مدل‌سازی زمان پالایش نیکل از خاک آلوده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه مهندسی آب دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

موضوع پالایش فلزات سنگین به دلیل خطرات زیست­محیطی آن­ها، در دهه­های اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است. در میان روش­های مختلف پالایش، گیاه پالایی یا به عبارتی اندوزش فلزات در گیاهان، یکی از روش­های قابل اطمینان و کم هزینه می­باشد. لیکن می­بایست کارایی این فناوری با مدل­های ریاضی ارزیابی گردد. هدف از این پژوهش ارائه مدلی ساده برای برآورد زمان پالایش نیکل از خاک به وسیله گیاه ریحان بود. بدین منظور هم­دماهای جذب سطحی خاک برای بررسی رفتار خاک در برابر آلاینده در نظر گرفته شده و با ترکیب آن با تغییرات نرخ پالایش آلاینده، مدلی برای برآورد زمان پالایش آلاینده به وسیله گیاه پیشنهاد شد. برای ارزیابی مدل، خاک با سطوح مختلفی از آلاینده نیکل آلوده شد. با توجه به غلظت مجاز نیکل در خاک (50 میلی­گرم در کیلوگرم)، غلظت­های 50، 70، 90، 110 و 130 میلی­گرم در کیلوگرم نیکل در خاک برای آزمایش در نظر گرفته شد. جهت آلوده کردن خاک از نمک نیترات نیکل استفاده شد. سپس با پر کردن گلدان­ها با خاک­های آلوده بذر ریحان (Ocimum tenuiflorum L) در آن­ها کشت گردید. گیاه در چهار نوبت (پس از دو هفته هر چهارده روز یک­بار) برداشت شد. در هر مرحله از برداشت، غلظت کل نیکل در نمونه­های خاک و گیاه و غلظت محلول خاک اندازه­گیری شد. در پایان کارآیی مدل­ها با آماره­های ریاضی آزموده شد. نتایج نشان داد که مدل­های فروندلیچ (93/0=2R) و خطی (91/0=2R) برای پیش­بینی هم­دمای جذب سطحی نیکل در خاک دارای کارایی بالایی بودند. همچنین نتایج نشان داد که نرخ پالایش نیکل به وسیله گیاه ریحان تابع مرتبه صفر از غلظت آن در خاک بود. مقایسه زمان محاسباتی و اندازه­گیری شده برای پالایش نیکل به وسیله گیاه، حاکی از کارایی بالای مدل­های پیشنهادی (92/0=2R )برای برآورد زمان پالایش نیکل از خاک بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling of Phytoremediation Period of Nickel in Polluteded soil

نویسندگان [English]

  • Jahangir Abedi Kupaee 1
  • Seyed Saeid Eslamian 1
  • Seyed Yahya Hashemi Nejhad 2
1 Professor, Department of Water Engineering Faculty of Agricalture, Isfahan University., Isfahan., Iran
2 Master Student Science in Irrigation and Drainage Department of Water Engineering Faculty of Agricalture, Isfahan University., Isfahan., Iran
چکیده [English]

In recent decades, heavy metal treatment due to environmental hazards is highly been considered. Among the various methods remediation, phytoremediation or in other words metal accumulation in plants is a new, reliable and economical method. But the efficiency of this method should be evaluated by mathematical models. The objective of this study, therefore, is to present a simple model for evaluating the period of remediation soil Nickel by the basil (Ocimum tenuiflorum L) plant. For this purpose, the soil adsorption isotherm were assumed to represent the soil behavior against the contaminant and were therefore combined with the plant uptake rates in order to develop simple models to predict the period needed for remediation of soil. The soil was contaminated with different levels of Nickel to permit the model evaluation. To verify model, The soil was contaminated with different amounts of nickel. Nickel Nitrate was used to contaminate the soil. The contaminated soils were then packed into the pots and. Basil basil (Ocimum tenuiflorum L) seeds were planted in the pots. . Crop samples were taken at four different time stages. In each step, The total concentrations of Ni in the soil and plant samples and water- soluble fraction of soil Ni were extracted. The models applicability was verified by mathematical statistic approaches. The results indicated the high performance of the Freundlich (R2=0.93) and the linear (R2=0.91) isotherm models to predict the Ni adsorption on soil. The result also showed that phytoremediation rate of Ni by Basil is a zero-order function of Ni concentration in soil solution. The comparison of the calculated and measured period of remediation soil Nickel by basil proofed the great performance of the proposed models.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Phytoremediation
  • nickel
  • Soil adsorption isotherms
  • Remediation rate
  • Modeling
خداوردی­لو،ح. 1384. مدل­سازی خاک­های آلوده به کادمیم و سرب، رساله دوره دکتری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس تهران.

