بخشی از مقاله
چکیده
امروزه نیاز مبرم به بالابردن تولیدات کشاورزی به دلیل رشد روزافزون جمعیت وکاهش منابع آب مناسب، بشر را به استفاده از آبهای با کیفیت پایینتر وادار کرده است. آب شور و زهآب نیز در ردیف آبهای نامتعارف قلمداد میشوند. به کارگیری آبهای شور و بازچرخانی و استفاده مجدد از زهآبها روشی کارآمد برای استفاده در اراضی فاریاب میباشد. علاوه بر این در کاهش بار آلودگی مؤثر است. فیلتراسیون فرایندی مؤثر در کاهش غلظت نمکهای موجود در زهآب میباشد.
بنابراین به منظور مقایسه و بررسی کارایی فیلترهای مختلف حاوی شن، زئولیت و مواد آلی ارزان قیمت برای کاهش هدایت الکتریکی به عنوان معیاری از شوری زهآب، آزمایشی با 4 تیمار و 3تکرار در گلخانه و در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام شد.
تیمارها در این آزمایش عبارت بودند از: شن -زئولیت-کاه جو، شن-زئولیت -میوه کاج، شن- میوه کاج-کاه جو ، شن- زئولیت-میوه کاج-کاه جو. برای آمادهسازی تیمارها از لولههای پلیاتیلن به ارتفاع 75 سانتیمتر و قطر 9 سانتیمتر استفاده شد و این ستونها با توجه به تیمارهای آزمایشی، به ترتیب از پایین به بالا با مواد مذکور پرشدند. سپس به هر یک از فیلترها محلولی با شوری 20 دسیزیمنس بر متر به تعداد 10 مرتبه - pore volume - افزوده شد و نمونه زهآب خروجی از انتهای هر ستون برای تعیین هدایت الکتریکی به آزمایشگاه منتقل گردید.
نتایج مطالعه نشان داد که در تمامیpore volume ها هدایت الکتریکی کاهش یافته و هر 4 تیمار در کاهش شوری زهآب، مؤثر و قابل توصیه میباشند. کاهش حداکثر 71/26 درصد از میزان هدایت الکتریکی در تیمار شن-زئولیت-میوه کاج بیانگر عملکرد بهتر این فیلتر در مقایسه با سایر فیلترهای مورد ارزیابی میباشد.
مقدمه
کشاورزی به عنوان اصلیترین منبع تأمین مواد غذایی دنیا، نقش بسزایی در ایجاد تعادل در امنیت غذایی، اجتماعی و حتی سیاسی کشورهای جهان داشته و خواهد داشت. امروزه منابع محدود آب شیرین قابل دسترس در معرض انواع آلودگی های میکروبی و شیمیائی قرار گرفته و آلایندههای فراوانی از طریق فاضلابهای صنعتی و کودهای شیمیائی منابع حیاتی انسانها را به طور جدی تهدید می نماید. با افزایش روزافزون جمعیت و نیاز مبرم به بالابردن تولیدات کشاورزی، توسعهی صنایع و افزایش آلودگی منابع آب شیرین، دسترسی به آب کافی و مناسب در برخی از کشورها به یک بحران جدی تبدیل شدهاست و امنیت غذایی مردم جهان را به خطر انداخته است
با توجه به پتانسیل تولید در اراضی آبی با وجود سطح کمتر این اراضی نسبت به اراضی دیم، تأمین غذای آینده مردم جهان به شدت به کشت آبی متکی خواهد بود و این در حالی است که شرایط کنونی بشر را به استفاده از آبهای با کیفیت پایینتر وادار کرده است. این آبها شامل تمام آبهایی است که هنگام کاربرد آنها، باید به عملیات مدیریتی پیچیده و مراقبتهای رفتاری سخت و مشکلآفرینی که به همراه دارد، توجه کرد. آب شور و زهآب نیز در ردیف آبهای نامتعارف قلمداد میشوند .[8] به کارگیری آبهای شور و بازچرخانی و استفاده مجدد از زهآبها روشی کارآمد برای استفاده در اراضی فاریاب و کاهش بار آلودگی محیط میباشد و هم اکنون در سطح جهانی رو به ازدیاد است
یکی از مؤلفههای اساسی برای هر طرح استفاده مجدد یا دفع زهآب زیرزمینی، تخمین کامل مقدار شوری است. استفاده مجدد مستقیم، در نگاه اول ممکن است یک مشکل کیفی آب به نظر آید که اصولاً به دلیل شوری زیاد، بر رشد گیاه اثر می-گذارد بنابراین اطلاع از مقادیر مقاومت گیاهان در برابر نمک، در پیشبینی اثرات استفاده مجدد از آبی با شوری ویژه روی یک گیاه خاص بسیار مفید است
از میان روشهای موجود، فیلتراسیون فرایندی مؤثر در کاهش غلظت نمکهای موجود در زهآب میباشد. در ساختن فیلتر مهمترین قسمت محیط یا انتخاب جاذب است. امروزه مواد طبیعی و محصولات جانبی کشاورزی به دلیل توانایی در جذب یونهای مختلف، فراهمی زیاد و هزینه کم بیش از سایر جاذبها مورد توجه قرار گرفتهاند .[3] در این راستا موادی از قبیل شن، زئولیت و ترکیبات آلی همچون کاه جو و میوه کاج میتوانند به عنوان جاذب مورد استفاده قرار گیرند. بنابراین هدف از این مطالعه حصول اطمینان از حذف و یا کاهش هدایت الکتریکی به عنوان معیاری از شوری زهآب، توسط فیلترهای موجود و بررسی میزان تداوم اثربخشی آنها در دفعات متوالی میباشد.
