بخشی از مقاله
خلاصه
وجود فسفر زیاد در فاضلاب تصفیهشده زمانی مشکلساز میشود که این فاضلاب به یک جریان آب سطحی با دبی کم یا اکوسیستم حساس تخلیه شود. از مهمترین اثرات نامطلوب گزارش شده از حضور مواد زائد فسفردار میتوان به کاهش اکسیژن محلول در آبهای پذیرنده، ایجاد خاصیت سمی برای زندگی آبزیان، وقوع پدیده یوتریفیکاسیون - رشد بیش از حد جلبکها و گیاهان آبزی - میباشد. فسفر در محیط زیست بیشتر به عنوان فسفات یافت می شود، همچنین فسفات ها تاثیرات زیادی بر روی میکروارگانیسمها دارند. وجود ترکیبات نیتروژندار یا مواد زائد حاوی نیتروژن در پساب خروجی از تصفیه خانههای فاضلاب نیز می تواند اثر نامطلوبی بر کیفیت آبهای پذیرنده داشته باشد.
به همین منظور یکی از روشهای مورد استفاده در حذف نیتروژن و فسفر از فاضلاب ، استفاده از سیستم های مبتنی بر رشد گیاهان آبزی می باشد. بر اساس نتایج مطالعه حاضر میزان فسفر و نیتروژن موجود در خروجی سیستم تصفیه فاضلاب بیمارستان مورد نظر کمتر از حد استاندارد بوده است. علاوه بر این میزان رشد و تکثیر گیاهان مورد بررسی در پساب خروجی از سیستم تصفیه خانه فاضلاب بیمارستانی قابل توجه بوده است و نتایج مطالعه حاضر نشان دهنده میزان رشد و تکثیر بیشتر گیاه لمنا نسبت به آزولا میباشد. بر این اساس دو گیاه لمنا و آزولا دو گیاه آبزی مناسب برای حذف فسفر و نیتروژن از فاضلاب بوده و گیاه لمنا شرایط مناسب تری جهت حذف خواهد داشت.
کلمات کلیدی: فسفر، نیتروژن، گیاهان آبزی، فاضلاب
.1 مقدمه
رشد روز افزون جمعیت جهان و گسترش صنعت، منجر به تولید ضایعات و پساب بیشتری بهوسیله بشر شده است. بطوریکه پسابها و چگونگی دفع آنها از چالشهای بشر در عصر جدید است. پسابهای شهری منبع غنی از مواد آلی و مغذی بوده که باعث تقویت رشد جلبکها میشوند. از بین این مواد میتوان به آمونیوم، نیترات و فسفات اشاره کرد که در یوتریفیکاسیون شرکت دارند - . - 1 نیتروژن و فسفر از عناصر ضروری برای گیاهان و موجودات زنده محسوب میشوند، با این وجود ورود فسفر و نیتروژن از زمینهای کشاورزی و پسابهای شهری و صنعتی کاملا تصفیه نشده به آب ها، میتواند از مهمترین منابع تهدید کننده کیفیت آب باشد - . - 2
زیرا مطالعات نشان داده است مقادیر کم نیتروژن در حدود 0/4 میلی گرم بر لیتر و فسفر در حدود 0/1 میلی گرم بر لیتر در آبهای آرام مانند جویبارها و دریاچهها باعث رشد سریع انواع جلبکها شده و رشد آنها سبب کاهش غلظت اکسیژن محلول و نفوذ نور به زیر آب میشود که نابودی ماهیها و میکرو ارگانیسمها را به دنبال دارد و با مرگ این موجودات تقاضای اکسیژن برای تجزیه آنها افزایش مییابد و دراین شرایط محیط هوازی به غیرهوازی تبدیل شده و همه این فرآیندها سبب پدیده غنی شدن آبها می شود. علاوه بر بروز مشکلات ناشی از این پدیده برای محیطزیست بهای خالص سازی این آبها نیز امری هزینهبر و نامطلوب است - . - 3 همچنین نوشیدن آبهای آلوده به نیترات، سبب گسترش بیماری متهموگلوبینمیا در کودکان و سرطانهای گوارشی در بزرگسالان میگردد - . - 4
.2 حذف فسفات بهوسیله ریزجلبکها از پساب خروجی فاضلاب شهری
