اصلاح خاک (Soil remediation)، که گاهی به آن شستشوی خاک نیز می‌گویند، اصطلاحی است که برای فرآیندهای مختلفی که برای رفع آلودگی خاک استفاده می شوند، به کار می‌رود. خاک سالم بهتر می‌تواند پوشش گیاهی را رشد دهد و همچنین به هوای سالم و آب‌های زیرزمینی کمک می‌کند.
اصلاح خاک راهی برای تصفیه و احیای خاک است. این فرآیند حذف آلاینده‌ها به منظور محافظت از سلامت مردم و محیط زیست است. به طور خلاصه، هدف از این فرآیند بازگرداندن خاک به حالت طبیعی و بدون آلودگی آن است.
آلودگی خاک
آلودگی خاک یا آلودگی زمین به عنوان بخشی از تخریب زمین به دلیل وجود مواد شیمیایی بیگانه (ساخت بشر) یا سایر تغییرات در محیط طبیعی خاک ایجاد می شود. اغلب به دلیل نوعی فعالیت صنعتی، مواد شیمیایی کشاورزی یا دفع نادرست زباله‌ها ایجاد می‌شود. رایج ترین مواد شیمیایی درگیر هیدروکربن‌های نفتی، هیدروکربن‌های آروماتیک چند هسته‌ای (مانند نفتالین و بنزو پیرن)، حلال‌ها، آفت کش‌ها، سرب و سایر فلزات سنگین هستند. آلودگی خاک همچنین می‌تواند در نتیجه پارگی مخازن ذخیره‌سازی زیرزمینی یا شسته شدن زباله از محل‌های دفن زباله اتفاق استخراج معادن، مصرف کود، تخلیه نفت و سوخت و بسیاری از مسائل زیست محیطی دیگر نیز می‌تواند باعث آلودگی خاک شود.
علاوه بر این، برای کشورهایی با جمعیت بالا، این آلودگی خاک مانعی بر سر راه توسعه شهری و اقتصادی هستند. آلاینده‌های آلی، فلزات سنگین، آلاینده‌هایی هستند که اغلب در خاک‌ها و رسوبات یافت می‌شوند و در صورت عدم اصلاح خاک، ممکن است به آب‌های زیرزمینی برسند.
مطالب تکمیل کننده:
- انواع خاک؛ کدام خاک برای کدام گیاه مناسب تر است؟
- اصلاح خاک ؛ تعریف دقیق آن و لزوم آن در کشاورزی
- صفر تا 100 کاربرد مالچ پاشی در کشاورزی
روش‌های اصلاح خاک
فرآیندهای مختلفی برای اصلاح خاک وجود دارد که هر کدام، از روش‌های مجزایی برای حذف آلاینده‌ها از خاک استفاده می‌کنند. با این حال، اگر روش مناسب اصلاح خاک برای هر شرایط منحصر به فرد به درستی انتخاب شود، همه این روش‌ها می‌توانند مفید واقع شوند.
فرآیندهای فیزیکی اصلاح خاک
فرآیندهای فیزیکی به بی‌حرکتی یا بیرون کشیدن آلاینده‌ها از خاک یا رسوب به وسیله برخی ابزارهای فیزیکی اشاره دارد.
فناوری‌های اصلی مورد استفاده عبارتند از:
پوشش سطحی
این تکنیک به سادگی محل آلوده را با موادی با نفوذپذیری کم پوشش می‌دهد که از نفوذ و حرکت آب در خاک جلوگیری می‌کند و باعث کاهش حرکت آلاینده ها در خاک و خطر قرار گرفتن در معرض افراد در منطقه آلوده جلوگیری می کند. در این روش، خاک عملکردهای زیست محیطی خود را از دست می‌دهد و باید برای سایر اهداف عمرانی استفاده شود.
