مدل سازي پالايش سبز خاك هاي آلوده به سرب و كادميم

Modeling Phytoremediation of Soils Polluted with Cadmium and Lead

پالايش­سبز روش نويني است كه از گياهان براي زدودن آلودگي­ها از خاك آلوده بهره مي‌برد. اين روش در مقايسه با ساير روش­هاي پالايش، بسيار كم‌هزينه و ساده است. مدل­هاي پالايش­سبز براي شناخت بيشتر فرايندهاي حاكم بر پديده پالايش و مديريت خاك‌هاي آلوده اهميت ويژه­اي دارند. بررسي منابع نشان مي‌دهد كه تاكنون به دليل پيچيدگي پيوستار خاك- گياه- نيوار، مدل­هاي انگشت‌شماري براي پالايش­سبز تكوين يافته ­اند. هدف از اين پژوهش، مدل­سازي پالايش­سبز خاك‌هاي آلوده به سرب و كادميم بود. بدين منظور، نظريه نويني بر مبناي رفتار خاك (هم‌دماي برون جذبي خاك) و گياه (نرخ جذب آلاينده به وسيله گياه) در برابر آلاينده‌ها ارايه شد. بدين منظور، خاكي با بافت لوم شني با غلظت­هاي مختلف سرب و كادميم آلوده شد. پس از پر كردن گلدان‌ها، بذر شاهي ( Barbarea verna ) و اسفناج (. Spinacia oleracea L ) در آنها كشت گرديد. گياهان در پنج بازه زماني برداشت شدند. غلظت كل سرب و كادميم در گياه و خاك به ترتيب با روش اكسيداسيون تر و اكسيداسيون با اسيد نيتريك 4 مولار عصاره­ گيري و با دستگاه‌هاي جذب اتمي و كوره گرافيتي اندازه‌گيري شد. مدل­هاي ارايه شده با استفاده از داده­ هاي آزمايشگاهي واسنجي گرديد و كارايي آنها با ملاك‌هاي كمـّي آزموده شد. نتايج نشان داد كه هم‌دماي برون­ جذبي خاك براي سرب و كادميم از مدل خطي پيروي مي­ كند. با افزايش غلظت سرب در خاك، توانايي شاهي و اسفناج در زدودن آلودگي افزايش داشت. ليكن در آلودگي كادميمي خاك اين توانايي براي شاهي و اسفناج ثابت بود. در پايان با تركيب واكنش خاك (هم‌دماي برون جذبي خاك) و واكنش گياه (نرخ جذب فلز از خاك به وسيله گياه) به آلودگي سربي و كادميمي خاك، مدل­هايي با كارايي بالا (0/98 < 2 R ) براي برآورد زمان لازم براي پالايش­سبز سرب از خاك به دست آمد. با وجود اين، مدل‌هاي ايجاد شده تنها براي به دست آوردن برآوردي كلّي از زمان لازم براي پالايش سبز كادميم از خاك توانا نشان دادند (0/70≈ 2�R ).

Phytoremediation is a new technology that employs plants to remediate contaminated soils. This method compared to those that involve the use of large scale energy consuming equipments is an inexpensive method. Phytoremediation models are useful tools to further understanding the governing processes and also to manage the contaminated soils. A thorough literature review indicates that very few models have been developed for phytoremediation due to the complexity of the phenomena. The objective of this study was to develop a simple model for phytoremediation of lead and cadmium. A new formulation of phytoremediation was established based on soil and plant responses to heavy metal pollution. A large quantity of a sandy loam soil was thoroughly mixed to ensure homogeneous different concentration levels by lead and cadmium. These contaminated soils were transferred to some plastic pots. Land Cress (Barbarea verna) and Spinach (Spinacia oleracea L.) seeds were germinated in pots containing 8 kg of contaminated soil. Plants were harvested at five time intervals. The concentrations of Pb and Cd in the plant and soil samples were digested by wet oxidation and 4 M Nitric acid digestion methods, respectively, and were determined by flame and graphite furnace atomic absorption spectrometry methods. Proposed models then were calibrated using the collected data and validated quantitatively. The results indicated that the soil adsorption isotherms followed a linear form for both Pb and Cd concentrations. The results also indicated that the phytoremediation rate of Pb by Land Cress and Spinach are first-order function of Pb concentration in soil. In contrast, a zero-order function of soil Cd contaminations was obtained. Combining these two results of soil and plant responses to Pb and Cd pollution, a simple model with reasonable performance was derived to predict the time needed for remediation of soil Pb (R2 > 0.98). However, in the case of Cd, the derived models appeared to be useful to make only some overall estimations of the remediation (R2≈�0.70).