ریزجلبکها علاوه براینکه میتوانند در پسابهای غنی از نیتروژن و فسفر رشد کنند، پتانسیل بالایی در حذف این ترکیبات از فاضلاب دارند - . - 1 کاربرد ریزجلبکها برای تصفیه پسابها مزایای متعددی دارد که از مهمترین آن میتوان به عدم ایجاد خطرات زیست محیطی با تکیه بر اصول اکوسیستمهای طبیعی، عدم ایجاد آلودگی ثانویه درصورت استفاده از بیوماس تولیدی و توانایی ریزجلبکها در بازچرخش موثر مواد مغذی موجود در پسابهای ثانویه اشاره کرد. بسیاری از گونههای جلبکی، به آلودگیهای موجود در پسابها مقاومند و سریعا در محیط غنی از نیتروژن و فسفر مستقر میشوند و بااستفاده از این مواد جهت رشد میتوانند موجب حذف نیتروژن و فسفر پساب گردند و این نشان میدهد که سیستم پرورش میکرو جلبکها میتواند به عنوان جایگزین فرآیند تصفیه ثانویه پساب به منظور حذف مواد مغذی از آنها به کار گرفته شود - . - 5
از مطالعات انجام شده برروی قابلیت حذف ازت و فسفر پساب توسط ریزجلبکها میتوان به مطالعات برروی اسپیرولیناپلاتنسیس در سال 1390 چنگانی و همکارانش که برای تصفیه فاضلاب استفاده نمودند، اشاره کرد. آنها دراین مطالعه نشان دادند که این ریزجلبک در پسابهای غنی از موادغذایی رشد میکند و به عنوان جایگزینی برای تصفیه ثانویه مناسب میباشد - . - 6 وانگ و لان در سال 2011 ، تولید بیوماس و حذف نیتروژن و فسفر را از فاضلاب شهری توسط جلبک سبز oleoabundans Neochloris مطالعه کردند. نتایج آن نشان میدهند که این جلبک قادر است نیتروژن و فسفر را در غلظتهای بالا به طور کامل حذف کرده و تولید بیوماس را افزایش دهد، بنابراین گزینه خوبی در تصفیه فاضلاب شهری است - . - 7 دراین بخش از مطالعه هدف، حذف فسفات توسط ریزجلبکهای کلرلا ولگاریس و اسپیرولینا پلاتنسیس از پساب خروجی فاضلاب شهری بیرجند در شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک میباشد.
ریزجلبکها از موسسه تحقیقات آبزیان بندر انزلی تهیه گردیدهاند. پساب فاضلاب مورد استفاده نیز از محل تصفیه خانه دانشگاه بیرجند تهیه گردید. فاضلاب شامل مقادیر بالایی از موادی مانند سموم و میکروبها است. برای بررسی دقیق و جلوگیری از تداخل سایر میکرو ارگانیسمها، پساب فاضلاب از طریق یک کاغذ صافی 0/45 میلیمتری فیلتر گردید - . - 8 برای اطمینان از عدم وجود هرگونه آلودگی مانند آلودگیهای قارچی و میکروبی، در اتوکلاو در دمای 121 درجه سانتی-گراد به مدت 20 دقیقه استریل و سپس دو گونه ریزجلبک در شرایط کاملا استریل به محیط اضافه شد. وزن خشک اولیه کلرلا ولگاریس و اسپیرولینا پلاتنسیس به ترتیب در نمونه فاضلاب 0/026 و 0/056 گرم در لیتر بود و در فاصله زمانی 1، 4، 6 و 8 روز، 50 میلیلیتر از هر ارلن برداشت و میزان غلظت فسفات بوسیله دستگاه اسپکتروفتومتر اندازهگیری شد - 9و. - 10 به منظور آمالیز داده ها، اطلاعات بدست آمده توسط نرمافزارهایی مانند Excel و SPSS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. تحلیلهای آماری براساس سه تکرار در هر آزمون و آنالیز واریانس یکطرفه ANOVA و طرح Tukey انجام شد.
