بخشی از مقاله
چکیده
نیتروژن یکی از عناصر غذایی پرمصرف مورد نیاز گیاهان زراعی میباشد. این عنصر از طریق کودهاي شیمیایی، دامی، حیوانی و همچنین لجن فاضلاب به خاك افزوده میشود. فعالیتهاي کشاورزي از جمله عوامل تشدید کننده آلودگی آبهاي زیرزمینی و سطحی با نیتروژن میباشند. هدف از این مطالعه بررسی تأثیر روش افزودن لجن فاضلاب به خاك، در هدرروي نیتروژن در شرایط غیر اشباع در ستونهاي آبشویی، بدون حضور و در حضور زئولیت میباشد. نتایج تحقیق نشان داد با افزودن دو درصد وزنی لجن فاضلاب به خاك شنی لومی احتمال آبشویی نیتروژن نیتراتی و آمونیومی وجود دارد و بیشترین خطر آبشویی نیتروژن نیتراتی در حالتی مشاهده شد که لجن فاضلاب به سطح خاك اضافه میشود. از طرفی بیشترین خطر آبشویی نیتروژن آمونیومی در این خاك در حالتی است که لجن فاضلاب با کل خاك مخلوط میشود. به نظر میرسد مخلوط نمودن لجن فاضلاب با 10 سانتی-متر اولیه خاك بهترین راهکار در مصرف لجن فاضلاب در خاك شنی لومی باشد. زیرا با مخلوط شدن لجن فاضلاب با خاك، سرعت نیتریفیکاسیون نسبت به حالتی که لجن فاضلاب به سطح اضافه میشود کاهش مییابد و غلظت نیتروژن نیتراتی در اثر تبدیل شدن آمونیوم به نیترات چندان بالا نمیرود. از طرفی یون آمونیوم فرصت جذب شدن در مکانهاي تبادلی را با عبور از توده خاك همراه با آب دارد. اضافه نمودن دو درصد وزنی زئولیت به خاك به مقدار قابل ملاحظهاي آبشویی نیتروژن نیتراتی و آمونیومی را کاهش داد. به طور میانگین به ترتیب 19 و 6 درصد از کل نیتروژن معدنی موجود در خاكهاي تیمار شده با لجنفاضلاب و 15 و 3 درصد از کل نیتروژن معدنی موجود در خاكهاي تیمار شده با زئولیت+ لجنفاضلاب به شکل نیتروژن نیتراتی وآمونیومی از خاكها آبشویی شد.
مقدمه
رشد سریع جمعیت و شهرنشینی و همچنین توسعه صنعت موجب تولید مقادیر قابل توجهی از لجن فاضلاب در نقاط مختلف جهان شده است - تاراسون و همکاران، . - 2008 لجن فاضلاب حاوي مقادیر قابل ملاحظهاي از مواد آلی و عناصر غذایی مورد نیاز گیاه از جمله نیتروژن و فسفر میباشد - کوك و همکاران، . - 2001 به علت قیمت پایین و در دسترس بودن، به مقدار زیادي از لجن فاضلاب در اراضی کشاورزي استفاده میشود. استفاده در زمان نامناسب و بیش از نیاز گیاهان از لجن فاضلاب در اراضی کشاورزي مخصوصا" در خاكهاي شنی موجب ورود ترکیبات آن به آبهاي سطحی و زیرزمینی و بروز مشکلات زیست محیطی خواهد شد - کوك و همکاران، . - 2001 یکی از نگرانیهاي موجود در ارتباط با اضافه نمودن لجن فاضلاب احتمال آبشویی فسفر و نیتروژن از خاكها میباشد. لجن فاضلاب حاوي هردو شکل آلی و معدنی نیتروژن میباشد که شکل آلی غالبتر میباشد - مندوزا و همکاران، . - 2006 اطلاع از آبشویی ترکیبات نیتروژنی از خاكها جهت مدیریت بهتر استفاده از لجن فاضلاب در اراضی کشاورزي لازم است. اضافه نمودن اصلاح کنندهها به خاك که باعث افزایش ظرفیت نگهداري آمونیومی خاك میشود میتواند از آبشویی نیتروژن از خاكها جلوگیري نماید. زئولیت طبیعی یکی از ترکیباتی است که به علت توانایی جذب بالا و ظرفیت تبادل کاتیونی بالا و همچنین تمایل بالا به جذب آمونیوم میتواند از آبشویی نیتروژن از خاك جلوگیري کند - ونگ و همکاران، . - 2006 هدف از این مطالعه بررسی آبشویی نیتروژن نیتراتی و آمونیومی از خاك تیمار شده با لجن فاضلاب تحت مطالعه آبشویی ستونی و بررسی اثر نوع جایگذاري لجن فاضلاب و افزودن زئولیت در آبشویی نیتروژن نیتراتی و آمونیومی ازخاك میباشد.
