بررسی آزمایشگاهی اثر پرلیت، زئولیت و رزین بر کاهش نیترات و فسفات ‌پساب برای استفاده در کشاورزی
مطالعه موردی پساب شهر محلات

چکیده
با توجه به محدودبودن منابع آب و خشکسالی های اخیر و برداشتهای بی رویه و غیر اصولی از منابع آبهای زیرزمینی،اهمیت استفاده از پساب به عنوان منبعی دائمی، قابل اطمینان و به صرفه جهت تامین آب و حفظ محیط زیست و منابع آبی موجود، بیش از پیش آشکار می گردد. در این راستا استفاده از فیلترها و جاذبهای طبیعی نظیر زئولیتها، پرلیت و رزینهای آنیونی برای بهبود ویژگیهای پساب مورد بررسی قرار گرفت. این پژوهش در 11 ستون PVC به منظور بررسی اثر فیلترهای ترکیبی، شامل زئولیت اصلاح شده، پرلیت و رزینهای آنیونی در کاهش آلودگی پساب خروجی انجام شد. آزمایشها شامل دو فاکتور روش کاربرد فیلتر ترکیبی )الیهای و مخلوط( و درصد وزنی ذرات به کار رفته در فیلتر و در مجموع 9 تیمار با دو تکرار انجام گردید. تزریق پساب به داخل خاک به طریق غرقابی و 11 مرتبه با تناوب هفتگی تکرارگردید. اندازه گیری های نیترات و فسفات زه آب خروجی از ستونهای آزمایش در آزمایشگاه صورت گرفت. نتایج نشان داد کاربرد فیلتر ترکیبی الیهای بیشترین تاثیر را در کاهش نیترات و به طور میانگین تا 81 درصد دارد و بعد از آن فیلتر مخلوط تا 81 درصد سبب کاهش نیترات میشود. همچنین فیلتر ترکیبی لایه ای و مخلوط به طور میانگین تا 84 درصد سبب کاهش فسفات میگردند. ( اثر پرلیت و زئولیت )

مقدمه
ایران به عنوان یکی از کشورهای خاورمیانه با کاهش منابع آب تجدید شونده مواجه بوده و در حال حاضر در سطح کشور، به ویژه در حواشی شهرهای بزرگ و مراکز استانها، مناطق وسیعی با پسابها و
آبهای برگشتی آبیاری میشوند. پسابها حاوی ترکیبات آلی، نمکهای محلول، عناصر ضروری برای گیاهان و مواد سمی شامل فلزات سنگین و پاتوژن ها میباشند.
در بیشتر مواقع استفاده از پسابها غیر اصولی بوده و برای کشت سبزیجات و صیفی جات به کار رفته و موجب آلودگی محیط زیست، تجمع آلودگی در خاک و انتقال آن به محصولات تولیدی شده است. پیش بینی میشود که در سال 1811 بیش از 11 میلیارد متر مکعب آب در سال در بخش شرب شهری و روستایی و صنعت مصرف خواهد شد.
با فرض 41 تا 81 درصد ضریب بازیافت این مصارف، حدود 4 تا 8 میلیارد متر مکعب آب در سال قابل استفاده مجدد بوده و میتواند به طور مستقیم ظرفیت تامین آب کشور برای مصارف کشاورزی و صنعت را افزایش دهد.
یکی از مهمترین موارد استفادة پسابها کاربرد در آبیاری محصولات کشاورزی است. باید توجه داشت که شرط استفاده موفقیت آمیز از پساب در کشاورزی، در نظر گرفتن اثرات آن بر محیط زیست و محصوالت کشاورزی میباشد، در غیر این صورت آسیب های جدی به طبیعت و جوامع انسانی وارد خواهد آمد.
از جمله آلودگیهای موجود در پسابها میتوان به نیترات اشاره نمود. پسابهای شهری دارای منابع غنی نیترات هستند زیرا بدن انسان ها به میزان زیادی نیترات دفع می کند )2002., al et Ericson
( یکی از موادی که به منظور جذب نیترات مورد توجه قرار گرفته اند، زئولیتها میباشند)

