پيش بيني هيدروكربن هاي نفتي كل با استفاده از تلفيق تكنيك هاي سنجش از نزديك (اسپكتروسكوپي و پذيرفتاري مغناطيسي) درخاك هاي آلوده نفتي و خاك هاي تيمار شده با باكتري هاي تجزيه كننده

آلودگي هيدروكربن¬هاي نفتي خاك مي‌تواند باعث ايجاد خطرات اكولوژيكي، به ويژه از طريق نشت به مخازن آب شده و اثرات مخربي برمنابع طبيعي و سلامت محيط داشته باشد. بنابراين، تشخيص تغييرپذيري مكاني كل هيدروكربن‌هاي نفتي و زيست پالايي آن‌ها در اين خاك‌ها بسيار حياتي است. اين مطالعه در سه بخش انجام شد. بخش اول شامل بررسي تغيير پذيري هيدروكربن‌هاي نفتي و ارتباط آن با پذيرفتاري مغناطيسي و برخي ويژگي‌هاي شيميايي خاك بود. بدين منظور صد نمونه خاك آلوده نفتي كه درجات مختلف آلودگي را نشان مي‌دادند از عمق 0 تا 10 سانتي متري از خاك هاي اطراف تالاب شادگان در استان خوزستان در جنوب ايران برداشت شد. نتايج نشان داد هيدروكربن‌هاي نفتي كل از 2/1 تا 1/18 ٪ (وزني / وزني)، با تغيير χlf از 08/14 تا 93/713 × 10-8 m3 kg-1 متغير بود. بيشترين تنوع (ضريب تغييرات= 12%/107) براي χlf به دست آمد كه نشان دهنده اثرات قابل توجه معدني شدن تركيبات نفتي بر تركيبات آهن¬دار است. همبستگي مثبت بالايي بين ميزان هيدروكربن‌هاي كل نفتي (TPH)، χlf و اشكال مختلف آهن (Fed:آهن استخراج شده توسط CBD، FeO آهن استخراج شده توسط اگزالات، و Fet آهن كل) شناسايي شد. نتايج كاني‌شناسي با استفاده از XRD پودري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، تشكيل كاني‌هاي فري مغناطيسي (مگنتيت، مگهميت) را در طي تجزيه زيستي هيدروكربن‌هاي نفتي تاييد كرد. تجزيه و تحليل رگرسيون چندگانه گام به گام نشان داد كه χlf و Fed سهم بزرگي داشتند و توانستند حدود 74 درصد از تنوع TPH را در سايت‌هاي مورد مطالعه توضيح دهند. در بخش دوم اين مطالعه نمونه‌هاي خاك براي پيش‌بيني TPH با استفاده از طيف‌سنجي بازتابي در دامنه Vis-NIR در آزمايشگاه طيف سنجي و پس از اعمال انواع پيش پردازش¬ها، به كمك مدل رگرسيون حداقل مربعات جزئي (PLSR) و همچنين دو مدل يادگيري ماشين شامل جنگل تصادفي (RF) و ماشين بردار پشتيبان (SVM) آناليز شدند. نتايج نشان داد كه مقادير بازتاب در 1725 نانومتر و 2311 نانومتر، به‌ترتيب، به‌عنوان اثرات انگشت تركيبات نفتي در خاك نشان گذاري شدند. در بين روش‌هاي پيش پردازش، روش تصحيح پايه بالاترين عملكرد را نسبت به ساير روش‌ها نشان داد. با توجه به معيارهاي مدل ارزيابي در مجموعه داده اعتبارسنجي، كارايي سه مدل انتخاب شده به ترتيب رگرسيون SVM ‎> RF ‎> PLS تشخيص داده شد. مدل SVM بهترين عملكرد را در مجموعه داده‌هاي اعتبارسنجي با 85/0 R2 =، ريشه ميانگين مربع خطا (59/1=RMSE) و نسبت پيش بيني به انحراف (RPD=6/2 ) نشان داد. در بخش سوم اين مطالعه روند تجزيه TPHو تغييرات پذيرفتاري مغناطيسي و كاني‌هاي آهن در خاك آلوده نفتي در سه بافت مختلف رسي، لومي شني و شني لومي مورد بررسي قرار گرفت. در اين مطالعه از تجزيه‌ي بيولوژيكي به وسيله باكتري¬هاي سودوموناس و مارينوباكتر براي از بين بردن آلاينده‌هاي هيدروكربني در خاك‌هاي آلوده‌ي مصنوعي استفاده شد. ميزان تجزيه كل نفت در خاك رسي 93/36 درصد، خاك لومي 03/47 درصد و در خاك شني 79/62 درصد به دست آمد؛ در بررسي اثرات بافت خاك نيز بيشترين ميزان تجزيه در بافت شني اتفاق افتاد كه داراي منافذ ريز كم‌تر است و نفت به راحتي در دسترس باكتري‌ها جهت تجزيه قرار مي‌گيرد. در بافت رسي و سيلتي چون باكتري‌ها امكان استقرار دارند و به مواد غذايي بيشتري دسترسي دارند از كربن موجود در نفت به عنوان منبع انرژي استفاده نموده و باعث كاهش اشكال آهن غيرمغناطيس خاك و سپس كاني‌سازي مگنتيت و مگهميت شدند. نتايج اين بخش از مطالعه تاييد كرد در حضور تغذيه مصنوعي باكتري‌هاي مزبور در بازه زماني شش ماهه بخش قابل توجهي از تركيبات نفتي قابل تجزيه است، كه اين مطالعه مي‌تواند مبناي استفاده از اين باكتري‌ها در زيست پالائي خاك هاي آلوده نفتي در مناطق نفت خيز و اطراف پالايشگاه¬ها قرار گيرد. همچنين جمع بندي ساير بخش¬هاي اين تحقيق كارائي بالاي تكنيك‌هاي پذيرفتاري مغناطيسي و طيف¬سنجي نزديك را در رصد كردن ميزان تركيبات نفتي در خاك هاي آلوده مورد استفاده نشان داد.

233503

مديريت منابع خاك و ارزيابي راضي

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان