بررسی عملکرد مقاومتی جاذب‌های مختلف در خاک‌های آلوده با فلز سنگین سرب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی،دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

2 گروه عمران دانشکده فنی، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

3 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ببن المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

گسترش مناطق صنعتی در طی چند دهه گذشته و به دنبال آن افزایش پساب­‌های صنعتی، سبب افزایش آلودگی فلزات سنگین در خاک­‌ها و منابع آب زیرزمینی گردیده است. یکی از مهم‌ترین فرآیندهای مؤثر بر سرنوشت آلاینده‌­ها در خاک، جذب آن توسط جاذب‌های موجود در ترکیب خاک است. از طرفی با توجه به اینکه ملاحظات اقتصادی همواره به ‌عنوان یکی از اصول اساسی در طرح­ها مطرح می­‌گردد، استفاده از جاذب‌های طبیعی و ارزان‌ قیمت مانند زئولیت و رس‌­ها در خاک‌­هایی که در معرض نشت آلاینده‌­های فلزات سنگین قرار دارند، به ‌عنوان یکی از راهکارهای بهسازی معرفی ‌شده است. در این تحقیق به کمک آزمایش‌های سه محوری تحکیم یافته زهکشی نشده، به بررسی رفتار خاک‌ ماسه حاوی 15% کائولینیت­ به عنوان خاک پایه به­ همراه 10% از جاذب­های طبیعی غیرخمیری (کائولینیت و زئولیت) و خمیری (بنتونیت) در دو حالت آلوده با فلز سنگین سرب و غیرآلوده پرداخته ‌شده است. نتایج نشان داد افزایش غلظت آلاینده در خاک‌­هایی که جاذب آن دارای خاصیت خمیری کم می‌­باشد، تغییرات ساختاری ایجاد شده در جاذب، به طور متوسط باعث کاهش 20% و 14% درصدی در مقاومت نهایی و زاویه اصطکاک داخلی خاک می­‌شود. با تغییر در نوع کانی جاذب، پارامترهای مقاومتی خاک‌آلوده روند متفاوتی خواهند داشت، به­ طوری ­که افزایش غلظت سرب در خاک حاوی جاذب بنتونیت، منجر به ایجاد ساختار فلوکوله‌ای و افزایش حدودا 18% درصدی در مقاومت برشی و زاویه اصطکاک داخلی می­‌گردد. چسبندگی در ترکیب خاک و جاذب با خاصیت خمیری کم و زیاد به ترتیب در حدود 30% و 19% افزایش و کاهش می­‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of different adsorbents in shear resistance of lead heavy metal contaminated soil

نویسندگان [English]

  • mohmmad hossein zade 1
  • Mahmuod Hassanlou Rad 2
  • Seyed abolhasan Naeini 3
1 Civil Engineering Department, Imam Khomeini International University, Iran.
2 Civil Engineering department, Imam Khomeini International University, Iran.
3 Department of geotechnical engineering, Engineering faculty, Imam khomeini international university, Qazvin, Iran
چکیده [English]

In the past few decades, the expansion of industrial areas and increasing the effluents has led to an increase in the contamination of heavy metals in soil and groundwater resources. Adsorption is one of the most important processes that affecting in the leakage of contamination. In this study, with triaxial tests, the behavior of mixed sandy clay (base composition) with 10% of different low plasticity (kaolinite and zeolite) and high plasticity (bentonite) adsorbents is studied in both contaminated and uncontaminated states. As the type of adsorbent mineral changed, the resistance parameters of contaminated soil show different trend. Increasing the concentration of lead in the soil with bentonite adsorbent, has led to form the flocculation structure and it causes shear strength and internal friction angle to increase about 18% than the uncontaminated state. Also, cohesion in compositions with low and high adsorbent increases and decreases by about 30% and 19%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lead nitrate
  • Sandy clay
  • Zeolite
  • Triaxial test
  • Bentonite

