه‌های گذشته با توجه به راندمان نامطلوب این روش در رس‌های کربنات‌دار، محققان سعی به شدت‌بخشی و افزایش راندمان کلی این روش بهسازی داشته‌اند. در این راستا، با بررسی اجمالی که در پژوهش‌های به‌ثبت رسیده انجام گرفته‌است می‌توان به عدم به‌کارگیری تئوری‌های مبانی نظری و پایه، پیش از انجام آزمایش‌ها نظیر: تعیین مشخصات فیزیکی و ژئوتکنیک زیست‌محیطی رس، فاز‌های نگهدارنده آلاینده و تغییرات پتانسیل سطحی پولک‌های رسی اشاره داشت. بدین منظور محققان با استفاده از روش سعی و خطا و با در نظرگیری متغیرهای تصادفی سعی به افزایش راندمان کرده‌اند. پیامد‌های این روش‌ها عموماً منجر به حذف غیریکنواخت آلاینده و تجمع در نزدیکی کاتد، مصرف بیش از حد مواد شدت‌بخشی، و عدم حصول شناخت از مکانیسم‌های مؤثر در حذف آلاینده شده‌است. در آزمایش‌های الکتروکینتیک به سبب مکانیسم‌های مختلف نظیر الکترولیز، الکترواسمز و مهاجرت یونی در طول محیط تحت آزمایش، پتانسیل سطحی پولک‌های رسی، فازهای نگهدارنده آلاینده در رس و گروه‌های عاملی دچار تغییرات می‌شوند. بنابراین می‌توان این‌گونه استنباط نمود که با کمک تئوری مبانی نظری و پایه و درک ارتباط بین این پارامترها می‌توان به توسعه بیشتر این روش بهسازی کمک نمود. به‌طور مثال با شناخت از مؤلفه‌های مهم پولک‌های رسی در واکنش-های اندرکنش رس و آلاینده فلز سنگین می‌توان ماده شدت‌بخشی مناسب و با غلظت بهینه را تعیین نمود. به‌نظر می‌رسد این مهم ضمن کاهش هزینه‌ها در پروژه‌های واقعی، شرایط لازم برای افزایش راندمان در روش‌های بهسازی را فراهم می‌کند. بر این اساس اهداف کلی این پژوهش به شرح ذیل است: - ارائه مبانی الگوی بهینه کردن شدت‌بخشی رفع آلاینده فلز سنگین در روش الکتروکینتیک بر مبنای فاز‌های نگهداری آلاینده در خاک و تغییرات پتانسیل سطحی رس؛ - ساخت و توسعه تجهیزات آزمایشگاهی الکتروکینتیک بر مبنای تحقیقات قبلی و الگوی نظری پیشنهادی؛ - ارائه مبانی نظری و کاربردی فرآیند اندرکنش فلز سنگین و کائولینیت برای بهینه کردن رفع آلاینده‌های فلز سنگین در روش الکتروکینتیک به‌منظور: الف- همسو کردن و تفکیک جهت جریان الکترواسمز با پدیده مهاجرت یونی به‌عنوان دو مکانیسم اصلی ب- حصول قابلیت حذف یکنواخت‌تر فلز سنگین در مسیر رفع آلاینده فلز سنگین ج- تعیین مواد شدت‌بخشی مناسب براساس فاز‌های نگهداری آلاینده در خاک برای افزایش راندمان رفع آلودگی به روش الکتروکینتیک برای رسیدن به اهداف ذکر شده، نخست از طریق آزمایش‌های ریزساختاری، فرآیند اندرکنش خاک، آلاینده فلز سنگین و مواد شدت‌بخشی مطالعه و تعیین شده و پس از آن با طراحی الگوی بهینه شدت‌بخشی در روش الکتروکینتیک، راندمان حذف آلاینده‌ فلز سنگین در خاک افزایش داده شد. بررسی‌های ریزساختاری از طریق انجام آزمایش‌های پراش پرتو ایکس، تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی، تعیین پتانسیل زتا، استخراج متوالی انتخابی، بافرینگ، طیف مادون قرمز و شستشوی شیمیایی صورت گرفته‌است. برای این منظور از خاک کائولینیت با درصد‌های مختلف کربنات، آلاینده فلز سنگین سرب و مواد شدت‌بخشی مختلف نظیر اسید استیک، اسید