پاکسازی خاک های آلوده به نفت با استفاده از پرتوافکنی ماکروویو

چکیده آلودگی خاک یکی از مشکلات محیط زیست در بسیاری از کشورهای درحال توسعه و صنعتی است. با توجه به توسعه صنایع پتروشیمی، نفت و گاز حجم زیادی از آلاینده های نفتی در خاک رها می شود. روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی و زیستی برای حذف و یا کاهش آلاینده های نفتی در محیط های آبی و خاکی مورداستفاده قرارگرفته است که هر یک مزایا و معایبی دارند. در بین روش های جدید، شیوه گرمایی یا حرارتی موردتوجه قرارگرفته که ازلحاظ کارایی و صرفه جویی در زمان نسبت به سایر روش ها متمایز است. پرتو افکنی ماکروویو به عنوان یکی از روش های حرارتی پتانسیل لازم را برای پاک سازی خاک های آلوده به آلاینده های آلی ازجمله هیدروکربن های نفتی دارد. با توجه به لزوم استفاده از یک روش ساده و سریع برای حذف آلاینده های نفتی در خاک های با آلودگی بالا، این پژوهش به منظور بررسی پرتو افکنی ماکروویو بر حذف و یا کاهش کل هیدروکربن های نفتی (tphs) و هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای (pahs) در خاک های آلوده انجام شده است. نمونه برداری خاک از مناطق آلوده و غیر آلوده پالایشگاه تهران به صورت مرکب از عمق 20-0 سانتی متری خاک انجام شد.این پژوهش در دو بخش انجام شد. در بخش اول نمونه های خاک در معرض پرتو مایکرویو با شدت (770، 1100 و 1250 وات) و بازه های زمانی مختلف (5، 10 و 15 دقیقه) قرار گرفت و حذف هیدروکربن های نفتی در خاک بررسی شد. به منظور بهینه سازی شرایط تجزیه رطوبت خاک (1، 5 و 10 درصد وزنی)، کربن فعال (0، 5/2 و 5 درصد وزنی) بر کارایی این روش نیز بررسی گردید. بهینه سازی برداشت آلاینده های نسفتی از خاک با استفاده از آزمون تاگوچی با آرایش l9 و با در نظر گرفتن بیشترین مقدار سیگنال به نویز (s/n) به عنوان کارآمدترین پارامتر صورت گرفت. همچنین تأثیر پرتوافکنی ماکروویو بر برخی خصوصیات شیمیایی و بیولوژیک خاک مانند درصد مواد آلی، تنفس و فعالیت میکروارگانیسم ها و جمعیت باکتری های نیز اندازه گیری شد. در قسمت دوم پژوهش، کارایی پرتوافکنی ماکروویو با در نظر گرفتن شرایط بهینه بر حذف ترکیبات مختلف نفتی در یک خاک آلوده شده به ترکیبات نفت خام، نفت سفید، دیزل سبک و دیزل سنگین با غلظت 5% وزنی بررسی گردید. همچنین تأثیر این روش بر کاهش و حذف نفت خام در غلظت های 1، 5 و 10 درصد وزنی نیز بررسی شد. غلظت هیدروکربن ها در مواد تسخیرشده حین فرآیند که به وسیله مبرد سرد و جمع آوری شده بودند نیز اندازه گیری گردید. عصاره گیری خاک در شرایط بهینه سازی با روش سوکسله و در بخش دوم به کمک روش عصاره گیری مایع تحت فشار(ple) انجام شد. اندازه گیری هیدروکربن ها در بخش بهینه سازی به کمک روش وزنی و در بخش دوم به کمک دستگاه های gc-fid و gc-ms انجام گرفت. نتایج نشان داد که شرایط بهینه شامل رطوبت 1% وزنی، کربن فعال 5% وزنی، قدرت ماکروویو 1100 وات و زمان پرتودهی 15 دقیقه بود. در فرایند پاک سازی ماکروویو رطوبت، مقدار کربن فعال، شدت پرتوافکنی و زمان به ترتیب بیشترین تأثیر را بر کارایی حذف هیدروکربن های نفتی در خاک نشان دادند. کارایی حذف tphs در خاک های حاوی 5 و 10 درصد وزنی نفت خام حدود 80 درصد و در خاک های حاوی 1% وزنی نفت خام 100 درصد بود. پرتوافکنی ماکروویو منجر به حذف آلکان های خطی با زنجیره 10 تا 25 و 25 تا 35 کربن بود. در خاک های آلوده به نفت سفید پس از پرتوافکنی ماکروویو کل هیدروکربن های نفتی در خاک حذف شدند. پس از پرتودهی ماکروویو حذف ترکیبات آروماتیک با تعداد حلقه های کمتر (مانند بنزن) در خاک نسبت به ترکیبات با حلقه های بیشتر (مانند کریزن و پایرن) بیشتر بود که علت آن پایین بودن دمای تبخیر آن ها است. بیشترین مقدار حذف ترکیبات pahs در نمونه های آلوده به دیزل سبک و کمترین در خاک آلوده به نفت سفید بود. به طورکلی می توان نتیجه گرفت که پرتوافکنی ماکروویو یک روش کارآمد و سریع در حذف هیدروکربن های نفتی در خاک های با آلودگی زیاد است. بااین وجود تبخیر آلاینده ها به محیط، تشکیل آلاینده های ثانویه و اقتصادی بودن روش در مقیاس میدانی باید در نظر گرفته شود.