بخشی از مقاله
بررسي تکنولوژي گياه پالايي در کاهش بار آلودگي شيرابه مکان هاي دفن زباله هاي شهري
چکيده
گياه پالايي کاربرد گياهان سبز براي حذف يا تغيير شکل آلاينده ها از آب و خاک و کاهش خطرات آلاينده هايي مانند فلزات سنگين و مواد راديو اکتيو است . اين فرايند يک تکنولوژي تصفيه براي خاک ، آبهاي زيرزميني ، فاضلاب هاي آلوده و شيرابه و لجن مکان هاي دفن زباله است که بسيار کم هزينه است و نيازي به تکنولوژي پيشرفته ندارد. تا اواسط دهه ١٩٧٠ ميلادي گياه پالايي فقط در محدوده کوچکي از تحقيقات آزمايشگاهي انجام مي شد ولي امروزه اين روش در مقياس بزرگتري به کار مي رود. با توجه به اينکه شيرابه مکان هاي دفن زباله يک مشکل زيست محيطي در بسياري از کشورهاي جهان و از جمله ايران است و اين ماده مي تواند به عنوان منبعي غني از عناصر غذايي مورد نياز گياه به کار رود، به همين دليل کاشت و برداشت گياهان در يک مکان آلوده به علت ويژگي هاي خاص گياهان مي تواند در روند تصفيه و کم خطر کردن شيرابه ناشي از تجمع و دفن مواد زايد شهري بسيار مفيد باشد. در اين مطالعه به بررسي تصفيه شيرابه با استفاده از گياهان و مزاياي ناشي از آن پرداخته شده است . نتايج نشان مي دهد که گياه پالايي و تصفيه شيرابه به کمک آن اقتصادي تر از ساير روش هاي تصفيه معمول مانند برداشتن و جابجايي کل منطقه آلوده و انتقال به مکان هاي ديگر براي تصفيه شيميايي مي باشد. با توجه به رطوبت بالاي زباله هاي موجود در ايران وپتانسيل آنهابراي ايجاد شيرابه ، لزوم استفاده از اين تکنولوژي در تصفيه شيرابه مکان هاي دفن زباله ضروري است .
همچنين به علت شرايط خاص آب و هوايي ايران و کمبود بارندگي و آب کافي در کشور ، استفاده از اين تکنولوژي مي تواند روش موثري در صرفه جويي مصرف آب در جهت گسترش فضاي سبز شهري باشد.
کلمات کليدي : گياه پالايي ، شيرابه ، لندفيل ، کاهش بار آلودگي
١. مقدمه
١.١. ماهيت مشکل
انتشار شيرابه از مکان هاي لندفيل به دليل اثر سمي آن هنگامي که به طور کنترل نشده اي به محيط زيست رها مي شود و هم چنين پتانسيل مکان لندفيل براي توليد شيرابه حتي سال ها پس از بسته شدن نگراني رو به رشد جوامع بشري است . به عبارت ديگر يکي از مهمترين مشکل ها در طراحي و نگهداري لندفيل ها مديريت شيرابه اي است که با عبور آب از ميان زايدات توليد مي شود. به همين دليل مديريت مناسب و طولاني مدت زيست محيطي از لندفيل ها يک اولويت در مديريت زايدات است [٥].
٢.١. ترکيب شيرابه لندفيل
زايدات لندفيل از محدوده وسيعي از مواد غير آلي و ترکيبات طبيعي ساخته شده است که مخلوط آنها در ترکيب و پتانسيل آلودگي شيرابه اثر دارد. به همين دليل کيفيت شيرابه مکان خاص است و حتي در درون يک لندفيل خاص نيز تغييرپذيري اغلب آشکار است [٦]. عوامل زيادي بر توليد و ترکيب شيرابه لندفيل اثر دارند. يکي از عوامل اصلي اقليم منطقه اي است که لندفيل در آن قرار دارد. به عنوان مثال در مناطقي که بارش در آنجا بيشتر است ، آب بيشتري به درون لندفيل نفوذ مي کند و بنابراين شيرابه بيشتري توليد مي گردد. عامل ديگر توپوگرافي مکان لندفيل است که بر الگوهاي جريان و تعادل آب درون مکان اثر گذار مي باشد. متغيرهاي آشکاري نيز در طول سال اتفاق مي افتند که بر کيفيت شيرابه اثر گذارند، از جمله اين موارد مي توان به تغيير فصل اشاره کرد[٥].
