بررسی اثر جایگزینی زئولیت و خاکستر سبوس برنج با کانی های مختلف رسی بر رفتار خاک های آلوده

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران و منابع زمین، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

2 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی ، اردبیل

3 دانشکده مهندسی عمران و منابع زمین، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی تهران

چکیده

نشت فلزات سنگین و سمی، یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد آلودگی در خاک‌ها است. عناصر سنگین توسط فاضلاب‌های آلوده به این فلزات و یا از طریق نشت از مخازن ذخیره و خطوط لوله انتقال آن‌ها وارد محیط‌زیست می­گردد، که پیامد آن آلودگی خاک و آب‌های زیرزمینی به این ترکیبات سمی می­ باشد. حضور فلزات سنگین در خاک باعث تغییر در ساختار و معادلات رفتاری خاک می ­شود که این امر موجب تغییر در پارامترهای مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی خاک می­ گردد. با توجه به این ­که ملاحظات اقتصادی همواره به‌عنوان یکی از اصول اساسی در طرح ­ها مطرح می­ گردد، استفاده از جاذب‌های طبیعی و ارزان‌قیمتی که دارای فراوانی کافی در طبیعت نیز باشند، به‌عنوان یکی از راهکارهای بهسازی در خاک‌هایی که در معرض آلوده قرار دارند، مورد توجه پژوهشگران است. در این تحقیق از دو رویکرد به رفتار خاک­ های آلوده پرداخته شده است. در رویکرد اول، رفتار کانی های مختلف رسی در حالت آلوده با فلز سنگین نیترات روی، مورد بررسی قرار گرفته و برای این منظور ترکیب ماسه با 20% ریزدانه رسی انتخاب و تأثیر تغییر نوع کانی رسی بر پارامترهای مقاومتی در دو حالت آلوده و غیرآلوده با یکدیگر مقایسه شده است. در رویکرد دوم، 10% از ریزدانه ­های رسی حذف و جاذب فلزات سنگین (زئولیت و خاکستر سبوس برنج) جایگزین ریزدانه­ های رسی شده و تغییرات مقاومتی مورد بررسی قرار می­گیرد. ورود فلزات سنگین به خاک­ های رسی با خاصیت خمیری کم، سبب کاهش مقاومت نهایی نسبت شده است ولیکن مقاومت نهایی در ترکیب خاک کائولینیت ­دار به ­همراه جاذب زئولیت در حدود 50% درصد نسبت به مقاومت خاک کائولینیت دار بدون جاذب در هر دو حالت آلوده و غیرآلوده افزایش یافته است. اگرچه جایگزینی جاذب­ های زئولیت و خاکستر سبوس برنج با هر دو نوع ریزدانه رسی (کائولینیت و بنتونیت) سبب افزایش حدوداً 50% تا 60% در مقاومت نهایی شده است، ولیکن با توجه به این­که ظرفیت جذب زئولیت در حدود 34% درصد نسبت به خاکستر سبوس برنج بیشتر است. بر همین اساس می­توان گفت استفاده از جاذب زئولیت در ترکیب، سبب افزایش عملکرد ژئوتکنیکی و زیست­ محیطی ترکیب می­ گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Zeolite and Rice Husk Ash with Different Clay Minerals on the Behavior of Contaminated Soils

نویسندگان [English]