مراجع

[1] RM. McCuin, JL. Clancy, Modifications to United States Environmental Protection Agency methods 1622 and 1623 for detection of Cryptosporidium oocysts and Giardia cysts in water. Appl. Environ. Microbiol. 69(1).(2003) 267-74.
[2] D. Grasso, M.A. Butkus, D. O'Sullivan, N.P. Nikolaidis, Soil-washing design methodology for a lead-contaminated sandy-soil, Water research, 31(12).(1997) 3045-3056.
[3] M.Hassanlourad, M.hossein zade, S.Naeini, Effect of Lead Nitrate on Behavior and Shear Strength Parameters of sandy clay.Amirkabir Journal of Civil Engineering,(2019) doi:10.22060/ceej.16146.6142.(In persian).
[4] A.Negahdar, M. Shabanian, M. NikGhalbPour, The Effect of Heavy Metal Contaminants on the Strength Parameters of Sandy Clay, Amirkabir Journal of Civil Engineering, 50(5).(2018) 835-844.(In persian).
[5] V.Ouhadi, M.Fakhimjoo, T.Naeini, The Comparison of Plastic and Permeability Behavior of Bentonite in the Presence of Organic and Heavy Metal Contaminants, Journal of Civil and Environmental Engineering, 46(85).(2017) 25-36.(In persian).
[6] S.Srivastava , V. Kumar ,Lead contamination in soils: a comparative study of geotechnical parameters, Discovery The Intl Daily Journal, 40. (2015) 235–240.
[7] A. Muththalib, B.A. Baudet, Effect of heavy metal contamination on the plasticity of kaolin-bentonite clay mixtures and an illite-smectite rich natural clay, In E3S Web of Conferences , 92.(2019) 10005.
[8] Y.Zhang, Y. Zheng, S. Han, S. D. Wan, H. Yang, M.Duan, Experimental study on deformation of heavy metal contaminated expansive soil under cyclic loading, In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science , 237(2).(2019) 022026.
[9] Y. Chu, S. Liu, F. Wang, G. Cai, H. Bian, Estimation of heavy metal-contaminated soils’ mechanical characteristics using electrical resistivity, Environmental Science and Pollution Research, 24(15).(2017) 13561-13575.
[10] J. S. Li, Q. Xue, P. Wang, Z. Z. Li, Effect of lead (II) on the mechanical behavior and microstructure development of a Chinese clay, Applied Clay Science, 105.(2015) 192-199.
[11] Y.Chu, SY.Liu, GJ.Cai, HL,Bian, A study in the micro-characteristic and electricity properties of silt clay contaminated by heavy metal zinc, Japanese Geotechnical Society Special Publication. 31;2(14).(2016) 556-9.
[12] S. Arasan, T. YETİMOĞLU, Effect of inorganic salt solutions on the consistency limits of two clays, Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, 32(2).(2008) 107-115.
[13] S. Malamis, E. Katsou, A review on zinc and nickel adsorption on natural and modified zeolite, bentonite and vermiculite: Examination of process parameters, kinetics and isotherms, J. Hazard. Mater, 252-253.(2013) 428-461.
[14] A.Kaya, S.Durukan ,Utilization of bentonite-embedded zeolite as clay liner, Applied Clay Science,25.( 2004),83–91.
[15] Y.Yukselen-Aksoy ,Characterization of two natural zeolites for geotechnical and geoenvironmental applications, Applied Clay Science, 50.(2010) 130–136.
[16] Y. Zhao, Review of the Natural, Modified, and Synthetic Zeolites for Heavy Metals Removal from Wastewater. Environ. Eng. Sci, 33 (2016) 443-454.
[17] F.Oliveira ,On The Study of The Catalytic Transfer Hydrogenation Reaction, The Hydrogenation of 3-Buten-1-ol On a Pd-Black Film, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 272(1-2).(2007) 225-232.
[18] M.Fazelipour, A. Takdastan, Survey on chlorine application in sequencing batch reactor waste sludge in order to sludge minimization, Asian Journal of Chemistry, 23(7). (2011) 2994-2998. (In Persian).
[19] C. Ning, M. Xu, D.C.-W. Hui, C.S.K. Lin, G. McKay, Study of quench effect on heavy metal uptake efficiency by an aluminosilicate-based material, Chem. Eng. J., 311.(2017) 37-45.
[20] M. Hong, L. Yu, Y. Wang, J. Zhang, Z. Chen, L. Dong, Q. Zan, R. Li, Heavy MetalAdsorption with Zeolites: the Role of Hierarchical Pore Architecture, Chemical Engineering Journal, 359.(2019) 363-372.
[21] J. Park, Assessment of shear strength characteristics and zinc adsorption capacities of zeolite-amended soils for adsorptive fill materials, Department of Civil and Environmental Engineering for the Degree of Master of Science in Civil Engineering, Seoul National University, (2017).
[22] A.A. Moghal, M. Ashfaq, M.A. Al-Shamrani, A. Al-Mahbashi, Effect of Heavy Metal Contamination on the Compressibility and Strength Characteristics of Chemically Modified Semiarid Soils, Journal of Hazardous, Toxic and Radioactive Waste, 24(4).(2020) 04020029.
[23] J.Zang, W.Wang, Z. Wang, L. Zheng, X.Xie ,Field Test on Electro-Osmosis in a Heavy Metal Contaminated Soil: Electrokinetic Remediation and Reinforcement of the soil, Int. J. Electrochem. Sci, 54.(2020) 1230-1241.
[24] H. Kurama, A. Zimmer, W. Reschetilowski, Chemical Modification Effect on the Sorption Capacitiesof Natural Clinoptilolite, Chem Eng Techno, 25(3).(2002) 301-305.
[25] K.He, Y.Chen, Z.Tang, Y.Hu, Removal of heavy metal ions from aqueous solution by zeolite synthesized from fly ash, Environmental Science and Pollution Research, 3.(2016) 2778 – 2788.
[26] S.Taheri, T.Ebadi, R. Maknoon, M. Amiri, Predicting variations in the permeability and strength parameters of a sand-bentonite mixture (SBM) contaminated simultaneously with lead (II) and diesel. Applied Clay Science, 157.(2018) 102-110.
[27] G.Spagnoli, D. Rubinos, H. Stanjek, T. Fernández-Steeger, M.. Feinendegen, M. R. Azzam, Undrained shear strength of clays as modified by pH variations, Bulletin of Engineering Geology and the Enviro nment, 71(1).(2012) 135-148.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 53، شماره 12
اسفند 1400
صفحه 5357-5376

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار