بررسی بازدهی روش الکتروکینتیک در حذف جیوه از خاک رس آلوده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران، دانشگاه تربیت مدرس.

2 عضو هیات علمی جهاد دانشگاهی تربیت مدرس، پژوهشکده فرآوری مواد معدنی، تهران، *(مسوول مکاتبات)

3 دانشیار مهندسی محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس.

چکیده

زمینه و هدف: به روش احیای خاک­های آلوده با استفاده از میدان الکتریکی، الکتروکینتیک گفته می­شود که بیشتر برای آلاینده زدایی فلزات سنگین، آنیون ها و ترکیبات آلی قطبی از خاک استفاده می­شود. در این مطالعه به بررسی بازدهی حذف جیوه از خاک رس (با نسبت وزنی کائولن به ماسه 2 به 1) با اعمال این روش و تعیین شرایط حذف بهینه پرداخته شده است. کائولن به علت جذب شدید آلاینده و شبیه سازی مناسب سایت آلوده، شرایط مناسبی برای ارزیابی بازدهی روش الکتروکینتیک فراهم می­کند.
روش بررسی: در این تحقیق، غلظت جیوه کل خاک 800 mg/kg و مدت زمان آزمایش ها 32 روز در نظر گرفته شدند. آزمایش ها در دو گرادیان ولتاژ 1 و 5/1 VDC/cm و به ازای به کارگیری محلول های 1/0 مول Na-EDTA، 1/0 و 4/0 مول KI و آب مقطر به عنوان کاتولیت انجام شدند.
بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان دادند که بهترین بازدهی (03/99%) زمانی به­ دست آمد که محلول 4/0 مول KI با گرادیان ولتاژ 1 VDC/cm به کار گرفته شد. در ادامه پروفیل های جریان الکتریکی، pH مخازن کاتد و آند و pH، رطوبت و هدایت الکتریکی خاک ترسیم شدند و مورد بحث قرار گرفتند. 

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست ، دورههفدهم، شماره سه، پاییز 94

 

بررسی بازدهی روش الکتروکینتیک در حذف جیوه از خاک رس آلوده

 

آرش کیایی[1]

محمد رضا توکلی محمدی[2]*

mr.tavakolimohammadi@modares.ac.ir

احمد خدادادی[3]

 

تاریخ دریافت:18/4/90

تاریخ پذیرش:22/8/90

 

چکیده

زمینه و هدف: به روش احیای خاک­های آلوده با استفاده از میدان الکتریکی، الکتروکینتیک گفته می­شود که بیشتر برای آلاینده زدایی فلزات سنگین، آنیون ها و ترکیبات آلی قطبی از خاک استفاده می­شود. در این مطالعه به بررسی بازدهی حذف جیوه از خاک رس (با نسبت وزنی کائولن به ماسه 2 به 1) با اعمال این روش و تعیین شرایط حذف بهینه پرداخته شده است. کائولن به علت جذب شدید آلاینده و شبیه سازی مناسب سایت آلوده، شرایط مناسبی برای ارزیابی بازدهی روش الکتروکینتیک فراهم می­کند.

روش بررسی: در این تحقیق، غلظت جیوه کل خاک 800 mg/kg و مدت زمان آزمایش ها 32 روز در نظر گرفته شدند. آزمایش ها در دو گرادیان ولتاژ 1 و 5/1 VDC/cm و به ازای به کارگیری محلول های 1/0 مول Na-EDTA، 1/0 و 4/0 مول KI و آب مقطر به عنوان کاتولیت انجام شدند.

بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان دادند که بهترین بازدهی (03/99%) زمانی به­ دست آمد که محلول 4/0 مول KI با گرادیان ولتاژ 1 VDC/cm به کار گرفته شد. در ادامه پروفیل های جریان الکتریکی، pH مخازن کاتد و آند و pH، رطوبت و هدایت الکتریکی خاک ترسیم شدند و مورد بحث قرار گرفتند.

 

واژه­های کلیدی: پالایش الکتروکینتیک، خاک آلوده، جیوه، KI، Na-EDTA 


مقدمه


فلزات سنگین از آلاینده های پایدار و بادوام محیط زیست به شمار می آیند، چون از بین نرفته و تجزیه نمی شوند. بنابراین اگرچه بسیاری از این فلزات برای حیات ضروری هستند، اما زمانی که مقدار آن­ها از حد مجاز فراتر رود باعث تجمع زیستی­شان در زنجیره غذایی شده و خطرات زیادی را به وی‍ژه برای سلامت انسان­ها به دنبال دارند (1).

از میان چهار فلز سنگین جیوه، سرب، کادمیوم و آرسنیک که با توجه به حد مجاز پایین آن­ها در محیط زیست، خطرناک­ترین فلزات سنگین محسوب می شوند، جیوه تنها فلزی است که تجمع و تغلیظ آن در امتداد یک زنجیره غذایی به­طور مسلم تایید شده است (2). این خصیصه همراه با ویژگی هایی از قبیل سمیت بسیار بالا، قابلیت اختلال در اکوسیستم خاک و آلایندگی بالای سفره های آب زیر زمینی، جیوه را به خطرناک­ترین فلز سنگین تبدیل کرده است (3). مقادیر آمده در جداول (1) و (2) سمیت بالاتر جیوه را نسبت به سه عنصر مذکور نشان می دهد:

 

 

جدول 1- استاندارد آب آشامیدنی برای فلزات سنگین بر حسب ppb (4)

فلز

سازمان محیط زیست آمریکا

کانادا

سازمان بهداشت جهانی

جیوه

2

1

1

آرسنیک

2

25

10

کادمیوم

5

5

5

سرب

20

10

10

 

جدول (2) استاندارد خروجی فاضلاب برای فلزات سنگین بر حسب ppb (4)

فلز

تخلیه به آب های سطحی

تخلیه به چاه

مصارف کشاورزی و آبیاری

جیوه

ناچیز

ناچیز

ناچیز

آرسنیک

100

100

100

کادمیوم

100

100

50

سرب

1000

1000

1000

 

 

از این رو، اگرچه از سالیان بسیار دور از اشکال مختلف جیوه (به علت ویژگی های جالب و منحصر به فردشان) در موارد مختلف استفاده شده است، ولی امروزه به علت وضع قوانین سختگیرانه زیست محیطی، این ترکیبات در بسیاری از این کاربردها مطابق جدول (3) جایگزین شده اند.

 

 

 

 

 

 

جدول (3) گزینه های موجود برای جایگزینی با جیوه (5)

کاربردها

جایگزین ها

قیمت نسبت به تکنولوژی حاضر

استفاده از سلول های جیوه برای تولید کلر، هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم

بهترین تکنولوژی در دسترس استفاده از سلول‌‌های غشایی می‌باشد

هزینه های سرمایه گذاری برای تبدیل به فرآیندهای دیگر قابل توجه است، اما برق و هزینه مواد اولیه برای فرآیند غشاء و فرآیندهای غشایی و نیز هزینه های دفع و انهدام به مراتب کمتر از فرآیند سلول جیوه می‌باشد.

آمالگام دندانپزشکی

در نتیجه پیشرفت­های فن آوری در سال­های اخیر، انواع جدیدتر مواد شامل گالیوم، سرامیک، پرسلن، پلیمر، کامپوزیت و غیره جایگزین آمالگام جیوه به صورت تجاری شده است.

برخی جایگزین­ها دارای هزینه تولید کمتر و برخی دارای هرینه تولید بالاتر از آمالگام جیوه هستند و نیز برخی دارای قابلیت کاربرد ساده تر و برخی مشکل تر هستند، اما هیچ کدام از آن‌ها نیازمند داشتن سیستم ویژه تصفیه فاضلاب در مراکز دندانپزشکی نمی‌باشند.

باتری های اکسید جیوه و جیوه- روی

باتری های روی بدون جیوه جایگزین ‌های مناسب می‌باشند اما هم­ چنان تا 10 میلی گرم جیوه در آن ها استفاده می‌شود.

هزینه تولید این جایگزین ها از باتری های اکسید جیوه و جیوه- روی بیشتر می باشد، ولی در مقابل شهرداری‌ها از پرداخت هزینه های بالا جهت جمع‌آوری و انهدام تحت شرایط خاص معاف می‌گردند.

دیگر باتری ها

در حال حاضر اکثر باتری­ها فاقد عناصر جیوه و کادمیم می‌باشند.