حسینی ابری و همکاران 1714 .)ناظم(1714 ) بیان کرد که با افزایش دور آبیاری غلظت کاتیون هاو آنیون ها همراه با زه آب خروجی از ستونهای خاک مخلوط با زئولیت،پرلیت و رزین افزایش یافت. وضعیتی از خاک که باعث افزایش نگهداشت یونهای آمونیوم و نیترات میشود از شدت این مشکل می کاهد.
زئولیتهای طبیعی که دارای ظرفیت تبادل یونی باالئی میباشند، ممکن است جهت جذب آمونیم و به تعویق انداختن آبشوئی اضافی نیترات به کار برده شوند(صادقی الری، 1719 .) مهدوی مزده و همکاران( 1791 )بیان کردند که زئولیت اصالح شده توسط هگزا دسیل تری متیل ( باالئی آمونیوم بروماید راندمان جذب )
داشت و در غلظت 11 میلیگرم در لیتر ) ( تا 8998 درصد جذب را نشان داد در حالی که زئولیت ) (را اصلاح نشده فقط 14 درصد جذب ) نشان داد.

مواد و روشها
خاک استفاده شده در این تحقیق از محدوده تصفیه خانه محلات تهیه شد . خاک مورد نظر از چندین قسمت واقع در یک قطعه 7 هکتاری برداشته شد و بعد از آوردن به محیط سرپوشیده در هوای آزاد خشک و سپس با هم مخلوط شد. 18 درصد بافت سطحی اراضی محدوده مورد مطالعه، بافتی سنگین و مابقی بافتی متوسط دارد.

نتایج پژوهش طباطبائی و همکاران ( 1791 ) و طاهری ( 1791 ) سودجانی نشان داد که استفاده از زئولیت طبیعی موجب کاهش نفوذپذیری و افزایش SAR زهآب خروجی میشود که استفاده از آن را با محدودیت مواجه می کند، لذا برای رفع دو مشکل فوق زئولیت با استفاده از اسیدکلریدریک و کلرید کلسیم اصالح گردید. جهت اصلاح زئولیت مقدار یک گرم نمک کلریدکلسیم درون اسید کلریدریک یک نرمال ریخته شد و سپس به محلول حاضر ده گرم زئولیت اضافه گردید به طوری که نسبت فاز جامد به محلول 11:1 بود. محلول مورد نظر به مدت 18 ساعت روی شیکر قرار داده شد. جهت خارج ساختن اسیدهای باقی مانده محلول فوق با آب مقطر شست شو و از کاغذ صافی عبور داده شد و به صورت متوالی PH آن اندازهگیری گردید تا به مقدار ثابتی برسد و پس از آن در ظروف پلی اتیلنی و در هوای آزاد، خشک شد.
پرلیت استفاده شده در آزمایش از نوع شکری سفید رنگ تولید کارخانه تبریز میباشد و رزین استفاده شده در آزمایش رزین آردی دارچینی رنگ ساخت کارخانه شیراز میباشد. با توجه به پژوهش طاهری سودجانی ( 1791 )ذرات کوچکتر زئولیت کارایی بهتری نسبت به ذرات با اندازه بزرگتر داشتند. بنابراین برای این پژوهش ذرات زئولیت، پرلیت و رزین از الک 47 میکرون عبور داده و از مواد فوق در اندازه کوچکتر از 47 میکرون استفاده شد. برای جلوگیری از خروج ذرات خاک از کف ستونها از فیلتر استفاده شد. انتخاب فیلتر به روش USBR انجام گرفت به این صورت که بعد از تعیین D60 از روی منحنی دانه بندی خاک9 حد باال و پائین فیلتر با توجه به استاندارد USBR تعیین شد ,USBR( (1987 .واحدهای آزمایشی در داخل 11 ستون استوانه ای از جنس لوله پی وی سی 111میلیمتری به قطر داخلی 1190 سانتی متر و با ارتفاع 41 سانتیمتر پیاده شد.