به هر حال برجسته ترين اثر بر ترکيب شيرابه مرحله تجزيه مواد زايد و درجه تثبيت آن است . شيرابه لندفيل زايدات شهري هنگامي شکل مي گيرد که محصولات شيميايي و بيولوژيکي در نتيجه تجزيه مواد آلي و فساد پذير به درون محلول رها شوند. اين امر نتيجه فرايندهايي مثل تجزيه ميکروبي ، حل شدن و ته نشيني ترکيبات و واکنش هاي جذب و باز جذب است [٦]. شيرابه هم چنين ممکن است مايعات مخلوط نشدني ، ذرات کوچک و محدوده اي از موجودات زنده را در بر داشته باشد. اين ترکيب فاقد اکسيژن کافي و اسيدي است و بوي بسيار مشخصي دارد. مقدار شيرابه توليد شده ، تجزيه ، تثبيت و استخراج آلاينده ها از مخلوط زايدات به فاکتورهايي مثل تجزيه زايدات ، درجه فشردگي و توانايي جذب زايدات بستگي دارد.
ميزان بارش ، pH، نرخ جابجايي آب ، حرارت لندفيل و سن زايدات نيز در روند توليد شيرابه اثر دارند[٥].
در هر شرايطي ترکيب شيرابه از ترکيب آب باران و يا آب رودخانه ها بسيار متفاوت است . اگرچه شيرابه هميشه غلظت بالاتري از فلزات و کربن آلي محلول را نسبت به آبهاي طبيعي در بردارد اما ترکيب مواد مغذي موجود در آن براي رشد گياهان به صورت غير متعادل است . علاوه بر آن بعضي از فلزات نقش بيولوژيکي کمي را در محيط هاي خشکي دارند که پالايش و حذف بيولوژيکي آنها را مشکل مي سازد [٥].
اگر در يک لندفيل تکنولوژي مناسبي به منظور جمع آوري و تصفيه شيرابه وجود نداشته باشد، اين ترکيب ممکن است به ذخاير آب زيرزميني وارد شده و آنها را آلوده سازد. در صورتي که شيرابه به صورت تصفيه نشده باقي مانده و وارد ذخاير آب زيرزميني گردد اثرات سلامتي آن شامل : سوزش پوست ، حالت تهوع ، استفراغ و سردرد مي باشد. اين درحالي است که اثرات مزمن آن مواردي چون کم خوني ، آسيب به کليه ، سرطان پروستات ، سرطان ريه ، از بين رفتن حافظه ، کما، سردرد و افسردگي است [٧].
از سوي ديگر شيرابه حاوي مقادير قابل توجهي از عناصر مختلف غذايي و مواد آلي است که در صورت استفاده صحيح مي تواند به عنوان يک کود آلي عمل نموده و اثرات مثبتي بر کيفيت خاک داشته باشد. بررسي هاي انجام شده نشان داده اند که شيرابه لندفيل علاوه بر مقادير زياد مواد آلي که مي تواند سبب بهبود ساختمان و نفوذپذيري خاک گردد، داراي عناصر غذايي پر مصرف و کم مصرف نيز بوده که مي تواند مورد مصرف گياه قرار گيرد[٦].
٣.١. آلاينده هاي موجود در شيرابه لندفيل هاي شهري
گرچه شيرابه لندفيل مخلوط پيچيده اي از مواد شيميايي است اما چند آلاينده رايج در تمام خروجي هاي يک لندفيل وجود دارند. اين موارد شامل مقادير بالاي BOD ،COD ، +Cl، Na، NH٤ است . ساير آلاينده ها با مقادير کم شامل موجودات زنده و گستره اي از مواد شيميايي آلي و فلزات سنگين است . به دليل pH بالاي شيرابه ، فلزات سنگين موجود در آن به فرم نامحلول تبديل مي شوند، اين فرايند سبب مي شود که فلزات سنگين به ندرت يک مشکل آشکار در اين مورد باشند. اما ليگاندهاي شيميايي طبيعي و مصنوعي که در شيرابه وجود دارند مي تواند سبب شود که فلزات سنگين در بعضي از موارد قابل حل شده و متحرک گردد. علاوه بر آن مواد کلوئيدي موجود در شيرابه نيز مي تواند محتوي فلزات سنگين باشد[٥].