در کل هزینه تولید باتری‌های جدید بیشتر از باتری‌های حاوی جیوه و کادمیم می‌باشد، اما در دراز مدت و از نظر کاربرد بسیار بهتر و برتر از باتری های جیوه می‌باشد.

 

 

با وجود این، به دلیل فعالیت های گذشته و اخیر، مقادیر و اشکال متفاوتی از جیوه در محیط زیست انتشار یافته اند که می­توانند انسان و اکولوژی را در معرض خطر قرار دهند. لذا روش­های گوناگونی برای پالایش جیوه به کار گرفته شده و یا در حال توسعه می باشد که برخی از آن­ها در جدول (4) آمده است.


 

جدول (4) انواع تکنولوژی های پالایش جیوه

انواع تکنولوژی های پالایش

زیر بخش ها

مراجع قابل استفاده

حفاری و تصفیه خارج از محل

جداسازی فیزیکی

(6و7)

تصفیه گرمایی (حرارتی)

(7، 8، 9و10)

تصفیه به روش هیدرومتالورژی

(11)

بازیافت در محل

استخراج بخار از خاک به همراه حرارت دادن به خاک

(12و13)

دیواره های واکنش پذیر تراوا

(14و15)

شستشو در محل و استخراج

(8و14)

جداسازی به روش الکتروکینتیک

(7، 16، 17 و 18 )

تکنولوژی های پالایشی الکتروشیمیایی

(8)

سیستم های جداساز

(8)

پالایش توسط گیاهان

(8)

پالایش غیر فعال - نیزارها

(19)

محدود نگه داشتن

پمپاژ و تصفیه

(8)

دیواره های ناتراوا، آب بندی سطوح و زهکش ها

(14)

تثبیت و جامدسازی

(8و14)

اندود سازی رسوب

(20)

 

 

از میان تکنولوژی های موجود، روش­هایی مانند حفاری و تصفیه خارج از محل خاک­های آلوده و اقدامات محصور نگه داشتن، کاربرد گسترده­ای دارند و به درستی درک شده اند، هر چند این روش­ها اغلب دارای صرفه اقتصادی نیستند یا این­که از لحاظ فنی آسان نمی­باشند. در مقابل، روش های در محل اضطراری مانند دیواره های واکنش دهنده تراوا و شستشو ممکن است برای بسیاری از سایت های آلوده به جیوه مناسب تر باشند.

 

2- اصول روش الکتروکینتیک

به فرآیند احیای خاک های آلوده با استفاده از میدان الکتریکی الکتروکینتیک گفته می­شود که با عباراتی نظیر فرآیند الکتروکینتیکی خاک، تجدید حیات الکتریکی، رفع آلودگی الکتروشیمیایی و احیای الکتریکی نیز از آن یاد می­شود (21). این روش به طور جزیی به وسیله Lageman توصیف شده است (18). در این سیستم (شکل 1)، به منظور اعمال چندین میلی آمپر بر هر سانتی متر مربع خاک بین الکترودها، از جریان مستقیم در حد کم استفاده می شود. بدین ترتیب پتانسیل الکتریکی به مقدار چند ولت بر سانتی متر خاک بین دو الکترود اعمال می شود. برای عملکرد موثر این سیستم نیاز است که آب حفره ای خاک بتواند از پتانسیل الکتریکی بین الکترودها نگه داری کند (22).

 

 

شکل (1) پالایش خاک به وسیله الکتروکینتیک (23)

 

 

با اعمال جریان در سیستم خاک – آب در شرایط اشباع یا غیر اشباع نتایج زیر حاصل می شود:

  1. گونه­های یونی موجود در آب حفره­ای خاک به سمت الکترود با بار مخالف حرکت می کنند (پدیده مهاجرت الکتریکی).
  2. ذرات باردار موجود در آب حفره­ای خاک به سمت الکترود با بار مخالف حرکت می کنند.
  3. توده آب به سمت کاتد حرکت می­کند (پدیده الکترواسمز).
  4. واکنش الکترولیز در الکترودها رخ می دهد (24).

