منبع پایان نامه با موضوع زیست محیطی، قابلیت مقایسه، سلسله مراتبی، سلسله مراتب

گونه شیمیایی آنها نیز مربوط است (Stumm and Morgan, 1995). روشهای استخراج ترتیبی برای تقسیم فلزات سنگین در فازهای مختلف خاک و رسوب، برای ارزیابی شکل حضور آنها در خاک و رسوب آلوده به کار رفته است (Shuman, 1990; Singh, 1997). علاوه بر این، استخراج ترتیبی اطلاعاتی در مورد اجزای متحرک و پایدار فلزات در خاک بدست می‏دهد. فنون استخراج ترتیبی توصیف مشخصی از گونه سازی فلزات به دست نمی‏دهد، بلکه بیان کننده واکنش پذیری شیمیایی است (Olajire et al., 2003).

شکل4-12- نتیجه انجام رده بندی خوشه‌ای به روش سلسله مراتبی بر روی داده‌های خاک زیر سطحی

فنون استخراج ترتیبی به طور گسترده در مطالعات آلودگی خاک استفاده شده و شواهد کمّی در مورد شکل شیمیایی عناصر جزئی ارائه می‏کنند (Ma and Rao, 1997). به رغم محدودیت در انتخاب مواد استخراج کننده، توزیع مجدد عناصر در بین فازها در حین فرایند استخراج، و قابلیت مقایسه محدود داده های به دست آمده توسط پژوهشگران مختلف، روش استخراج ترتیبی می‏تواند اطلاعاتی در مورد تحرک بالقوه عناصر جزئی و راهیابی آنها به منابع آب و غذا به دست دهد (Kim and Fergusson, 1991; Karczewska et al., 1998; Ahnstron and Parker, 1999).
در این مطالعه نیز از روش استخراج ترتیبی برای تعیین همراهی فلزات بالقوه سمی مورد مطالعه با فازهای مختلف خاک، و امکان پیش بینی تحرک آنها و از آن راه ارزیابی زیست‏دسترس‏پذیری استفاده شد.
روشهای ‏گوناگونی برای انجام استخراج ترتیبی وجود دارد با این وجود روش استخراج گزینشی اصلاح شده BCR روشی مناسب برای تفکیک شیمیایی عناصر سمناک در محیط خاک محسوب می‌شود؛ زیرا تنوع فازهای کانی‌شناختی موجود در خاک به اندازه رسوبات و یا باطله‌های هوازده نبوده و به راحتی می‌توان به الگوی مشخصی از حضور عناصر در اجزاء تبادل پذیر، کاهشی، اکسایشی و اجزاء باقیمانده دست یافت. انتخاب ایستگاهها به گونه ای انجام شد که بتوان تغییرات توزیع عناصر در بین فازهای مختلف خاک را بر حسب شدت آلودگی و افزایش فاصله از دودکشها بررسی کرد. توضیحات بیشتر در فصل سوم آمده است.
برای برآورد میزان دقت و صحت استخراج ترتیبی معمولاً درصد بازیافت (Recovery) که به صورت زیر تعریف می شود محاسبه می‏گردد (Burt et al., 2003).

