در سراسر دنیا کارخانه های تیمار فاضلاب مقادیر بالایی لجن فاضلاب جامد شهری (mss) تولید می کنند. امروزه این ماده به طور گسترده ای به عنوان کود در زمین های کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد. طبیعتاً، لجن فاضلاب حاوی غلظت های بالایی از فلزات سنگین و عناصر پر مصرف است. بنابراین ضروری است که کیفیت و کمیت آبشویی این عناصر از mss مورد ارزیابی قرار بگیرد. در این مطالعه لجن فاضلاب جامد شهری مربوط به کارخانه ی تیمار فاضلاب تویسرکان برای بررسی رفتار آبشویی برخی از عناصر پر مصرف و فلزات سنگین موجود در آن با استفاده از آزمایش های آبشویی بسته و وابسته به پی اچ مورد آزمون قرار گرفت. همچنین ذرات لجن توسط میکروسکوپ الکترونی (sem) و روش پراش پرتو ایکس (xrd) مورد ارزیابی قرار گرفتند. از نتایج مشخص شد که طبق استانداردهای usepa مقدار فلزات سنگین موجود در لجن به غیر از روی کمتر از حدود قانونی کاربرد در زمین های زراعی می باشد. آزمایش آبشویی بسته با آب مقطر نشان داد که بخش آبشویی شده ی بیشتر فلزات سنگین به جز منگنز کم می باشد. ذرات لجن مشاهده شده توسط sem عموماً حالتی پلی کریستال، اندازه هایی نسبتاً دانه ریز و سطحی صاف داشتند. در نمونه ی mss با استفاده از روش xrd فازهای کریستالی پتاسیم تتراکلروزینکایت، آنهیدرید، هالیت، ملیلایت، کلسیت، هماتیت، کوارتز، روتیل و سیلویت از پیک های آنها تشخیص داده شد. ظرفیت خنثی سازی اسید (anc) این نمونه از پی اچ 6.8 تا 4 برابر mmolch+/kg 124 بود. از رفتار آبشویی فلزات سنگین بصورت تابعی از پی اچ رفتار آمفوتریک برخی عناصر مانند مس و روی مشاهده شد، که از طریق انحلال پذیری بالا در پی اچ های کم و زیاد و انحلال پذیری متوسط در شرایط خنثی مشخص شدند. برای سرب کمترین انحلال پذیری در پی اچ نزدیک به 7 مشاهده شد. رفتار آبشویی سدیم و پتاسیم تقریباً تغییرات کمی نسبت به پی اچ داشت و لذا می توان گفت که غلظت آبشویی آنها عمدتاً توسط انحلال پذیری کنترل می شود. علاوه بر این رفتار آبشویی کلر هم متفاوت بود و کمترین مقدار آبشویی آن در پی اچ 4 مشاهده شد. در نهایت منحنی های انحلال پذیری برای cu, fe, mn,zn,cd و pb بصورت تابعی از پی اچ به دست آمد، که برای تخمین رفتار آبشویی در سناریوهای مختلف بسیار مفید است.

پتاسیم یکی از عناصر ضروری برای گیاهان محسوب می شود. مطالعات زیادی در مورد آلودگی از طریق نیتروژن، فسفر و فلزات سنگین انجام شده است. اما سرنوشت پتاسیم کمتر مورد توجه قرارگرفته است. کاربرد گسترده کود های شیمیایی در ایران مشکلات جدی زیست محیطی را به وجود می آورد. نوع کاتیون-ها و آنیون های موجود در کود های شیمیایی برآبشویی پتاسیم تاثیر می-گذارند. آزمایشات آبشویی و سینتیک رهاسازی پتاسیم با استفاده از نمک های nh4cl، nh4)2hpo4)، nh4no3، nh4oac، اوره، cacl2، ca(no3)2، nano3 با غلظت 01/0 مولار انجام شد. در آزمایش آبشویی، از هر یک از نمک ها به عنوان محلول آبشویی به مدت 20 روز (15 پور والیوم) استفاده گردید. همچنین جهت بررسی اثر بقایای آلی بر آبشویی پتاسیم، از هر یک از بقایای سیب زمینی، گندم و کود مرغی و دامی به مقدار 5 درصد به خاک اضافه شد و از آب مقطر به عنوان محلول آبشویی استفاده گردید. بیشترین مقدار آبشویی پتاسیم به دلیل کاربرد آمونیوم و کلر به عنوان محلول آبشویی مشاهده شد. بقایای سیب زمینی و گندم به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را در آبشویی پتاسیم داشتند. بعد از اتمام آزمایشات آبشویی جزءبندی پتاسیم با استفاده از روش عصاره گیری مرحله ای صورت گرفت. مشاهده شد آبشویی خاک ها در حضور نمک-های محلول و بقایای آلی، توزیع پتاسیم را در جزء های مختلف خاک تغییر می-دهد. بیشترین رهاسازی پتاسیم در حضور کاتیون آمونیوم گزارش شد. نتایج، روند رهاسازی پتاسیم توسط آنیون های مختلف را به ترتیب به صورت no3-> cl- > hpo42- > oac > h2po4- نشان می دهد. معادلات مرتبه اول، تابع توانی، الوویچ ساده شده و پخشیدگی پارابولیک رهاسازی پتاسیم را بهتر توصیف کرده اند.