ترکیب این پدیده­ها، جابه­جایی آلاینده­های یونی به سمت الکترودها را نتیجه می دهد. جهت و میزان حرکت، به بار یون­ها (هم بزرگی و هم نوع)، درجه جذب یون ها به ذرات خاک و مقدار سرعت جریان الکترواسمز بستگی دارد. آلاینده هایی که به الکترودها می رسند می­توانند توسط استخراج آب موجود در خلل و فرج خاک در نزدیک الکترودها، جذب آلاینده ها روی الکترودها، ترسیب یا هم رسوبی آلودگی در الکترودها یا تشکیل کمپلکس با رزین های تعویض یونی حذف شوند (25).

مطالعات صورت گرفته در زمینه پالایش خاک های آلوده به جیوه با این روش اندک می باشد. Cox در سال 1996 محلول شستشوی یداین(I2) / یداید(I-) قرار گرفته در کاتد را به منظور پالایش خاک های آلوده به HgS توسط این روش مورد بررسی قرار داد. هدف از این مطالعه، استفاده از محلول شستشو برای اکسید کردن ترکیبات HgS در خاک بود. این عمل باعث می شد که جیوه به شکل کمپلکس محلول HgI42- آزاد شود. سپس این کمپلکس آنیونی به سمت مخزن آند که در آن­ جا می­توانست حذف شود، حرکت می کرد. نتایج بررسی های Cox نشان داد که به سبب حلالیت کم ترکیبات جیوه در بیشتر خاک های طبیعی، پالایش به روش الکتروکینتیک خاک های آلوده به جیوه مشکل است (26). تحقیق دیگر صورت گرفته در این زمینه مرتبط با مطالعات انجام شده توسط Reddy و همکارانش در سال 2003 بود. آن ها نیز به بررسی حذف جیوه توسط محلول شستشوی KI روی دو نوع خاک کائولین و glacial till پرداختند (23). در این مطالعه، در راستای توسعه تحقیقات صورت گرفته در این زمینه، به بررسی میزان بازدهی حذف جیوه از خاک آلوده مصنوعی با این روش در حضور کاتولیت های آب مقطر، 1/0 مولار Na-EDTA، 1/0 مولار KI و 4/0 مولار KI پرداخته شده است.

 

3- مواد و تجهیزات

3-1- خاک مورد استفاده

در این پژوهش از خاکی با نسبت وزنی 2 به 1 کائولینیت به ماسه استفاده شده است. مشخصات فیزیکی و شیمیایی این خاک در جدول (5) آمده است. کائولینیت نوعی رس است که علاوه بر ریز دانه بودن دارای خاصیت بافری کم نیز می باشد و لذا شرایط مناسبی را از نظر سهولت فعالیت الکتروکینتیک فراهم می سازد. ماسه مورد استفاده نیز هم به صورت عبوری از الک شماره 40 (420/0 میلی متر) و هم مانده روی الک شماره 200 (075/0 میلی متر) بود که پس از قرار گرفتن در اسید سولفوریک 2% به مدت 24 ساعت، با آب شستشو داده شد. این خاک به طور مصنوعی به 800 میلی گرم Hg (II) بر کیلوگرم خشک خاک آلوده شد.

 

 

جدول (5) مشخصات خاک مخلوط کائولینیت و ماسه

حد روانی (%)

65

رطوبت بهینه (%)

25

pH

92/7

حد خمیری (%)

18

دانسیته خشک خاک (g/cm3)

62/1

هدایت الکتریکی (μS/cm)

7680

 

 

3-2- مواد شیمیایی

برای تولید خاک آلوده به جیوه از کلرید جیوه (HgCl2) استفاده شد. یکی از مواد استخراج کننده در مخزن، کاتد یدید پتاسیم (KI) بود که در دو غلظت 1/0 و 4/0 مولار به کار رفت. ماده استخراج کننده دیگر دی سدیم اتیلن دی آمین تترا استات (Na-EDTA) بود که با غلظت 1/0 مولار استفاده گردید. جهت شستشوی ماسه و سلول ها نیز اسیدهای سولفوریک و نیتریک به کار گرفته  شد.