100× (استخراج فرایند از حاصل جزئی عناصر جمع )/(کلی انحلال از شده تعیین مقادیر) =درصد بازیافت
به عبارتی مجموع گونه های یک عنصر که از انجام استخراج ترتیبی بدست می آید تقسیم بر مقدار کل آن در همان نمونه خاک. معمولاً درصد بازیافت بین 80 تا 130 درصد نشان دهنده دقت و صحت قابل قبول در استخراج ترتیبی است. درصد بازیافت برای عناصر مورد بررسی در این پژوهش بین76 تا 138 درصد محاسبه شد. شکل4-13 نتایج انجام استخراج ترتیبی بر روی4 نمونه خاک سطحی و غبارفیلتررا نشان می دهد. در این مرحله نتایج حاصل از تفکیک شیمیایی عناصر بطور جداگانه برای هر یک از مراحل روش استخراج گزینشی BCR براساس میزان ارتباط زمین شیمیایی بین عناصر مورد ارزیابی قرار می‌گیرند.
بر طبق نظر ما و رائو (Ma and Rao, 1997) اگر فرض شود زیست دسترس پذیری به انحلال پذیری وابسته است می توان گفت که زیست دسترس پذیری فلز در فازهای مختلف خاک به ترتیب زیر کاهش می یابد:
تبادل پذیر کربناتی اکسیدی آلی بازماندی
از اینرو فلزهایی که در فاز بازماندی هستند کمتر از فلزهایی که در فاز غیر بازماندی هستند زیست دسترس پذیرند (Olajire et al., 2003). همانگونه که شکل4-13 نشان می دهد جزء غیر بازماندی برای عناصر As, Cu, Pb, Mn بیشتر از سایر عناصر است. در مورد عناصرCr, Fe, Mo,Zn اجزاء بازماندی و غیر بازماندی تقریباً برابرند. میانگین درصد اجزاء غیربازماندی برای فلزهای مورد مطالعه عبارتست از:Cu:75.3, As: 77, Pb: 83.9, Mn: 69.2, Zn: 55.8, Mo: 51.2,. این مقدار نشان می دهد که فلزات سنگین در خاکهای دشت خاتون آباد به طور بالقوه و به مقدار قابل ملاحظه ای زیست دسترس پذیرند. ارزیابی گونه پذیری فلزات سنگین در ایستگاههای مختلف نشان می دهد که اجزاء غیربازماندی به مقدار قابل ملاحظه ای برای خاکهای سطحی و ایستگاههای نزدیک دودکش، بیشتر از نمونه های عمیق تر و دورتر از دودکش هستند.

شکل4-13-نتایج انجام استخراج ترتیبی بر روی نمونه‌های خاک و غبار فیلتر
4-4-1-عناصر مرتبط با اجزاء تبادل پذیر
این بخش از عناصر سمناک در واقع شامل مجموع اجزاء انحلال‌پذیر درآب، تبادل پذیر و مرتبط با ترکیبات کربناتی می‌باشد که در طی یک مرحله آزاد می‌گردند. استفاده از محلول 11/0 مولار اسید استیک در این مرحله سبب انحلال کربناتها و عناصر مرتبط با آنها می‌گردد. عناصر آزاد شده در این مرحله از نظر زیست محیطی دارای بیشترین تحرک می‌باشند.
همانطور که ملاحظه می شود جزء تبادل پذیر و کربناتی در مورد عناصر As, Pb, Cr, Mn قابل توجه است. این مقدار برای عنصر آرسنیک9/27 و برای سرب 3/23، برای کرم 5/16 و برای منگنز2/14 درصد است. بیشتر بودن جزء تبادل پذیر و کربناتی برای عنصر آرسنیک با این واقعیت که pH خاکهای منطقه در حد خنثی تا کمی قلیایی است هماهنگی دارد؛ چرا که این عنصر در این گستره از pH تحرک بیشتری دارد (Kabata-Pendias, 2001).
بررسی نتایج بدست آمده در این مرحله از طریق آزمون PCAحاکی از آن است که سه فاکتور یا مؤلفه دارای ویژه مقدار بزرگتر از یک بوده و بیشترین تغییر واریانس داده‌ها را در این مرحله (19/97درصد) به خود اختصاص دادند (جدول 4-15)

جدول4-15-نتایج حاصل از انجام آزمون PCA بر روی داده‌های عناصر سمناک در مرحله اول روش تفکیک شیمیایی BCR