نانو ذرات شامل ذراتی با اندازه بین 1 تا 100 نانومتر می باشند. این ذرات می توانند بر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک موثر باشند. با این وجود تاثیر این ذرات بر بسیاری از ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک از جمله میانگین وزنی قطر خاکدانه ها، توزیع فراوانی خاکدانه ها، مقاومت کششی خاکدانه ها، مقاومت فروروی، نگهداری رطوبت و فشردگی محصور تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است. بنابراین هدف این مطالعه بررسی تاثیر کاربرد نانو اکسیدهای آهن و منیزیم بر برخی خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی خاک مانند مقاومت و پایداری خاکدانهها، هدایت هیدرولیکی اشباع، قابلیت تراکم، جرم مخصوص ظاهری، تخلخل کل، ظرفیت تبادل کاتیونی، هدایت الکتریکی، اسیدیته، ماده آلی و میزان کربنات کلسیم خاک بود. نمونه برداری از منطقه قیه علی بلاغ استان همدان و از عمق 30-0 سانتی متری خاک با بافت لومی انجام شد. آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار در آزمایشگاه در ظروف پلاستیکی به ابعاد 6×8×14 سانتی متر انجام شد. برای این منظور فاکتور نانو ذرات در دو سطح شامل نانو اکسیدهای آهن (n1) و منیزیم (n2)، فاکتور سطح استفاده از نانو ذرات در چهار سطح شامل سطح صفر، 1، 3 و 5 درصد (s0، s1، s2و s3) وزنی نانو ذرات و فاکتور زمان در دو سطح شامل انکوباسیون40 و 100 روزه (t1 و t2) بود. پس از اعمال تیمارها در انکوباسیون های 40 و 100 روزه، نمونه های دست خورده و دست نخورده از هر تیمار تهیه شد و آزمایشات مورد نظر بر روی آن ها انجام شد. تجزیه و تحلیل داده های آزمایشات مذکور به وسیله نرم افزار sas.9.1 و مقایسه میانگین با آزمون دانکن انجام شد و تمامی شکل ها به وسیله نرم افزار excel 2010 رسم شدند. نتایج آزمایشات نشان داد که تیمارهای نانو اکسید آهن باعث افزایش گنجایش تبادل کاتیونی و تیمارهای نانو اکسید منیزیم باعث کاهش آن شدند. تاثیر نانو ذرات بر سطح ویژه، نقطه با بار صفر، تشکیل کمپلکس با ماده آلی و تغییر ساختار کانی از عوامل و احتمالات موثر بر تغییر گنجایش تبادل کاتیونی تیمارها بود. تیمارهای نانو اکسید آهن و منیزیم باعث افزایش هدایت الکتریکی خاک شدند. تیمارهای نانو اکسید آهن در انکوباسیون 100 روزه باعث کاهش پ- اچ و تیمارهای نانو اکسید منیزیم در انکوباسیون40 روزه باعث افزایش پ-اچ خاک شدند. میزان کربنات کلسیم معادل خاک نیز تحت تاثیر نانو اکسید آهن کاهش و با نانو اکسید منیزیم افزایش یافت. نتایج آزمایش ماده آلی خاک حاکی از عدم تاثیر نانو ذرات بر ماده آلی خاک است. نتایج میانگین وزنی قطر خاکدانه ها نشان داد که نانو اکسید آهن در انکوباسیون 40 روزه باعث کاهش میانگین وزنی قطر خاکدانه ها شده است و در انکوباسون 100 روزه تاثیر معنی داری بر آن نداشت. نانو اکسید منیزیم در هردو انکوباسیون 40 و 100 روزه باعث افزایش میانگین وزنی قطر خاکدانه ها و پایداری ساختمان خاک شد. نانو اکسید آهن تاثیری بر توزیع اندازه خاکدانه های ریز نداشت ولی تیمارهای نانو اکسید منیزیم باعث افزایش خاکدانه های درشت و کاهش خاکدانه های ریز شد. تیمارهای نانواکسید آهن تاثیری بر جرم مخصوص ظاهری خاک نداشتند و