 

2-4- مشخصات پایلوت آزمایشگاهی

شکل (2) سیستم مورد استفاده در این پژوهش را نشان می دهد. مطابق این شکل، چهار پایلوت از جنس پلکسی گلاس به شکل یک مکعب مستطیل با مقطع داخلی 4 در 4 سانتی متر و طول کل 4/26 سانتی متر ساخته شد. هر پایلوت از سه قسمت تشکیل شده است. قسمت میانی به طول 12 سانتی متر، محل قرارگیری نمونه خاک متراکم شده و دو قسمت انتهایی نیز محل نصب الکترودها (به طول 2 سانتی متر) و ذخیره الکترولیت­ها (محلول­های آنولیت و کاتولیت به طول 4 سانتی متر) می­باشد. برای تخلیه گازهای اکسیژن و هیدروژن که به ترتیب در آند و کاتد تولید می شوند، در قسمت فوقانی محفظه­ها و روی در هر سلول دریچه های کوچکی تعبیه گردید. برای هر سلول نیز دو مخزن استوانه ای شکل با حجم بیش از cc 700 در نظر گرفته شد که از طریق دو لوله پلاستیکی به سلول متصل شدند. این مخازن محل نگه داری محلول های آنولیت و کاتولیت می باشند. در هر مخزن، لوله سر ریز در جایی قرار داده شد که مقدار مایع درون مخزن استوانه ای دارای حجمی برابر 700 میلی لیتر و ارتفاع 10 سانتی متر باشد. به منظور جلوگیری از ورود دانه­های خاک و یا ذرات جدا شده از الکترودها به سایر بخش­ها، در حد فاصل بین محل نصب الکترودها و قسمت میانی، از یک لایه فیلتر از جنس فایبرگلاس به ضخامت 4/1 میلی متر و قطر منافذ 6 میکرون استفاده شد. الکترودهای مصرفی در این پژوهش از جنس گرافیت با مقطع 23 در 15 و ارتفاع 40 میلی متر بودند. هر الکترود در یک محفظه آب بندی شده قرار داشت که یک سر آن به مخازن و طرف دیگر آن به خاک متصل بود. این الکترودها به وسیله سیمی از جنس مس با قطر 3 میلی متر به منبع تغذیه متصل شدند. دانسیته جریان به کار گرفته شده در این تحقیق 5/0 ma/cm2 بود که بر اساس بهترین نتایج مطالعات قبلی انتخاب گردید. گرادیان­های ولتاژ اعمالی به خاک مورد آزمایش نیز 1 و 5/1 VDC/cm بودند که اولی به سبب مناسب ذکر شدن در مطالعات قبلی و دومی جهت مقایسه با گرادیان ولتاژ نخستین انتخاب شد. برای تامین میدان الکتریکی و سنجش ولتاژ و آمپراژ نیز به ترتیب از یک منبع تغذیه با جریان مستقیم و ولتاژ ثابت 12 و 18 ولت و یک مولتی متر بسیار دقیق دیجیتالی استفاده گردید.

 

 

 

شکل (2) سیستم مورد استفاده در آزمایش الکتروکینتیک

 

 

4- نتایج و بحث


4-1- حذف جیوه

هدف از انجام این پژوهش، بررسی بازدهی حذف جیوه از خاک آلوده مصنوعی به روش الکتروکینتیک و تعیین شرایط حذف بهینه بود. از این رو برای بررسی میزان کارایی این روش در حذف جیوه از کائولینیت استفاده شد. کائولینیت نوعی رس است که دارای قابلیت زیادی برای جذب کاتیون­هاست. هم چنین دانه های آن بسیار ریز بوده و سطح ویژه نسبتاً بالایی دارد. بنابراین آلاینده مورد آزمایش (Hg(II)) پیوندهای محکمی با سطح منفی آن تشکیل داده و به شدت جذب ذرات ریز آن شد. به عبارت دیگر آلاینده پس از جذب شدن به سطح ذرات آن به راحتی قابلیت واجذبی نداشت و حذف آن از خاک به وسیله شستشو با آب میسر نبود. بنابراین کاهش غلظت جیوه در خاک بیانگر کارایی بالای فرایند الکتروکینتیک در حذف آلاینده بود.

 

4-1- 1- در گرادیان ولتاژ 1  VDC/cm

اشکال (3) و (4) به ترتیب غلظت باقیمانده جیوه و درصد حذف آن را از خاک آلوده مصنوعی پس از عملیات پالایش به روش الکتروکینتیک با اعمال ولتاژ 12 ولت به دو سر سلول ها نشان می دهند.