Factor1
Factor2
Factor3
Communalities
Cu

0.77

1
As
0.69

0.94
Pb
0.79

0.9
Zn

0.98

0.98
Cr
0.89

0.94
Al

0.94

0.99
Fe
0.92

1
Mn

0.34

0.98
Mo

0.97
0.98
Ni
0.85

0.97
var%
41.26
33.71
22.21

عناصرAs, Pb, Cr, Fe, Ni در مؤلفه اول قرار می‌گیرند که در مجموع بیش از 40% واریانس داده‌ها را شامل می‌شوند. در واقع این مؤلفه شامل عناصری است که بیشترین تحرک زیست محیطی را در محیط خاک مرتبط با کارخانه ذوب خاتون آباد دارا می‌باشند. این در حالیست که عناصر Cu, Zn, Al در مؤلفه دوم و عنصر Mo به تنهایی در مؤلفه سوم قرار دارد. مؤلفه دوم و سوم به ترتیب 34 و 22 درصد از واریانس داده‌ها را در آزمون PCA به خود اختصاص داده‌اند. آشکار است که تحرک زمین شیمیایی عناصر مؤلفه‌های دوم و سوم تفاوت اساسی با عناصر مؤلفه اول دارد. این نتایج به نوعی با انجام آنالیز خوشه‌ای بر روی داده‌ها نیز تأیید می‌شوند (شکل4-15).

شکل 4-14-نتایج حاصل از انجام آزمونPCA بر روی نمودار سه بعدی مؤلفه‌های اصلی در چرخش واریماکس بر اساس غلظت عناصر سمناک در مرحله اول استخراج گزینشی

شکل 4-15 روابط زمین شیمیایی عناصر سمناک در مرحله اول روش BCR با استفاده از
آزمون آنالیز خوشه‌

4-4-2-ارتباط زمین شیمیایی بین عناصردر جزء کاهش‌پذیر
در مرحله دوم روش استخراج گزینشیBCR، عناصر مرتبط با اجزاء کاهشی و یا بعبارتی عناصری که توسط اکسیدهای آهن و منگنز جذب شده‌اند، توسط محلول هیدروکسیل آمین هیدروکلراید آزاد می‌گردند. فرض بر این است که این بخش از عناصر با تغییر شرایط محیط خاک و یا رسوب از اکسایشی به کاهشی و انحلال اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن و منگنز، آزاد شده و در دسترس گیاهان و موجودات زنده قرار می‌گیرند.
جزء اکسیدی برای تمام عناصر به جز نیکل (7/11) جزئی مهم محسوب می شود اما برای عنصر سرب (55%) ، روی (7/34%)، منگنر (2/47%)، مس (7/34%)، و برای آرسنیک (4/26%) قابل توجه تر است. نسبت بالای فلزات جزئی در فاز اکسیدی شاخص آلودگی انسانزاد است (Farkas et al., 2007).
به رغم توزیع قابل ملاحظه عناصر در این جزء به دلیل وجود شرایط اکسنده در خاکهای سطحی، به نظر نمی رسد در شرایط عادی سطحی این جزء بتواند تأمین کننده عناصر بالقوه سمّی در خاک باشد (Tessier et al., 1979; Ikem et al., 2003).
بررسی داده‌های حاصل از این مرحله نشان می‌دهد که سه مؤلفه دارای ویژه مقدار بزرگتر از یک بوده ودر مجموع 85/91% واریانس داده‌ها را به خود اختصاص داده‌اند (جدول4-16).

جدول4-16-نتایج حاصل از انجام آزمون PCA بر روی داده‌های عناصر سمناک در مرحله دوم روش تفکیک شیمیایی BCR