در بین تیمارهای نانو اکسید منیزیم تیمار 3 درصد باعث کاهش معنی دار جرم مخصوص ظاهری خاک شد. نتایج برهمکنش های دو و سه طرفه نوع نانو ذرات× سطح کاربرد× زمان آزمایشات مختلف نشان داد که استفاده از نانو اکسید آهن در تیمار 3 درصد در مکش های 4، 6، 30 و 100 کیلوپاسکال باعث افزایش نگهداری رطوبت حجمی خاک شد و تیمار 5 درصد نانو اکسید منیزیم در مکش های 1، 2، 4، 6 و 30 کیلوپاسکال باعث کاهش رطوبت حجمی و تیمارهای 1 و 3 درصد آن در مکش 100 کیلوپاسکال باعث افزایش نگهداری رطوبت خاک نسبت به شاهد شدند. احتمالا علت افزایش نگهداری رطوبت در تیمارهای یاد شده افزایش تخلخل ریز به وسیله نانو ذرات در خاک است و علت کاهش آن در مکش های کمتر از 100 کیلوپاسکال در تیمار 5 درصد نانو اکسید منیزیم احتمالا کاهش کارایی آن بر ساختمان و منافذ خاک است. افزایش خاکدانه های درشت توسط نانو اکسید منیزیم به علت ایجاد خاصیت هماوری شدید بین ذرات خاک است. تیمارهای نانو اکسید آهن باعث افزایش مقاومت فروروی خاک شده ولی تیمارهای نانو اکسید منیزیم مقاومت فروروی خاک را کاهش دادند. تیمارهای نانو اکسید آهن و منیزیم تاثیری بر مشخصه منحنی تراکم خاک نداشتند. تیمارهای نانو اکسید آهن باعث افزایش مقاومت کششی خاکدانه ها شدند. ایجاد حالت چسبندگی شدید و انقباض خاکدانه ها از جمله عوامل موثر نانو ذرات بر خصوصیات مکانیکی خاک است. نتایج هدایت هیدرولیکی اشباع نشان داد که نانو اکسیدهای آهن و منیزیم سبب کاهش هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (به جز تیمارهای 3 و 5 درصد نانو اکسید منیزیم در انکوباسیون 100 روزه) نسبت به تیمار شاهد شدند. کاهش هدایت هیدرولیکی اشباع احتمالا به علت مسدود شدن برخی از منافذ و مسیرهای جریان در خاک است. نتایج آزمایشات نشان داد که نانو ذرات به سبب دارا بودن سطح ویژه زیاد، ذرات فعال و واکنش-پذیر، توانایی تغییر در برخی از خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی خاک را دارند. همچنین این ذرات به دلیل ویژگی های ذاتی خود مانند خاصیت اسیدی یا قلیاییت، ضریب انحلال متفاوت و جذب سطحی زیاد بر خصوصیات شیمیایی خاک موثر هستند.

پتاسیم یکی از عناصر ضروری و پرمصرف برای گیاهان محسوب می شود. به طور معمول پتاسیم خاک به چهار جزء پتاسیم محلول، پتاسیم قابل تبادل، پتاسیم غیرقابل تبادل و پتاسیم ساختمانی تقسیم می شود. تغییر جزءهای مختلف پتاسیم به یکدیگر می تواند روی قابلیت استفاده این عنصر پرمصرف اثر گذارد؛ چرا که جزءهای مختلف پتاسیم دارای قابلیت استفاده متفاوتی برای گیاه می باشند. وضعیت پتاسیم خاک ها می تواند تحت تأثیر عوامل گوناگونی قرار گیرد. کودهای آلی و معدنی ازجمله عواملی هستند که می توانند توزیع جزءهای پتاسیم را تحت تأثیر قرار دهند. از طرفی ماده آلی خاک یک پارامتر مهم و حیاتی در حفظ سطح کافی پتاسیم است. اندازه گیری جزءهای مختلف پتاسیم (پتاسیم محلول، تبادلی، غیرتبادلی و کل) به ترتیب با عصاره گیری خاک ها توسط آب مقطر، استات آمونیوم یک مولار، اسید نیتریک یک مولار جوشان و تیزاب سلطانی انجام شد. جهت بررسی اثر تیمار های آلی و معدنی بر جزءبندی پتاسیم از کود-های مرغی، گوسفندی و کلرید پتاسیم به مقدار 3 درصد به خاک ها اضافه شد.