 

 

شکل (3) غلظت جیوه موجود در خاک آلوده مصنوعی با گرادیان ولتاژ 1 VDC/cm

 

 

 

شکل (4) درصد حذف جیوه از خاک آلوده مصنوعی با گرادیان ولتاژ 1 VDC/cm

 

 

از بررسی این نمودارها دریافت می­شود که انجام این روش با استفاده از آب مقطر به عنوان شاهد در مخزن کاتد بازده نسبتا کمی دارد. علت این امر حلالیت کم ترکیبات جیوه در بیشتر خاک ها می باشد. نتایج هم چنین نشان می دهند که به علت مثبت بودن بار جیوه (Hg2+)، راندمان حذف آن در خاک مجاور کاتد بیشتر می باشد.

استفاده از محلول 1/0 مولار Na-EDTA (Na2H2Y) به عنوان کاتولیت بازدهی بین 48 تا 64 درصد به همراه داشت که بیشترین بازده متعلق به خاک نزدیک آند بود. Na2H2Y در اثر هیدرولیز به H2Y2-،HY3- و-y4تبدیل می­شود و مقدار-y4 در pHهای بالاتر افزایش می­یابد. در اثر ترکیب Na2H2Y با جیوه دو ظرفیتی و هیدرولیز شدن آن، ترکیبات HgH2Y، HgHY- وHgY2-  تشکیل می شوند که درصد هرکدام از این ترکیبات به مقدار pH محیط بستگی دارد. در این پژوهش به علت پایین بودن pH خاک داخل سلول، بازدهی حذف جیوه چندان بالا نبود. هم چنین به دلیل مثبت بودن بار آند و منفی بودن بار مقداری از کمپلکس تشکیل شده، راندمان حذف درخاک نزدیک آند بالاتر از سایر قسمت ها بود.

با استفاده از محلول 1/0 مولار KI در مخزن کاتد به عنوان کاتولیت، بازدهی بین 62/93 تا 62/97 درصد به دست آمد. نمک یدید پتاسیم (KI) در ترکیب با Hg(II) کمپلکس پایدار-HgI42را تشکیل داد و با حرکت به سمت آند (قطب مثبت) از خاک مورد پاک­سازی قرار گرفته خارج شد. دستیابی به این راندمان بالا به علت حلالیت کامل کمپلکس HgI42- در خاک برخلاف جیوه بود. در نتیجه با ورود یداید (I-) به خاک جیوه از ماتریس خاک جدا شد و به سمت آند حرکت کرد.

نتایج آزمایش­های انجام شده با کاتولیت 4/0 مولار KI راندمان بهتری را نسبت به کاتولیت 1/0 مولار KI نشان داد. درصد حذف جیوه در این حالت بین 51/98 تا 55/99 درصد بود. این افزایش بازیابی به علت غلظت بالاتر یداید در پایلوت و افزایش احتمال ترکیب جیوه با آن بود. بدین ترتیب مقدار بیشتری از جیوه به فرم HgI42- تبدیل شد و این امر افزایش راندمان حذف را به دنبال داشت. در این حالت نیز به علت بیشتر بودن نیروی جذب در نزدیکی آند (با بار مثبت)، راندمان حذف در نزدیکی آن بیشتر از دیگر قسمت­ها بود.

 

4-1- 2- در گرادیان ولتاژ 5/1  VDC/cm

اشکال (5) و (6) به ترتیب غلظت باقیمانده جیوه و درصد حذف آن را از خاک آلوده مصنوعی پس از عملیات پالایش به روش الکتروکینتیک با اعمال ولتاژ 18 ولت به دو سر سلول ها نشان می دهند.

 

 

 

شکل (5) غلظت جیوه موجود در خاک آلوده مصنوعی با گرادیان ولتاژ 5/1 VDC/cm

 

شکل (6) درصد حذف جیوه از خاک آلوده مصنوعی با گرادیان ولتاژ 5/1 VDC/cm

 

 

راندمان­های حذف (از کاتد به سمت آند) در سلول شماره یک که به عنوان شاهد مورد آزمایش قرار گرفت و محلول کاتولیت آن آب مقطر بود، به ترتیب 71، 49، 31 و 30 درصد بودند. به دلیل افزایش گرادیان اعمال شده به خاک (VDC/cm 1.5)، بازده 71% برای نمونه خاک در مجاورت کاتد به دست آمد. هر چند بازده دو نمونه خاک در مجاورت آند به دلایل دور بودن از کاتد (قطب منفی) و حلالیت کم جیوه در آن ها پایین بود.