خداوردی­لو،ح و همایی،م. ١٣٨6. مدل­سازی پالایش سبز خاک­های آلوده به سرب و کادمیم. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، شماره 42، صص 426- 417

دلالیان،م.ر و همایی،م. ١٣٨9. شبیه­سازی زمان لازم برای پالایش سبز خاک­های آلوده شده به کادمیم و مس بوسیله گیاه مریم­گلی. مجله دانش آب و خاک، شماره 4، صص 141- 129

صلحی،م. 1384. گیاه پالایی خاک­های آلوده به عناصر سرب و روی و استفاده از رادیو ایزوتوپ روی جهت مطالعه رفتار روی در خاک و گیاه، رساله دوره دکتری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان.

Adhikari,T and Singh,M V. 2003. Sorption Characteristics of Lead and Cadmium in some Soils of India. Geoderma, 114(1-2)81–92.

Adriano,D.C. 2001. Trace Elements in Terrestrial Environments. Biogeochemistry, Bioavailability, and Risks of Metals. Springer Verlag, New York.

Benton Jones,J.R and Case,V.W. 1990. Sampling, Handling and Analyzing Plant Tissue Sample. PP. 389-429. In: R. L. Westerman , Soil Testing and Plant Analysis. SSSA, No.3, Madison, WI.

Boersma,L., McFarlane,C and McCoy,E.L. 1988. Model of couple transport of water and solutes in plants. Spec. Report 818. Agricul. Exp. Sta., Oregon State University, Corvallis, Oregon, USA, p. 109.

Carter,M.R. 1993. Soil Sampling and Method of Analysis. Canadian Society of Soil Science, Lewis Publishers.

Chrysafopoulou,E., Kadukova,J and Kalogerakis,N. 2004. A whole-plant mathematical model for the phytoextraction of lead (Pb) by maize. Environment International, 31, 255-262.

Glick,B.R. 2003. Phytoremediation: Synergistic use of Plants and Bacteria to Clean up the Environment. Biotechnol. Advances, 21(5) 383-393.

Gonnelli,C., Marsili-Libelli,S., Baker,A.J.M and Gabbrielli,R. 2000. Assessing Plant Phytoextraction Potential Through Mathematical Modeling. International Journal of Phytoremediation, 2(4) 343-351.

Hough,R.L., Young,S.D and Crout,N.M.J. 2003. Modelling of Cd, Cu, Ni, Pb and Zn Uptake by Winter Wheat and Forage Maize from a Sewage Disposal Farm, Soil Use and Mangt, 19,19-27

Jian,C.K., Singhal,D.C and Sharma,M.K. 2004. Adsorption of Zinc on bed Sediment of River Hindom: Adsorption Models and kinetics. Journal of Hazardous Materials. 114(1-3) 231-239.

Jorgensen,S.E. 1988. Modeling the Contamination of Agricultural Products by Lead and Cadmium. PP. 343-350. In: A. Marani Advances in Environmental Modelling.

Juang,K.W., Lai,H.Y and Chen,B.C. 2011. Coupling Bioaccumulation and Phytotoxicity to Predict Copper Removal by Switchgrass Grown Hydroponically. Ecotoxicology, 20, 827–835

Lindstrom,F.T., Boersma,L and Yingjajaval,S. 1990. CTSPAC: Mathematical Model for Coupled Transport of Water, Solutes and Heat in Soil-PLant-Atmosphere Continuum. Mathematical Theory and Transport Concepts. Agric. Exp. Sta., Oregon state University, Corvallis, Oregon, USA, Station Bulletin 676.

Mathialagan,T and Viraraghavan,T. 2002. Adsorption of Cadmium from Aqueous Solution by Perlite. Journal of Hazardous Materials, 94(3) 291-303.

Mathur,S. 2004. Modelling Phytoremediation of Soils. Practice Periodical of Hazardous, Toxic and Radioactive Waste Management. 8(4) 286-297.

Mathur,S and Yadav,B.K. 2009. Phytoextraction Modeling of Heavy Metal (Lead) Contaminated Site Using Maize (Zea Mays). Practice Periodical of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste Management, 13(4) 229-238.

Ouyang,Y. 2002. Phytoremediation: modelling Plant Uptake and Contaminant Transport in the Soil-Plant-Atmosphere Continuum. Journal of Hydrology, 266, 66-82.

Tudoreanu,L and Phillips,C.J.C. 2004. Modeling Cadmium Uptake and Accumulation in Plants, Journal of the Science of Food and Agriculture, 84,121-157.

Verma,P., George,K.V., Singh,H.V., Singh,S.K., Juwarkar,A and Singh,R.N. 2006. Modelling Rhizofiltration: Heavy-Metal Uptake by Plant Roots. Environmental Modeling and Assessment, 11, 387-394

Zhao,F.J., ombi,E.L and. McGeath,S.P. 2003. Assessing the Potential for Zinc and Cadmium Phytoremediation with the Hyperaccumulator Thlaspi Caerulescens, Plant and Soilm 249,37-43.