هیدروکلریک و EDTA با دامنه غلظت 0 تا 200 (cmol/kg-soil) استفاده شد. در این بخش به‌منظور بررسی بیشتر صحت نتایج، آزمایش‌هایی نظیر نگهداشت، بافرینگ، و پتانسیل زتا بر روی نمونه‌های بنتونیت نیز انجام پذیرفت. نتایج حاصل از این آزمایش‌‎ها نشان داده‌است که افزایش غلظت آلاینده فلز سنگین، و درصد کربنات موجب کاهش بزرگی پتانسیل پولک‌های رسی شده است. این مهم به معنای کاهش جریان الکترواسمز و راندمان در آزمایش‌های الکتروکینتیک است. در آزمایش‌های استخراج متوالی آلاینده نشان داده شده‌است که EDTA بر خلاف اسید هیدروکلریک حتی در غلظت‌های کم نظیر 01/0 مولار نیز می‌تواند با ایجاد کمپلکس پایدار با آلاینده سرب بیش از 90 درصد آلاینده سرب فاز کربناتی را در تمامی محیط‌های قلیایی، خنثی و اسیدی حذف نماید. همچنین نتایج حاصل از شستشوی شیمیایی نشان داد ماده EDTA در غلظت‌های کم نظیر 1 (cmol/kg-soil) توانایی بسیار بیشتری نسبت به اسید استیک و اسید هیدروکلریک در واجذب آلاینده سرب داشته‌است. به‌‌علاوه با جمع‌بندی نتایج آزمایش‌ها نشان داده شده‌است که می‌توان مکانیسم الکترواسمز از آند به کاتد را با استفاده از غلظت‌های کم EDTA و مکانیسم مهاجرت یونی از کاتد به آند را با استفاده از غلظت‌های زیاد این ماده تقویت نمود. پس از شناخت نسبی و درک ارتباط بین مؤلفه‌های تأثیرگذار در این پژوهش با جمع‌بندی از نتایج آزمایش‌های ریزساختاری و با بهره‌گیری از تئوری مبانی پایه و نظری، یک مجموعه چینش از الگو‌های شدت‌بخشی برای آزمایش الکتروکینتیک طراحی و انجام شد. در این خصوص از مواد شدت‌بخشی اسید استیک و EDTA با غلظت 05/0 مولار در مخزن کاتد استفاده شد. همچنین به-منظور تقویت بیشتر مکانیسم‌های الکترواسمز و مهاجرت یونی از استیک اسید و EDTA با غلظت‌های بین 5/0 تا 30 (cmol/kg-soil) درون سلول خاک نیز استفاده شده‌است. به‌طور کلی نتایج این پژوهش حاکی از آن است که در آزمایش‌های الکتروکینتیک با توجه به مکانیسم‌های انتقال آلاینده، برای حصول حداکثر راندمان لازم است در هر قسمت از طول نمونه از یک الگوی شدت‌بخشی مناسب بهره گرفت. بر اساس نتایج این تحقیق، پیش از انجام بهسازی به روش الکتروکینتیک، می‌توان در زمینه نحوه انتخاب، نوع و غلظت مواد شدت‌بخشی بر پایه مبانی تئوریک به الگوی شدت‌بخشی مناسب دست یافت. در این خصوص با توجه به نتایج نشان داده شده‌است که در کائولینیت کربنات‌‌دار می‌توان بازدهی حذف آلاینده را از 5/26 درصد (حالت پایه بدون مواد شدت‌بخشی) به حدود 55 درصد (بیش از 100 درصد بهبود راندمان)، و با پاکسازی یکنواخت‌تری در طول نمونه افزایش داد. به‌عنوان جمع‌بندی، به عنوان رئوس کلی نوآوری این تحقیق، نتایج این رساله نشان می‌دهد که در مقیاس عملی و کاربردی براساس مبانی تئوریک رفتار کانی‌های رسی و با تعیین ارتباط نرخ تغییرات پتانسیل سطحی پولک‌های رسی، گروه‌های عاملی، نگهداری آلاینده در فاز‌های مختلف خاک و تأثیر مواد شدت‌بخشی بر این فرآیند‌ها می‌توان الگوهای شدت‌بخشی بهینه را طراحی نمود تا راندمان رفع آلاینده فلز سنگین از خاک به روش الکتروکینتیک با افزایش چشم‌گیری اتفاق افتد.