به کارگیری Na-EDTA به عنوان کاتولیت نیز بازده مناسبی به همراه نداشت. در این حالت، راندمان های حذف از کاتد به سمت آند به ترتیب برابر 41، 39، 45 و 64 درصد بودند. علت بیشتر بودن بازده خاک در نزدیکی آند، منفی بودن برخی از کلمپکس­های تشکیل شده و نیروی جذب بیشتر در مجاورت قطب مثبت (آند) بود.

حذف جیوه با استفاده از محلول شستشوی 1/0 مولار KI و گرادیان ولتاژ 5/1 VDC/cm بازده بسیار خوبی داشت. راندمان­های به دست آمده در قسمت­های مختلف خاک، بین 90 تا 94 درصد متغیر بودند. در این حالت نیز به علت بیشتر بودن نیروی جذب یون­ها در نزدیکی آند، بهترین راندمان برای نمونه خاک در مجاورت آند به دست آمد. آزمایش های انجام شده با کاتولیت 4/0 مولار KI نیز منجر به حذف جیوه با راندمان های 7/96، 99، 7/98 و 3/98 درصد به ترتیب از کاتد به سمت آند شدند.

 

4-1- 3- مقایسه نتایج حذف جیوه در گرادیان ولتاژ های مختلف

در شکل (7)، غلظت­های جیوه موجود در خاک پس از عملیات پالایش با دو گرادیان ولتاژ 1 و 5/1 VDC/cm مقایسه شده­اند. همان طور که ملاحظه می شود، در سه حالتی که کاتولیت مورد استفاده M Na-EDTA 1/0، M KI 1/0 و M KI 4/0 بود، راندمان حذف در گرادیان ولتاژ 1 VDC/cm نسبت به 5/1 VDC/cm بیشتر بود.  هر چند در مورد سلول­های شاهد که کاتولیت آن مانند آنولیت­های آب مقطر بود، اعمال گرادیان ولتاژ 5/1 VDC/cm نتیجه و راندمان بهتری را نسبت به 1 VDC/cm نشان داد.


 

شکل (7) مقایسه بین دو گرادیان ولتاژ گوناگون در تصفیه خاک آلوده مصنوعی

 


4-2-  تغییرات جریان عبوری از خاک

 

شکل (8) جریان عبوری از خاک را در کل دوره زمانی پالایش به روش الکتروکینتیک، در دو گرادیان ولتاژ 1 و 5/1 VDC/cm نشان می دهد. همان طور که از دو نمودار مشخص است، در آزمایش­های انجام گرفته با کاتولیت آب مقطر و Na-EDTA، ابتدا جریان سیر نزولی داشت و پس از گذشت 4 تا 5 روز، نوسان جریان تا پایان دوره آزمایش بسیار اندک بود. اما در آزمایش های انجام گرفته با محلول 1/0 و 4/0 مولار KI، ابتدا جریان سیر صعودی داشت ولی پس از گذشت 2 تا 3 روز جریان افت شدیدی پیدا کرد و پس از 4 تا 6 روز، نوسان جریان تا پایان دوره آزمایش بسیار اندک بود.

 


 

شکل (8) تغییرات جریان در خاک آلوده مصنوعی: (الف) 1VDC/cm (ب) 5/1 VDC/cm

 


برای توجیه علمی این رفتار می­توان گفت هنگامی که آب به خاک اضافه می شود،‌ نمک­های موجود در ذرات خشک خاک در آب حل می­شوند و یک محلول یونی به وجود می­آورند. هنگامی­که گرادیان ولتاژ اعمال می­شود، به علت غلظت زیاد یون­ها، جریان عبوری ابتدایی بالاست. با گذشت زمان و مهاجرت الکتریکی کاتیون­ها و آنیون­ها به سمت الکترود مربوطه جریان کاهش می یابد. هم چنین ممکن است فرآورده­های واکنش­های الکترولیز نیز درخنثی سازی مهاجرت یون­ها مشار