مواد و روشها
این مطالعه در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه صنعتی اصفهان در قالب طرح کاملا تصادفی با 4 تیمار - شن-زئولیت-کاه جو، شن-زئولیت-میوه کاج، شن- میوه کاج-کاه جو و شن-زئولیت-میوه کاج-کاه جو - ، 3 تکرار و با Pore 10 Volume طراحی گردید. اندازه مؤثر ذرات شن 0/80 میلیمتر، ذرات زئولیت 0/50میلیمتر و اندازه کاه جو و میوه کاج پس از خرد کردن 1 میلیمتر در نظر گرفته شد.
به منظور تهیه فیلترها لولههای پلیاتیلن به قطر 9 سانتیمتر و ارتفاع 75 سانتیمتر انتخاب و هر یک از مواد جاذب به ترتیب و با ارتفاع مشخص، درون این ستونها ریخته شدند. ارتفاع مواد جاذب در هر ستون 48 سانتیمتر در نظر گرفته شد که با توجه به تعداد جاذب در هر ستون، این ارتفاع به صورت مساوی بین مواد تقسیم شد. به-طوریکه ارتفاع هر جاذب در فیلترهای سهلایه 16 سانتیمتر و در فیلتر چهارلایه 12 سانتیمتر در نظر گرفته شد.
در انتهای هر ستون درپوشی تعبیه و برای خروج یکنواخت زهآب سه سوراخ در آن ایجاد گردید. به منظور بهبود زهکشی و جلوگیری از خروج شن، در پایینترین لایه ستون 10 سانتیمتر ریگ درشت و بر روی آن 2 سانتیمتر ریگ ریز و همچنین برای جلوگیری از مسدود شدن و کلوخه بستن سطح بستر فیلتر، در بالاترین لایه 5 سانتیمتر ریگ ریز استفاده گردید.
پس از تهیه فیلترها، ابتدا برای پایداری شرایط هیدرولیکی در آنها، به هر یک از ستونها آب مقطر و بعد از خشک شدن سطح فیلترها، زهآب ساختگی حاوی نمک کلریدسدیم با EC درحدود20 دسیزیمنسبرمتر اضافه گردید تا ستونها اشباع شوند. این عمل برای هر تیمار، به تعداد 10 مرتبه - 10Pore Volume - تکرار گردید.
در پایان هر مرحله زهآب خروجی از ستونها در ظروف نمونهبرداری که در زیر هر ستون قرار گرفته بود جمع-آوری و برای اندازهگیری EC به آزمایشگاه منتقل گردید. نتایج به دست آمده با استفاده از نرمافزار آماری SAS و SPSS تجزیه و تحلیل گردید و مقایسه میانگین دادههای آزمایشی با یکدیگر با آزمون چند دامنهای دانکن در سطح اطمینان 5 درصد صورت گرفت. برای رسم نمودارها از نرمافزار Excel استفاده شد.
نتایج و بحث
شکلهای 1 تا 4 میزان هدایت الکتریکی زهآب خروجی از انتهای فیلترها در طول مدت مطالعه را نشان می-دهند. نتایج این مطالعه نشان داد که در تمامی Pore Volumeها هدایت الکتریکی نمونه آب خروجی از ستونها نسبت به محلول ورودی کاهش یافته است.
با توجه به نتایج بدستآمده از شکل 1 که مقادیر هدایت الکتریکی خروجی از ستون شن- زئولیت- کاه جو را در Pore Volumeهای مختلف نشان میدهد، حداکثر جذب در این ستون حدود 52/29 درصد بوده است.
شکل -1 مقدار هدایت الکتریکی زهآب خروجی از ستونهای شن- زئولیت- کاه جو
نتایج جذب شوری توسط ستون شن- زئولیت- میوه کاج در شکل 2 نشان میدهد که این ستون کارائی خوبی در جذب کاتیونها و آنیونهای موجود در محلول دارد. حداکثر جذب 71/26 درصد نشان میدهد که میوه کاج نسبت به کاه جو میزان بیشتری از شوری را جذب کرده است که از دلایل این افزایش درصد جذب میتوان به افزایش زمان تماس آلاینده با جاذب به دلیل سرعت کم خروج زهآب در این ستون و افزایش بیشتر pH محلول و همچنین مقدار EC کمتر جاذب در مقایسه با سایر جاذبها اشاره کرد.
شکل -2 مقدار هدایت الکتریکی زهآب خروجی از ستونهای شن- زئولیت- میوه کاج