٢. روش هاي کاهش بار آلودگي شيرابه لندفيل هاي شهري
ماهيت غير قابل پيش بيني توليد و جريان شيرابه لندفيل تصفيه اين ترکيب را مشکل مي سازد. هدف اصلي در هر سيستم تصفيه رسيدن به استانداردهاي لازم جهت تخليه به مجراي فاضلاب ، جريان آب ، آب هاي زميني يا جزر و مدي است .
پيدا کردن روش هايي که از نظر هزينه موثر و موفق باشد مشکل است [٥]. روش هاي تصفيه شيرابه لندفيل هاي شهري شامل روش هاي فيزيکي ، شيميايي و بيولوژيکي و در بعضي از موارد ترکيبي از اين روش هاست . تخليه به وسيله هوا، جذب سطحي و فيلترهاي غشايي از جمله روش هاي فيزيکي اصلي در تصفيه شيرابه هستند. در بين روش هاي شيميايي تصفيه شيرابه مي توان به انعقاد و لخته سازي ، ته نشيني شيميايي و روش هاي اکسيداسيون شيميايي و الکتروشيميايي اشاره کرد. اين روش ها از جنبه اثر بخشي و اقتصادي چندان جذاب نيستند به همين دليل در سالهاي اخير بر روش هاي تصفيه بيولوژيکي تاکيد بيشتري شده است . در روش هاي بيولوژيکي از ميکروارگانيسم ها يا ساير موجودات زنده در تصفيه استفاده مي شود[٧]. به طور کلي روش ايده آل در تصفيه اين ترکيب بايد احتياج به نيروي انساني نداشته باشد، زايدات ، بو و مواد دفعي خارج از مکان ايجاد نکند، به صورت خودکار شيرابه را پردازش نمايد، از نظر هزينه با صرفه باشد، نگهداري و عملکرد آن ساده باشد. به همين دليل در اين مطالعه بر روش تصفيه شيرابه لندفيل هاي شهري با استفاده از گياهان که نسبت به ساير روش ها جديدتر مي باشد و مزاياي حاصل از آن تاکيد شده است [٤].
٣. گياه پالايي
گياه پالايي کاربرد گياهان سبز براي حذف يا تغيير شکل آلاينده ها از آب و خاک و کاهش خطرات آلاينده هايي مانند فلزات سنگين و مواد راديو اکتيو است . اين فرايند يک تکنولوژي تصفيه براي خاک ، آبهاي زيرزميني ، فاضلاب هاي آلوده و شيرابه و لجن ناشي از لندفيل هاست که بسيار کم هزينه است و نيازي به تکنولوژي پيشرفته ندارد. اين تکنولوژي از گياهان براي پايش در مکان و خارج از مکان خاک ، لجن ، رسوبات و آب هاي زيرزميني و آلوده از طريق حذف آلاينده ها، تجزيه يا تثبيت آنها استفاده مي کند. اين فرايند با به کار گيري توانايي انتخابي منحصر به فرد سيستم ريشه گياهان و تجمع زيستي ، جابه جا سازي ، توانايي ذخيره سازي و تجزيه ناخالصي ها به وسيله گياه عمل کند و نسبت به ساير تکنولوژي هاي تصفيه مثل سوزاندن ، تبخير حرارتي موثرتر مي باشد[٥]. گياه پالايي مي تواند براي پايش آلاينده هاي مختلف شامل فلزات ، آفت کش ها، حلال ها، هيدروکربن هاي نفتي و شيرابه لندفيل به کار رود. اين تکنولوژي همچنين براي کنترل زايدات سمي نقطه اي و غير نقطه اي به کار رفته است [٣].