تیمارها در آزمایشگاه
پنج سانتیمتر کف هر ستون با استفاده از فیلتر شنی برای جلوگیری از خروج ذرات خاک پر شد. روی فیلتر شنی تا ارتفاع 81 سانتیمتر از خاک یا ترکیب خاک زئولیت اصالح شده و پرلیت و رزین آنیونی به صورت مخلوط و یا به صورت الیهای پر شد. برای پر کردن ستون آزمایشی الیهای مشابه ستون مخلوط عمل میشود با این تفاوت که همان میزان زئولیت و پرلیت و رزین به صورت الیه به الیه با درصد یکسان داخل ستون ریخته میشود. سپس برای جلوگیری از بهم خوردن سطح خاک، الیهای از شن درشت به ارتفاع 0 سانتیمتر داخل هر لوله ریخته شد.
بدین ترتیب 11 سانتیمتر از باالی هر لوله برای آبیاری ستون خاک باقی میماند. برای جلوگیری از حرکت جانبی آب به طرف پائین ستونها قسمت داخلی ستونها با استفاده از گریس پوشانده شد. به منظور انسداد بخش انتهائی ستونها و در عین حال برقراری امکان خروج آب، از توری فلزی با قطر روزنه های یک میلیمتر استفاده شد. در ابتدا تمام ستونهای آزمایشی با استفاده از آب معمولی آبیاری میشود.
حجم پساب به کار برده شده در سه آبیاری اول، 190nv(n تخلخل ستون خاک و v حجم کل ستون خاک( صورت گرفت تا خاک نشت خود را داشته باشد سپس در سه دور آبیاری بعدی به میزان nv( حجم فضای خالی موجود در خاک پرشده در ستون ها( با روش غرقابی بر مبنای دور ثابت 8 روز به تعداد 4 دور آبیاری شدند. این آزمایش مشتمل بر 9 تیمار و1 تکرار بود. هر یک از تیمارها با عالمت اختصاری sh ،M2 ، نمایش Lp4 ،Lp2 ،Lz4 ،Lz2، Lzpr4 ،Lzpr2 ،M4 داده شده است و اندیس ها به صورت زیر تعریف شدند:
sh بیانگر ستون شاهد،
M بیانگرستون مخلوط با خاک،
L بیانگرستون لایه ای در خاک،
z زئولیت،
p پرلیت و
r رزین و 1 و 8 درصد وزنی زئولیت، پرلیت و رزین میباشد.
طرح آماری در قالب طرح کاملا تصادفی با دو فاکتور اجرا گردید. فاکتور اول، روش کاربرد زئولیت اصلاح شده، پرلیت و رزین در دو سطح الیهای و مخلوط و فاکتور دوم درصد مواد زئولیت اصلاح شده، پرلیت و رزین در دو سطح 1 و 8 درصد وزنی میباشد.

برای اندازه گیری مولفه های شیمیائی پساب خروجی از ستونها 11 مرتبه تزریق پساب با تناوب هفتگی صورت گرفت و در هر بار تزریق نفوذ اندازه گیری و از پساب خروجی 1 مرتبه نمونه برداشت شد. جمع آوری زه آب خروجی از ستونهای خاک پس از گذشت 18 ساعت از زمان آبیاری انجام شد. پس از دور نهم یک آب شوئی صورت گرفت. سپس نمونه ها به آزمایشگاه منتقل شده و اندازه گیری نیترات و فسفات خروجی انجام گردید.

نتایج و بحث
بررسی تغییرات نفوذ طی دوره آزمایش ،سرعت نفوذ اندازه گیری شده در مراحل تزریق آب را نشان میدهد.
مرحله اول تا پنجم به علت بالا بودن میزان مواد جامد معلق پساب و وجود لایه های فیلتر در خاک شدت نفوذ کاهش یافته اما از این مرحله به بعد با اشباع شدن فیلتر به تدریج افزایش نسبی نفوذ در تمام تیمارها مشاهده شد که با نتایج طباطبائی و همکاران ( 1791 ) و قبادی نیا و همکاران ( 1791) مبنی بر بهبود سرعت نفوذ در استفاده از پساب مطابقت داشت.
بیشترین و کمترین سرعت نفوذ به ترتیب متعلق به تیمارهای به روش مخلوط با دو درصد وزنی و روش لایه ای با 8 درصد وزنی به مقدار 81/1 و 14/1 سانتی متر بر دقیقه میباشد.
اختلاف معنی داری بین کاربرد فیلتر ترکیبی در سطح و یا در وسط خاک وجود ندارد و اختلاف بین تیمارهای مخلوط و لایه ای زیاد نمی باشد.