استخراج بخار
این فناوری برای حذف آلاینده‌های آلی فرار و نیمه فرار از خاک و معمولاً در خاک‌های غیر اشباع استفاده می‌شود. چاه‌های استخراج عمودی یا افقی در خاک نصب می‌شود و بخارات به داخل حفره‌های خاک مکش می‌شوند. این بخارات باید قبل از رها شدن در جو تصفیه شوند. کارایی این فناوری به فشار بخار و حلالیت آلاینده ها مربوط می شود. رطوبت، مقدار مواد آلی، تخلخل و نفوذپذیری خاک نیز مهم هستند و باید برای به کارگیری صحیح این تکنیک ارزیابی شوند.
اصلاح الکتروتکنتیکی
از این فناوری می‌توان برای حذف خاک‌های آلی و معدنی، معمولاً در محل، از طریق جذب الکتریکی استفاده کرد. جریان الکتریکی با چگالی کم از طریق الکترودها در خاک اعمال می‌شود و این امر باعث مهاجرت کاتیون‌ها از خاک به کاتد و آنیون‌ها به آند از طریق میدان الکتریکی ایجاد شده می‌شود. این روش برای خاک های اشباع و نیمه اشباع و هدایت الکتریکی پایین کارآمدتر است.
فرآیندهای شیمیایی اصلاح خاک
فرآیندهای شیمیایی یکی از روش‌های اصلی مورد استفاده برای حذف آلاینده‌ها هستند و مکانیسم‌های آن‌ها شامل جذب، تبادل بار، اکسیداسیون، کاهش یا ترکیب است. برخی از فن آوری‌های شیمیایی و یا فیزیکی-شیمیایی اصلی عبارتند از:
انجماد و تثبیت
این تکنیک که به عنوان تثبیت شیمیایی برای اصلاح خاک نیز شناخته می‌شود، با استفاده از عوامل شیمیایی، آلاینده‌های درون خاک را جذب یا بی‌حرکت می‌کنند. در واقع این فناوری آلاینده‌ها را از خاک حذف نمی‌کند و فقط از حرکت آن‌ها جلوگیری می‌کند. از این فرآیند برای مهار آلاینده‌های فلزی، رادیواکتیو یا بسیار سمی استفاده می‌شود.
مواد مورد استفاده در این فرآیند:
- کربنات‌ها (آهک)
- فسفات‌ها (مانند آرد استخوان، فسفات آمونیوم، آپاتیت و هیدروکسی آپاتیت)
- عوامل قلیایی (مانند چرخ فلایو خاکستر و هیدروکسید کلسیم)
- خاک رس و مواد معدنی حاوی آهن (مانند بوکسیت، گوتیت، سیلیکاژل، ورمیکولیت و زئولیت)
- مواد آلی ( مانند چیتوسان، نشاسته، ذغال سنگ نارس، کود دامی، زغال چوب فعال و زغال سنگ بیولوژیکی).
شستشوی خاک
این فناوری از محلول‌های آبی برای استخراج آلاینده‌ها از محیط استفاده می‌کند. خاک حفاری شده با محلولی مخلوط می‌شود و پس از شستشو، خاک تمیز را می‌توان مجددا در محل مبدا قرار داد.
این تکنیک را می‌توان در محل نیز انجام داد (شست و شوی خاک) که در این صورت تزریق محلول شستشو از طریق چاه صورت می‌گیرد. اگر آلاینده‌ها به آب‌های زیرزمینی رسیده باشد، شستشوی خاک در محل می‌تواند یاعث ورود آلاینده‌ها به منطقه اشباع شود در این حالت پس از شستشوی خاک، تصفیه آب زیرزمینی هم باید انجام شود.
فناوری نانو
فلزات بدون ظرفیت در مقیاس نانو (مانند آهن، نیکل و پالادیوم) به طور گسترده‌ای برای اصلاح مکان‌های آلوده با انواع مختلف آلاینده‌های آلی و معدنی مورد استفاده قرار گرفته اند. مباحثی در مورد این روش موجود دارد مانند تحرک آن در خاک یا آب های زیرزمینی، زمان واکنش، سمیت و زمان واکنش برای آلاینده‌ها که همچنان نیاز به مطالعه بیشتر دارد.