  • Seyed Alireza Nosrati 1
  • Alireza Negahdar 2
  • Hassan Negahdar 3
  • Mehdi Siavoshnia 3
1 Faculty of Civil and Earth Resources Engineering, Central Tehran branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 Faculty of Civil and Earth Resources Engineering, Central Tehran branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Heavy metal contaminants are the most important and most hazardous type of pollution that needs to be studied both environmentally and geotechnically. There are different concentrations of heavy metals in the soils (Zhang et al, 2019). Engineering properties of contaminated soil tend to significantly change due to chemical reactions between the soil mineral particles and the contaminants (Arasan and Yetimoglu 2008). Chu et al. estimated the shear strength parameters of contaminated soil by lead, zinc and cadmium. The direct shear experiment was performed and results indicated that increase of heavy metal concentration increases shear strength and cohesion. Also, the electrical resistivity of soils decreased with the increase in concentration (Chu et al, 2016). Based on the spreading of the heavy metals such as Lead and Zinc in the most parts of China, Li et at. conducted research on lead contaminated soil in these areas. Samples were made in OMC and MDD and cured for 2 days. Obtained results showed that the increase of the concentration decreased the thickness of diffuse double layer (DDL) and particles were in a flocculated micro structure form. Increasing the flocculation, increased the permeability coefficient of samples (Li et al., 2015). In this study, the effects of zeolites and rice husk ash were investigated. It should be noted that the soil mixture was sand with 20% kaolinite and also sand with 20% bentonite. After determining the performance of these two types of clay minerals in contaminated and uncontaminated conditions, 10% of the fine-grained fraction were reduced and the equivalent of 10% of zeolite or rice husk adsorbents were added.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heavy metals
  • ultimate strength
  • Rice Husk Ash
  • Zinc Nitrate
  • Zeolite
Arasan S, Yetimoğlu T, “Effect of inorganic salt solutions on the consistency limits of two clays”, Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, 2008, 32 (2), 107-115. https://aj.tubitak.gov.tr/engineering/abstract.htm?id=9403
Chai WS, Cheun JY, Kumar PS, Mubashir M, Majeed Z, Banat F, Show PL, “A review on conventional and novel materials towards heavy metal adsorption in wastewater treatment application”, Journal of Cleaner Production, 2021, 296, 126589.
Chen R, Chandra Congress S, Cai G, Duan W, Liu S, “Sustainable utilization of biomass waste-rice husk ash as a new solidified material of soil in geotechnical engineering: A review”, Construction and Building Materials, 2021, 292, 123219.
Chiu A, Akesseh R, Moumouni I, Xiao Y, “Laboratory assessment of rice husk ash (RHA) in the solidification/stabilization of heavy metal contaminated slurry”, Journal of Hazardous Materials, 2019, 371, 62-71.
Chu Y, Liu S, Wang F, Cai G, Bian H, “Estimation of heavy metal-contaminated soils’ mechanical characteristics using electrical resistivity”, Environmental Science and Pollution Research, 2017, 24 (15), 13561-13575.
Chu Y, Liu S, Cai G, Bian H, “A study in the micro-characteristic and electricity properties of silt clay contaminated by heavy metal zinc”, Japanese Geotechnical Society Special Publication, 2016, 14, 556-559. Doi: 10.1007/s11356-017-8718-x
Hassanlourad M, Hossein-Zade Naeini MS, “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.
Karkush MO, Zaboon AT, Hussien HM, “Studying the effects of contamination on the geotechnical properties of clayey soil”, Coupled Phenomena in Environmental Geotechnics, Taylor and Francis Group, London, 2013, 599-607.
Khodaparast M, Haji H, “Effect of oil- contamination on shear strength parameters of grain soils with emphasis on the effect of dimensions of direct shear test box”, Journal of Civil and Environmental Engineering, 2019, 50 (1), 107-118 (In Persian). Doi: 10.22034/CEEJ.2020.11131
Li JS, Xue Q, Wang P, Li ZZ, “Effect of lead (II) on the mechanical behavior and microstructure development of a Chinese clay”, Applied Clay Science, 2015, 105 192-199. Doi: 10.1016/j.clay.2014.12.030
Ling W, Shen Q, Gao Y, Gu X, Yang Z, “Use of bentonite to control the release of copper from contaminated soils”, Soil Research, 2007, 45 (8), 618-623.
Malamis S, Katsou E, “A review on zinc and nickel adsorption on natural and modified zeolite”, Bentonite and Vermiculite: Examination of Process Parameters, Kinetics and Isotherms”, Journal of Hazardus Materials, 2013, 252, 428-461.
Muththalib BA, “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, 2019, 92, 10005.
Nikkhah Nasab S, Hamed Abdeh K, “Physicochemical changes of lead (II) contaminated sand-clay mixture”, SN Applied Sciences 2, 2020, 9, 1-15. Doi: 10.1007/s42452-020-3115-3
Pan Y, Rossabi J, Pan C, Xie X, “Stabilization/solidification characteristics of organic clay contaminated by lead when using cement”, Journal of Hazardous Materials, 2019, 362, 132-139.
Patel AV, “A study on Geotechnical properties of heavy metal contaminated soil”, Indian J Res, 2014, 3 (6), 62-63.
Sheela T, Arthoba Nayaka Y, “Kinetics and thermodynamics of cadmium and lead ions adsorption on NiO nanoparticles”, Chemical Engineering Journal, 2012, 191, 123-131.
Singh BR, Oste L, “In situ immobilization of metals in contaminated or naturally metal-rich soils”, Environmental Reviews 9, 2001, 2, 81-97.
Sunil BM, Shrihari S, Nayak S, “Shear strength characteristics and chemical characteristics of leachate-contaminated lateritic soil”, Engineering Geology 106, 2009, 1-2, 20-25.
Taheri S, Ebadi T, Maknoon R, Amiri M, “Microstructural assessment of the simultaneous impact of hydrocarbon material and heavy metal on sand-bentonite mixture behavior”, Journal of Civil and Environmental Engineering, 2018, 48 (1), 35-42 (In Persian). Doi: 10.22034/CEEJ.2018.7575
Taheri S, Ebadi T, Maknoon R, Amiri M, “Predicting variations in the permeability and strength parameters of a sand-bentonite mixture (SBM) contaminated simultaneously with lead (II) and diesel”, Applied Clay Science, 2018, 157, 102-110.
Vejmelková E, Koňáková D, Kulovana T, Keppert M, Žumár J, Rovnanikova P, Keršner Z, Sedlmajer M, and Černý R, “Engineering properties of concrete containing natural zeolite as supplementary cementitious material: Strength, toughness, durability, and hygrothermal performance”, Cement and Concrete Composites, 2015, 55, 259-267.
Zang J, Wang W, Wang Z, Zheng L, Xie X, “Field test on electro-osmosis in a heavy metal contaminated soil: electrokinetic remediation and reinforcement of the soil”, International Journal of Electrochemical ScienceInt, 2020, 54, 1230-1241.
Zang J, Wang W, Wang Z, Zheng L, Xie X, “Field test on electro-osmosis in a heavy metal contaminated soil: electrokinetic remediation and reinforcement of the soil”, International Journal of Electrochemical ScienceInt, 2020, 54, 1230-1241.
Zhang TT, Xu J, Wang YM, Xue CH, “Health benefits of dietary marine DHA/EPA-enriched glycerophospholipids”, Progress in Lipid Research, 2019, 75, 100997. Doi: 10.1016/j.plipres.2019.100997
Zhang Y, Zheng Y, Han S, Wan SD, Yang H, Duan M, “Experimental study on deformation of heavy metal contaminated expansive soil under cyclic loading”, In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, 237 (2), 022026.
Renji Z, Feng X, Zou W, Wang R, Yang D, Wei W, Li S, Chen H, “Converting loess into zeolite for heavy metal polluted soil remediation based on soil for soil-remediation strategy”, Journal of Hazardous Materials, 2021, 412, 125199.