بررسی تغییرات نیترات زه آب خروجی
میزان نیترات زه آب خروجی در کلیه ستونهای آزمایشی کمتر از میزان ورودی ‌است. قابل ذکر است که میزان نیترات ورودی برابر با 10 میلی گرم در لیتر است. همچنین میزان نیترات زه آب خروجی از ستون شاهد در کلیه آبیاری ها بیشتر از ستونهای دارای زئولیت، پرلیت و رزین بوده و از دور پنجم با افزایش دور آبیاری میزان نیترات خروجی در این ستون مجدداً افزایش یافته است .

نیترات زه آب خروجی در دوره های مختلف با توجه به شکل 0 ،همواره میانگین نیترات زه آب خروجی در کلیه تیمارها کمتر از میزان نیترات ورودی (10 میلی گرم در لیتر)است.
تیمار Lzpr4 و sh به ترتیب با تغییرات 10/81 و 0/77 درصد بیشترین و کمترین تاثیر را برای حذف نیترات پساب در بین کلیه تیمارها داشتند. جدول 7 ،تجزیه واریانس درصد تغییرات در کل دوره را نشان میدهد. مطابق جدول اثر تیمارها در کلیه دورههای آبیاری در سطح یک درصد معنی دار بود ستونهای مخلوط و الیهای نسبت به ستون شاهد میزان آبشوئی نیترات را کاهش دادند. بنابراین استفاده از زئولیت، پرلیت و رزین در هر دو شکل مخلوط و الیهای توانائی جذب نیترات توسط خاک را افزایش داده و در فصل رشد گیاه باعث کاهش نیاز به کود نیتراته خواهد شد و در اثر آن از آلودگی آبهای زیرزمینی جلوگیری می شود. حسینی ابری و همکاران (1714 )و صادقی الری و همکاران ( 1719 )نتایج مشابه ای در این زمینه گرفتند.

تغییرات نیترات در روش زئولیت، پرلیت و رزین به صورت الیهای بیشتر از روش مخلوط است. وجود الیه زئولیت، پرلیت و رزین باعث کاهش سرعت نفوذ پساب به داخل خاک شده و در نتیجه زمان ماند نیترات داخل خاک افزایش یافته است و همین امر باعث کاهش آبشوئی نیترات شده است. همانطور که مشاهده شد با آبشوئی ستونهای آزمایشی در دور نهم میزان نیترات زه آب خروجی در دور دهم دوباره کاهش یافت. میزان آبشوئی نیترات از دور ششم به بعد در هر دو ستون مخلوط و الیه ای افزایش یافته است و میزان این افزایش در ستون مخلوط بیشتراز الیهای است. همانطور که مشاهده شد با آبشوئی ستونهای آزمایشی در دور نهم میزان نیترات زه آب خروجی در دور دهم دوباره کاهش یافت

بررسی تغییرات فسفات در زه آب خروجی
،میزان فسفات خروجی کمتر از فسقات ورودی )11 میلیگرم در لیتر( بوده و میزان فسفات خروجی از ستون شاهد در کلیه آبیاری ها بیشتر از ستونهای دارای زئولیت، پرلیت و رزین بوده است. همانطور که مشاهده می شود تا دور پنجم فسفات کاهش یافته است که دلیل آن کاهش سرعت نفوذ در ستونهای آزمایشی و افزایش زمان تماس پساب با خاک می باشد ولی از دور ششم به بعد با افزایش سرعت نفوذ فسفات خروجی نسبت به دوره های بعد بیشتر شده است. با آبشوئی پس از دور نهم فسفات خروجی در دور دهم مجددا کاهش یافت.