مواد و روشها
مطالعه آبشویی ستونی با استفاده از ستونهاي شیشهاي با قطر 5 سانتیمتر و ارتفاع 40 سانتیمتر بر روي یک خاك شنی لومی، انجام شد. از دو سري ستونهاي خاکی در این آزمایش استفاده شد. در سري اول جهت بررسی اثر جایگذاري لجن فاضلاب در آبشویی نیتروژن نیتراتی و آمونیومی از خاك، به مقدار 2 درصد وزنی لجن فاضلاب به سه صورت به خاك مورد مطالعه اضافه شد. در حالت اول لجن فاضلاب کاملا" با خاك مخلوط شد، در حالت دوم لجن فاضلاب با خاك 10 سانتی متري اولیه ستون مخلوط شد و در حالت سوم لجن فاضلاب بدون اینکه با خاك مخلوط شود به سطح خاك درون ستون اضافه شد. لجن فاضلاب استفاده شده در این آزمایش از بخش سرکان شهرستان تویسرکان واقع در استان همدان تهیه شد. در سري دوم جهت بررسی تاثیر زئولیت در آبشویی نیتروژن نیتراتی و آمونیومی، به مقدار 2 درصد وزنی، زئولیت با خاك مورد مطالعه کاملا" مخلوط گردید و سپس همانند سري اول، 2 درصد وزنی، لجن فاضلاب به سه شکل ذکر شده، به خاكها اضافه گردید. زئولیت مورد استفاده از معادن زئولیت تهران تهیه گردید. جرم مخصوص ظاهري خاك داخل ستونها بین 1/3 تا 1/4 گرم بر سانتیمتر مکعب بدست آمد. این آزمایش در دو تکرار انجام شد. به تمام ستونهاي آبشویی ابتدا 200 سانتیمترمکعب آب مقطر اضافه شد. ستونهاي خاك پس از گذشت یک هفته با فواصل زمانی هفت روز با 50 میلی لیتر آب مقطر تا 12 هفته آبشویی شدند. زهآبها در هر دوره جمع آوري شد و در دماي 2 درجه سانتیگراد نگهداري شدند. pH، قابلیت هدایت الکتریکی و همچنین غلظت نیتروژن نیتراتی و آمونیومی در زهآب خروجی از ستونهاي به روش رنگ سنجی - ملوانی، - 1996 حداکثر تا یک هفته پس از جمعآوري اندازهگیري شد. در این مطالعه از ستونهایی از خاك نیز بعنوان شاهد استفاده شد.
نتایج و بحث
جدول 1 برخی از خصوصیات شیمیایی خاك، لجن فاضلاب و زئولیت استفاده شده را نشان میدهد. میزان نیتروژن نیتراتی فراهم - NO3--N - در خاك مورد مطالعه بیشتر از لجن فاضلاب و زئولیت میباشد. نیتروژن آمونیومی فراهم - NH4+-N - و نیتروژن کل کجلدال - TKN - در لجن فاضلاب به مقدار قابل ملاحظهاي بالا میباشد.
: a در نسبت یک به 5 نمونه به آب مقطر :b- در نسبت یک به 10 نمونه به کلرید پتاسیم یک مولار- :c: در نسبت یک به20 لجن فاضلاب به آب مقطر :d- در نسبت یک به 250 لجن فاضلاب به اسید استیک دو در صد - :TKN نیتروژن کل کجلدال اثر نوع جایگذاري لجن فاضلاب بر آبشویی نیتروژن نیتراتی و آمونیومی از خاك بدون اضافه نمودن زئولیت شکل 1 روند آبشویی نیتروژن نیتراتی و آمونیومی در خاكهاي تیمار شده با لجن فاضلاب و خاك شاهد را نشان میدهد. در تمام خاكهاي تیمار شده و همچنین خاك شاهد تقریبا از هفته دوم به بعد غلظت نیتروژن نیتراتی در زهآبهاي خارج شده افزایش یافت. نتایج بدست آمده نشان میدهند افزودن لجن فاضلاب پس از شش هفته موجب بالا رفتن غلظت نیتروژن نیتراتی از حداکثر غلظت مجاز توصیه شده توسط سازمان بهداشت جهانی 10 - - 1998 - میلیگرم بر لیتر نیتروژن نیتراتی - در زهآبهاي خروجی شده است. بیشترین افزایش غلظت نیتروژن نیتراتی در حالتی که لجن فاضلاب به سطح خاك اضافه شده بود مشاهده شد. علت آبشویی بیشتر نیتروژن نیتراتی، در حالت به کاربرده شده در سطح را میتوان به فراهم بودن شرایط بهتر براي نیتریفیکاسیون میکروبی در سطح نسبت داد - سانتیبانز و همکاران، . - 2007 از طرفی در اثر مخلوط نمودن لجن فاضلاب با خاك از تراکم عناصر غذایی و موجودات زنده در حجم مشخص کم شده و در تمام خاك پخش میشوند که از آن به عنوان اثر رقیق شدن نام برده می-شود - مندوزا و همکاران، - 2006 و در نتیجه سرعت نیتریفیکاسیون کاهش مییابد. در تمام خاكها اوج غلظت نیتروژن آمونیومی تقریبا قبل از هفته ششم مشاهده شد و پس از گذشت هشت هفته غلظت نیتروژن آمونیومی به کمتر از 4 میلیگرم بر لیتر رسید. نتایج نشان میدهند افزودن لجن فاضلاب به هر سه شکل باعث افزایش غلظت نیتروژن آمونیومی در زهآبهاي خروجی شده است.