فرآیندهای بیولوژیکی
فرآیندهای بیولوژیکی شامل پاکسازی محیطی توسط موجودات زنده مانند گیاهان، جانوران یا میکروارگانیسم‌ها است. این روش‌ها شامل فرآیندهای جذب، تبدیل یا تخریب آلاینده‌ها است.
فناوری‌های بیولوژیکی اصلی عبارتند از:
تزریق اکسیژن
این تکنیک شامل افزودن اکسیژن به فضاهای خالی خاک برای تحریک رشد میکروارگانیسم‌ها است. وجود اکسیژن متابولیسم میکروبی آلاینده‌های آلی را افزایش می‌دهد و به عنوان یک بستر عمل می‌کند.
تقویت بیولوژیکی
برای اصلاح خاک در این روش برای بهبود عملکرد میکروارگانیسم‌ها به خاک میکروب‌های اصلاح‌شده ژنتیکی اضافه می‌شود تا روند تخریب آلاینده‌ها تسریع شود.
تحریک زیستی
این شامل تنظیم برخی پارامترهای محیطی مانند مواد مغذی (نیتروژن، فسفر و پتاسیم)، افزایش حلالیت برخی از آلاینده‌ها، افزودن بیوپلیمرها، افزایش گیرنده‌های الکترون با افزودن اکسیژن، یا حتی کنترل دما و رطوبت است.
استفاده از کرم‌ها
ازکرم‌ها برای حذف آلاینده‌های موجود در خاک استفاده می‌کند. کرم‌ها آلاینده‌های آلی را مصرف می‌کنند و ساختار، زیست توده و فعالیت‌های میکروبی خاک را تغییر می‌دهند.
گیاه پالایی
این تکنیک شامل استفاده از گیاهان و ریشه آن‌ها یا گیاهان مرتبط با جوامع میکروبی برای ضد عفونی خاک یا رسوب است.
تخریب گیاهی
این مکانیسم شامل حذف آلاینده‌ها توسط ریشه و تجمع آلاینده‌ها در بافت‌های گیاهان است که بعد از اصلاح خاک گیاه را از محل حذف می‌کنند.
تثبیت گیاهی
این مکانیسم آلاینده‌های (معمولا فلزی) را در ریشه گیاه بی حرکت می‌کند.
فرآیندهای حرارتی
فرآیندهای حرارتی شامل گرم شدن سطح زیرین است که منجر به حرکت، تبخیر یا تخریب آلاینده‌های موجود در خاک یا رسوب می‌شود. روش‌های گرمایش شامل گرمایش رسانا، گرمایش با مقاومت الکتریکی، گرمایش با بخار و گرمایش با فرکانس رادیویی است.
فرآیندهای ترکیبی
علاوه بر این فناوری‌ها، فرآیندهای ترکیبی نیز ممکن است مورد استفاده قرار گیرند، این فرآیندها شامل ترکیب فن‌آوری‌های فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی به منظور افزایش کارایی اصلاح خاک، یا حل مشکلاتی است که ممکن است با استفاده از یک فناوری به تنهایی با آن مواجه شویم.
اصلاح خاک در کشاورزی
به طور کلی، آلودگی خاک و بدنه‌های آبی توسط فلزات سمی اثرات منفی بر روی شیوه‌های کشاورزی، محصولات کشاورزی، اشکال زندگی و زیستگاه در خاک و در نهایت سلامت انسان ایجاد کرد. اصلاح خاک در کشاورزی بسیار حائز اهمیت می‌باشد چرا که خاک بستر رشد و منبع اصلی تغذیه گیاه است. و از آن‌جایی که کشورمان ایران دارای اقلیم گرم و خشک می‌باشد، اکثر زمین‌های کشاورزی دارای PH بالا و شوری هستند. البته استفاده غیر اصولی از کودهای شیمیایی برای افزایش محصول، آبیاری بدون سیستم مناسب زهکشی، استفاده کردن از آب شور و … موجب آلودگی خاک می‌شود. به خاطر کمبود مواد آلی در خاک‌های کشور، لازم است تا قبل از کشت ابتدا اقداماتی را برای اصلاح خاک صورت گیرد.