شكل‌هاي شيميايي روي، سرب و كادميم در خاك‌هاي آلوده قبل و بعد از استخراج پيمانه‌اي با EDTA

The chemical fractionation of Zn, Pb and Cd in contaminated soils before and after batch extraction by EDTA

سابقه و هدف: روش‌هاي استخراج دنباله‌اي اسپوزيتو و همكاران (روش A) به‌دليل سادگي و روش تسير و همكاران (روش B) به‌دليل كاربرد زياد از ديگر روش‌ها متمايز هستند. روش B ابتدا در دو نمونه از رسوبات بستر رودخانه آزمون شده و سپس به‌طور گسترده‌اي در همه رسوبات، لجن، كمپوست و خاك‌هاي آلوده به فلزات مورد استفاده قرار گرفت. روش A اساساً براي تعيين شكل‌هاي فلزات در لجن، خاك انكوبه شده با لجن و خاك آبياري شده با پساب فاضلاب ارايه شده است. با اين‌حال، بعدها از اين روش در خاك‌هاي آلوده اطراف محوطه‌هاي استخراج و ذوب فلزات نيز استفاده گرديد. برخي پژوهشگران گزارش كرده‌اند كه شستشوي فلزات سنگين خاك با عوامل كمپلكس‌كننده قوي مانند EDTA منجر به انتقال اين فلزات از شكل‌هاي كم‌‌تحرك به شكل‌هاي پرتحرك مي‌شود. چنان‌چه خاك‌هاي آلوده بعد از شستشو رها شوند، خطرات زيست‌محيطي عديده‌اي به دنبال خواهند داشت. بنابراين، مطالعه عوامل موثر بر حذف فلزات سنگين از شكل‌هاي پر‌تحرك چه از نظر استفاده از عوامل كمپلكس‌كننده در شستشو و چه از نظر استفاده از اين عوامل در گياه‌پالايي داراي اهميت خواهد بود. در اين پژوهش سعي شده است توزيع شكل‌هاي شيميايي روي، سرب و كادميم و تحرك آن‌ها در خاك‌هاي آلوده قبل و بعد از استخراج پيمانه‌اي با EDTA مورد بررسي قرار گيرد. مواد و روش‌ها: سه نمونه خاك با مقادير متفاوت فلزات سنگين از عمق صفر تا 20 سانتي‌متري خاك اطراف كارخانه سرب و روي واقع در 12 كيلومتري جنوب شرقي شهر زنجان تهيه گرديد. برخي ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي خاك‌ها اندازه‌گيري شد. سپس، شكل‌هاي شيميايي روي، سرب و كادميم قبل و بعد از استخراج پيمانه‌اي با 1/0 مول EDTA به ازاي يك كيلو‌گرم خاك، به دو روش اسپوزيتو و همكاران (1982) (روش A) و تسير و همكاران (1979) (روش B) تعيين شدند. درصد استخراج، توزيع شكل، كارايي حذف و فاكتور تحرك فلزات با استفاده از شكل‌هاي شيميايي اندازه‌گيري شده براي دو روش تعيين شده و مورد مقايسه قرار گرفتند. يافته‌ها: نتايج كارايي بالاي اسيد نيتريك داغ را براي استخراج كادميم و كارايي بالاي آكوا‌رجيا را براي استخراج روي و سرب نشان داد. روش A براي هر سه فلز و در هر سه خاك، شكل‌هاي كربناتي و باقي‌مانده را به‌عنوان شكل غالب معرفي كرد. به همين ترتيب، بعد از شستشو همين شكل‌ها و به‌ويژه شكل كربناتي عمده حذف را از خود نشان دادند. مجموع شكل‌هاي شيميايي فلزات سنگين به روش A بيش‌تر از روش B به‌دست آمد. بر خلاف روش A كه در آن حذف سرب توسط EDTA عمدتاً از شكل كربناتي صورت گرفت، در روشB اين حذف عمدتاً از شكل اكسيدي بود. همچنين، بر‌ خلاف روشA كه در آن افزايش شكل تبادلي مشاهده شد، در روش B كاهش شديد اين شكل ملاحظه گرديد. نتايج بالاترين كارايي حذف را براي كادميم (به روش A) و پايين‌ترين كارايي حذف را براي سرب (به روش B) نشان داد. فاكتور تحرك روي بعد از استخراج پيمانه‌اي با EDTA به‌شدت كاهش يافت. همچنين، فاكتور تحرك كادميم بعد از استخراج اغلب كاهش يافت. در مقابل، فاكتور تحرك سرب بعد از استخراج اغلب به‌طور قابل ملاحظه‌اي افزايش يافت. نتيجه‌گيري: نتايج بيانگر تاثير باقي‌مانده EDTA در خاك‌هاي شستشو شده بر تعيين شكل‌هاي شيميايي فلزات بود. بنابراين، ضروري است احتياط لازم در تفسير داده‌هاي روش‌هاي تعيين شكل‌هاي شيميايي به‌ويژه در خاك‌هايي كه مورد شستشو قرار گرفته‌اند، به‌عمل آيد. هر دو روش افزايش تحرك سرب را بعد از شستشوي خاك‌هاي آلوده نشان دادند. اين امر بر ضرورت استفاده از روش‌هاي كمكي مانند گياه‌پالايي براي آلودگي‌زدايي اين خاك‌ها بعد از شستشو تاكيد دارد.