.3 استفاده از گیاه آبزی لویی در حذف فسفر و نیتروژن از آب
گیاه آبزی لویی جزو درختچههای آبدوست است که ریشههای آن در بستر و اندام هوایی آن خارج از آب قرار دارد. این گیاه چند ساله و معمولا در آبهای راکد، کنار نهرها و مزارع برنج میروید - . - 11 تحمل به شوری این گیاه متوسط است و pH بازی تا اسیدی را تحمل میکند. این گیاه بهعنوان منبع اطمینان بخشی برای تولید کاغذ، الیاف و سوخت مورد استفاده قرار میگیرد - . - 12 گیاه لویی بهدلیل مجهز بودن سیستم بافت گیاهی، توانایی ذخیره مواد غذایی را دارد و حذف قسمت هوایی آن یک بار در سال کارایی حذف مواد غذایی را افزایش میدهد. ریشههای گیاه لویی نقش یک فیلتر بیولوژیکی را برای حذف انواع مواد آلی ایفا میکنند - . - 13 باتوجه به آلودگی برخی از پسابها به عناصر نیتروژن و فسفر و تخلیه آنها به زمینهای کشاورزی و آبهای جاری و تاثیر نامطلوب این عناصر در غنی شدن آبهای سطحی و سلامتی بشر، این پژوهش با هدف بررسی اثر گیاه آبزی لویی بر حذف عناصر نیتروژن و فسفر از پساب شهری در دو سطح مختلف از این عناصر در شرایط گلخانهای انجام شده است.
این آزمایش برروی گیاه آبزی لویی - Typha latifolia - در 12 عدد رآکتور به ابعاد 30*25*18 سانتیمتر با جریان بسته در مرکز تحقیقات آب و خاک خراسان رضوی انجام شد. برای انجام این پژوهش از دو سطح پساب - غلیظ و رقیق - و دو نوع رآکتور گیاهی و بدون گیاه استفاده شد. به منظور تهیه محل کشت از پساب شهری تصفیه خانه پرکندآباد مشهد استفاده گردید و پساب مورد استفاده از خروجی لاگونهای جلادهی نمونهبرداری شد و سپس پساب بهوسیله گالن-های 20 لیتری به گلخانه انتقال یافت و در همان زمان مورد استفاده قرار گرفت. همچنین برای کشت گیاه ابتدا ساقه های زیرزمینی آن در محیط گلخانه کشت شدند و هنگامیکه گیاهان به مرحله چندبرگی رسیدند، پس از شستشو با آب مقطر و از دست دادن رطوبت اضافی درون رآکتورها کشت شدند. مقدار نیتروژن کل در نمونههای گیاهی در ابتدا و انتهای آزمایش با دستگاه کجلدال تعیین شد - . - 14 فسفر محلول نیز به روش اسید آسکوربیک با دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه گیری شد - . - 15 دادهها با استفاده از نرمافزار MSTATC مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و برای مقایسه میانگین دادهها از آزمون LSD در سطح اختلاف معنیدار 0/05 استفاده شد.
.4 استفاده از گیاهان آبزی آزولا و لمنا جهت حذف فسفات و نیترات پساب
امروزه تمایل برای استفاده از گیاهان آبزی به خاطر فواید گوناگونشان نظیر میزان رشد بالا، حذف نوترینتها به میزان زیاد، غنی بودن از پروتئین ، بهره برداری و برداشت آسان، تحمل بالای گیاه ، قدرت سرکوب کنندگی جلبکی ، تثبیت بالای نیتروژن، منبع غذایی برای انسان، کنترل حشرات آبزی ، استفاده از آنها در ساخت آنتی بیوتیک ها، افزایش مواد آلی و بهبود ترکیب شیمیائی خاک واستفاده از آنها جهت حذف آلاینده ها مورد توجه قرار گرفته است - . - 17 به منظورتصفیه فاضلاب در اجتماعات کوچک، استفاده از سیستمهای گیاهی آبزی شناور نظیر لاگونهای پوشیده شده با - عدسک آبی - بدلیل راهبری آسان، هزینه کم و اثربخشی بالا مورد توجه قرار گرفته است 18 - و . - 19 لمنا که به عدسک آبی معروف است گیاهی است یکساله یا چند ساله، دارای ریزوم شناور ریشه دارای ریزوئید - اندامی که عمل ریشه را انجام میدهد -