Factor1
Factor2
Factor3
Communalities
Cu

0.27

0.94
As

0.69

0.7
Pb

0.79

0.78
Zn
0.96

0.97
Cr

0.75

0.94
Al
0.95

0.99
Fe

0.85
0.94
Mn

0.79

0.87
Mo

0.053

1
Ni
0.99

0.99
var%
44.42
25.15
22.27

مؤلفه اول شامل عناصرZn, Al, Ni می‌باشد ظاهراً قرار گرفتن این عناصر در مؤلفه اول مبین جذب این عناصر توسط اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن و منگنز است. در مؤلفه دوم عناصر Cu, As, Cr, Mn, Mo قرار می‌گیرند. این عناصر دارای تحرک پذیری بیشتری نسبت به مؤلفه اول می‌باشند؛ اما بخشی از این عناصر نیز توسط اکسیدهای آهن و منگنز جذب می‌شوند. در مؤلفه سوم که بیش از 22% واریانس داده را به خود اختصاص داده است تنها عنصر Fe قرار دارد.
انجام آنالیز خوشه‌ای بر روی داده‌های حاصل از مرحله دوم نیز به خوبی مؤید رفتارهای زمین شیمیایی عناصر سمناک مرتبط با این مرحله می‌باشد (شکل4-17).
تقریباً در بیشتر نمونه‌های خاک اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن و منگنز نقش فعالی در جذب عناصر As, Cu, Cr, Mn, Mo, Ni, Pb, Zn, Fe ایفا می‌کنند. از طرفی قرار گرفتن Fe در مؤلفه جداگانه و ارتباط قوی‌تر عنصر Mn با عناصر، گویای این مطلب است که نقش اکسیدهای منگنز به مراتب بیشتر از اکسیدهای بلوری آهن در جذب عناصر سمناک است.

شکل 4-16-نتایج حاصل از انجام آزمونPCA بر روی نمودار سه بعدی مؤلفه‌های اصلی در چرخش واریماکس بر اساس غلظت عناصر سمناک در مرحله دوم استخراج گزینشی

شکل 4-17 روابط زمین شیمیایی عناصر سمناک در مرحله دوم روش BCR با استفاده از آزمون آنالیز خوشه‌ای

4-4-3-عناصر مرتبط با اجزاء اکسایش‌پذیر
در این مرحله از روش BCR عناصر در پیوند با مواد آلی و بخشی از عناصر موجود در کانیهای سولفیدی مانند پیریت آزاد می‌شوند.
جزء آلی در مورد عنصر مس قابل توجه (5/33%) است. این جزء برای آرسنیک (3/23%)، مولیبدن (6/28%)، روی (51/23%) و سرب 6/5 درصد است. تمایل زیاد مس به ماده آلی توسط پژوهشگران زیادی گزارش شده است (Hu et al., 2006; Jalali and Khanlari, 2008).
همراهی مس با جزء آلی ممکن است به دلیل ثابت تشکیل بالای کمپلکس مس- ماده آلی باشد (Stumm and Murgan, 1981). در هر حال در این مورد نظریه های متفاوتی وجود دارد. برای مثال مک براید و بلاسیکا (Mc Bride and Blasika, 1979) نشان دادند که به دلیل تمایل زیاد عنصر مس برای تشکیل کمپلکس با ماده آلی، شکلهای مس- ماده آلی ظاهراً بیشترین مقدار مس محلول را در گستره وسیعی از pHتشکیل می دهند. همین نتیجه گیری در مطالعات ژو و وانگ (Zhu and Wang, 2003) نیز آمده است؛ به طوری که ماده آلی حل شده تمایل زیادی برای تثبیت مس داشته و مانع از جذب آن در خاک می شود. براساس نظر کاباتا- پندیاس (Kabata- Pendias and Pendias, 2001) رایج‏ترین شکلهای مس در محلولهای خاک کلاتهای آلی انحلال پذیر آن هستند.
شرایط اکسنده خاک سطحی، باعث آزادشدن فلزات پیوند یافته به ماده آلی می شود (Tessier et al., 1979; Ikem et al., 2003)
ارزیابی نتایج بدست آمده در این مرحله از طریق آزمون PCA حاکی از آن است که سه مؤلفه دارای شاخص کایزر بزرگتر از یک بوده و در مجموع بیش از 97% واریانس داده‌ها را به خود اختصاص داده‌اند (جدول4-17)

جدول4-17-نتایج حاصل از انجام آزمون PCA بر روی داده‌های عناصر سمناک در مرحله سوم روش تفکیک شیمیایی