Background and Objectives: Sequential extraction methods of Sposito et al. (method A) and Tessier et al. (method B) are distinguished from other methods by simplicity and popularity, respectively. Method B first was tested in two fluvial deposits and then widely used in all sediments, sludge compost and heavy metal contaminated soils. Method A basically was proposed for determination of chemical forms of metals in sludge, soils incubated with sludge and wastewater irrigated soils. However, thereafter the method was used in contaminated soils around of mines and smelters. Some researchers reported that washing heavy metal contaminated soils by strong complexing agents like EDTA lead to transformation of heavy metals from low-mobile to high-mobile forms. There are several environmental concerns regarding abandoned contaminated soils after washing. Therefore, study of effective factors on removal of heavy metals from high-mobile forms is of importance for using of these complexing agents either in washing or phytoremediation. In the current study, attempts were made to investigate the distribution and mobility of Zn, Pb and Cd in contaminated soils before and after batch extraction by EDTA. Materials and Methods: Three soil samples with different heavy metal contents were taken from 0-20 cm depth of the zinc-lead smelting plant area in Zanjan. Some physical and chemical characteristics of the soils were determined. Thereafter, the chemical forms of Zn, Pb and Cd in the soils were determined before and after batch extractions by 0.1 mole of EDTA per one kilogram of soil using two methods of Sposito et al. (1982) (method A) and Tessier et al. (1979) (method B). The extraction percentage, form distribution, removal efficiency and mobility factor of the heavy metals were determined using two above mentioned methods and then compared. Results: The results indicated the higher effectiveness of hot nitric acid in extraction of Cd and in turn the higher effectiveness of aqua regia in extraction of Zn and Pb. The method A, particularly carbonate form, showed major removal after washing. The sum of different forms introduced carbonate and residual forms as dominant form for all three metals in all three soils. In addition, these forms of a given heavy metal obtained from the method A were greater than that of method B. Unlike the method A, in which the dominant removal of Pb by EDTA was from the carbonate form, this removal was from the oxide form in the method B. Also, unlike the method A, in which the exchangeable forms of the metals increased after washing, some severe decreases were observed in the method B. Also, the highest and lowest removal efficiencies were observed for Cd (using method A) and Pb (using method B), respectively. The mobility factor of Zn after batch extraction by EDTA intensely decreased. Additionally, the mobility factor of Pb after extraction significantly increased. The mobility factor of Cd after washing almost decreased. Conclusion: The results indicate the influence of residual amount of EDTA in washed soils on determination of chemical forms of heavy metals. Therefore, care in interpretation of data from determination methods of heavy metal chemical forms, particularly in washes soils is necessary. Both of two methods revealed the increased mobility of Pb in soils after washing. This emphasizes using auxiliary procedures such as phytoremediation for decontaminating soils after washing.