،همواره میانگین فسفات زه آب خروجی در کلیه تیمارها کمتر از میزان ورودی )11 میلیگرم در لیتر( است. تیمار M4 و sh به ترتیب با تغییرات 14/84 و11/78 درصد، بیشترین و کمترین تاثیر را برای حذف فسفات پساب در بین کلیه تیمارها داشتند.

ستونهای مخلوط و الیهای نسبت به شاهد میزان آبشوئی فسفات را کاهش دادند. بنابراین استفاده از زئولیت، پرلیت و رزین در هر دو شکل مخلوط و الیهای توانائی جذب فسفات توسط خاک را افزایش داده و در فصل رشد گیاه باعث کاهش نیاز به کود فسفات و آلودگی آبهای زیرزمینی میشود.

تغییرات فسفات در روش کاربرد زئولیت، پرلیت و رزین به صورت لایه ای بیشتر از روش مخلوط است. وجود لایه زئولیت، پرلیت و رزین در لایه های خاک باعث کاهش سرعت نفوذ به داخل خاک شده و در نتیجه زمان ماند فسفات داخل خاک افزایش یافته و همین امر باعث کاهش آبشوئی فسفات شده است.
میزان آبشوئی فسفات تا دور آبیاری پنجم در هر دو ستون مخلوط و لایه ای کاهش یافته است و از دور ششم به بعد با افزایش سرعت نفوذ پساب در خاک میزان آبشوئی فسفات در خاک افزایش یافته است. این افزایش در ستون آزمایشی مخلوط بیشتر از الیهای است. با افزایش دور آبیاری غلظت کاتیونها و آنیونها همراه با زه آب خروجی از ستونهای خاک مخلوط با زئولیت،پرلیت و رزین افزایش یافت. با آبشوئی ستونهای آزمایشی در دور نهم میزان فسفات زه آب خروجی در دور دهم دوباره کاهش یافت.

نتیجه گیری
بررسی آزمایشگاهی اثر پرلیت و زئولیت در کشاورزی
میزان قابل توجه پسابهای خانگی و نیاز روزافزون استفاده از آب جهت کشاورزی، استفاده از پسابها را در کشاورزی رایج کرده است. بنابراین بررسی آلودگی پسابها و روشهای ارزان قیمت برای کاهش آنها ضروری بنظر میرسد.
هدف از این پژوهش بررسی اثرات استفاده از فیلترهای ترکیبی طبیعی جهت کاهش آلودگی پساب تصفیه شده بوده است. روش تحقیق بر اساس اندازه گیری آزمایشگاهی نیترات و فسفات پساب که از ستونهای آزمایشی با فیلترهای طبیعی شامل زئولیت، پرلیت و رزین آنیونی عبور کرده، میباشد.
پژوهش شامل دو روش کاربرد(لایه ای ، مخلوط) و دو مقدار دو و چهار درصد وزنی میباشد. نتایج نشان داد استفاده از زئولیت اصلاح شده، پرلیت و رزین آنیونی به عنوان فیلتر ترکیبی به
صورت مخلوط دارای آبگذری بیشتری نسبت به کاربرد آن به صورت لایه ای است.
همچنین، کاربرد مواد فیلتری در این آزمایش به صورت لایه ای و بعد از آن به صورت مخلوط بیشترین تاثیر در کاهش نیترات و فسفات خروجی و جذب آن را دارد.

تاثیر پرلیت بیشتر از زئولیت در کاهش نیترات و فسفات خروجی و جذب آن میباشد.
برای در نظرگیری تاثیر آبشویی، قبل از انجام دور آخر آزمایشات، آبشویی انجام گردید. نتایج نشان داد که با آبشوئی ستونهای آزمایشی از روند افزایشی خروج زه آب کاسته شد. بنابراین با
آبشوئی فیلتر در زمان کاهش عملکرد میتوان کیفیت آن را بهتر کرد.

جهت دریافت مشاوره رایگان محصولات و اخذ اطلاعات تخصصی با شماره های زیر تماس بگیرید :
09127606716
09305501606
09303613350

دبکوپاک همیشه پاک