٤. مکانيزم گياه پالايي
شش نوع خاص گياه پالايي به صورت زير مي باشد:
١.٤. تجمع در گياه
اين فرايند به جذب و انتقال آلاينده هاي فلزي در خاک به وسيله ريشه گياهان و انتقال به بخش هاي بالايي گياه اشاره دارد. گياهان خاصي که آنها را ابرانباشتگرها مي نامند معمولا در مقايسه با ساير گياهان مقادير بالايي از فلزات را جذب مي کنند. اين گياهان بر اساس فلزات موجود و ساير شرايط موجود در مکان انتخاب شده و در محل کاشته مي شوند. پس از چند هفته تا چند ماه گياهان شخم زده مي شوند. دفن ، کوره سوزاني و کمپوست کردن فرايندهايي است که در مورد اين گياهان بسته به هزينه و فرايند آبشويي انجام مي گيرد. گياهان داراي اين پتانسيل شامل گل هاي آفتابگردان ، جو، رازک ، گياهان چليپايي ، گزنه و قاصدک مي باشند. فلزاتي از جمله سرب ، کادميوم ، روي ، مس و کروم بهترين نماينده براي حذف با اين روش هستند[٩].
٢.٤. تجزيه به وسيله گياه
اين فرايند تجزيه آلاينده هاي جذب شده به وسيله گياهان از طريق فرايندهاي متابوليکي آن ها يا تفکيک اين آلاينده ها به وسيله ترکيباتي مثل آنزيم هاي توليد شده در گياه را شامل مي شود. در نتيجه اين فرايند ترکيبات داراي پتانسيل تجزيه زيستي به مواد غير محلول و خنثي تبديل مي شوند که يا در ليگنين ذخيره شده و يا به عنوان ماده مترشحه آزاد مي گردند. بعضي از گياهان آلاينده ها را به کمک ميکروب هايي که با ريشه آنها همزيستي دارند از طريق زيستي تجزيه مي کنند .[10]
٣.٤. تثبيت به وسيله گياه
اين فرايند شامل نگهداري خاک و رسوبات آلوده در مکان به وسيله گياهان و بي تحرک کردن آلاينده هاي سمي در خاک است . در اين فرايند تحرک آلاينده ها کاهش يافته و از مهاجرت آنها به آب زيرزميني يا هوا جلوگيري مي شود. اين روش مي تواند به منظور ايجاد پوشش گياهي در مکان هايي که به دليل غلظت بالاي فلزات فاقد پوشش گياهي طبيعي هستند به کار رود. ممکن است براي برگرداندن پوشش گياهي در اين مکان ها به حالت اول از گونه هاي مقاوم به فلزات استفاده شود و بدين سبب پتانسيل مهاجرت آلاينده ها را از طريق فرسايش بادي و آبشويي آلودگي خاک به آب زيرزميني کاهش دهند[٢].
٤.٤. تبخير به وسيله گياهان
اين فرايند جذب يا نفوذ آلاينده ها به وسيله يک گياه همراه با آزاد کردن آلاينده يا يک فرم اصلاح شده آن از گياه به اتمسفر است . همزمان که درختان و ساير گياهان در حال رشد هستند آب و آلاينده هاي آلي و غير آلي را بالا مي کشند. بعضي از اين آلاينده ها مي توانند از طريق گياهان به برگ ها رسيده و در غلظت هاي نسبتا پايين به اتمسفر تبخير شوند. از جمله اين آلاينده ها سلنيوم ، جيوه و ترکيبات آلي فرار مي باشند[٣].
٥.٤. تجزيه به وسيله ريشه
اين فرايند که تجزيه زيستي ريشه نيز ناميده مي شود شامل تجزيه آلاينده ها در خاک از طريق فعاليت ميکروبي است که با حضور ريزوسفر انجام مي شود. گياه پالايي ريزوسفر کربن آلي خاک ، باکتري ها، قارچ هاي ميکوريزا و تمام فاکتورهايي که تجزيه مواد شيميايي در خاک را سبب مي شوند افزايش مي دهد. ميکروارگانيسم ها مواد آلي را به عنوان مواد غذايي مصرف مي کنند و يا تجزيه و انتقال مي دهند. ميکروارگانيسم هاي خاص مي توانند مواد آلي مثل حلال ها را که براي سلامت انسان و پذيرندگان اکولوژيکي سمي هستند تجزيه کرده و آنها را از طريق تجزيه زيستي به مواد بي ضرر تبديل کنند.
