تصفیه فسفات زهاب‌های کشاورزی با استفاده از راکتور زیستی کاه و کلش گندم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

3 کارشناس آزاد، متخصص زهکشی، تهران، ایران.

چکیده

تغذیه مناسب گیاه یکی از عوامل مهم در بهبود کمی و کیفی فرآورده‌های کشاورزی به‌شمار می‌رود. فسفر یکی از عناصر غذایی پر مصرف مهم است که کمبود آن رشد گیاه را به‌شدت محدود می‌کند. افزایش جمعیت و نیاز به مواد غذایی بیشتر باعث شده کشاورزان برای افزایش تولید از کودهای دارای فسفر استفاده کنند، که در نتیجه مقدار اضافی عنصر وارد زهاب­های کشاورزی شده و منابع آب زیرزمینی را آلوده می­کند. به‌همین منظور استفاده از راکتورهای زیستی برای تصفیه زهاب­های کشاورزی و حذف عناصری مانند فسفر موردتوجه قرارگرفته است. در این مطالعه با توجه به هزینه‌ها و دردسترس بودن گندم در تمامی نقاط ایران، کاه و‌ کلش گندم به‌عنوان بستر و محیط راکتور زیستی انتخاب شد. سه جعبه از جنس آهن گالوانیزه با طول، عـرض و ارتفـاع یـک متر برای شبیه­سازی شرایط مزرعه­ای مـورد اسـتفاده قرارگرفـت. جعبه‌ها دارای یک خروجی و یک ورودی برای تزریق پساب  و سه نقطه برای برداشت پساب بودند؛ که عمق نقاط برداشت به‌ترتیب از کف جعبه 1، 6 ، 16 سانتی‌متر درنظر گرفته شد. داخل جعبه‌ها با کلش ‌گندم به‌صورت فشرده تا ارتفاع 20 سانتی‌متری از کف با وزن 39 کیلوگرم پر شد. پژوهش موردنظر در مدت 51 روز با چهار تکرار آزمایش با پسابی در حدود 14 میلی‌گرم فسفات انجام شد. تمام اندازه‌گیری‌ها در محل آزمایش با دستگاه فتومتر 7100 انجام شد. نتایج این پژوهش نشان‌داد که میزان کاهش غلظت فسفات با گذشت زمان افزایش می‌یابد. میزان درصد کاهش حداقلی فسفات 48 درصد بود. هم‌چنین میزان درصد کاهش حداکثری فسفات برابر 97 درصد به‌دست آمد که این نتایج بیانگر عملکرد قابل‌قبول این بیوراکتور بود. نتایج  حاصل از آزمون‌های آماری مانند آزمون t و آزمون واریانس بیانگر آن است که با گذشت 51 روز از عمر کاه ‌و کلش ‌گندم هیچ تفاوتی در میزان کاهش غلظت عنصر (عملکرد راکتور زیستی) ایجاد نشده است. احتمال تاثیر دما و غلظت اولیه بر روی نتایج  وجود داشت. به‌همین دلیل، در اولین گام غلظت اولیه را در این پژوهش بی ‌اثر کرده و آزمون کوواریانس برای بررسی تاثیر دما بر طول عمر کاه و کلش انجام شد که بیانگر عدم تاثیر دما بود.

کلیدواژه‌ها


صادقی، س.، الباحی، م.، گلابی، م.، و برومند نسب، س.، (1401)، "بررسی استفاده از زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت اصلاح‌شده در حذف نیترات، فسفات و شوری از زهاب کشاورزی در مدل زهکشی آزمایشگاهی"، علوم و مهندسی آبیاری، 45(1)، 131-152، https://doi.org/10.22055/JISE.2021.35721.1935.
نادری، آ.، رمضانی اعتدالی، ه.، اکرم، م.، و بی‌جن خان، م.، (1399)، "تصفیه نیترات زهاب­های کشاورزی با استفاده از بیوراکتور"، محیط‌زیست طبیعی، 73(3)، 613-624.
هاشمی، ا.، حیدرپور، م.، و مصطفی‌زاده، ب.، (1390)، "بررسی میزان حذف نیترات در دو حالت قرارگیری فیلترهای زیستی در سیستم‌های زه‌کشی زیرزمینی"، مجله علوم و  مهندسی آبیاری. 34(2)، 71-82.
همایی، م.، و ملکوتی، م.، (1373)، "حاصل‌خیزی خاک‌های مناطق خشک و نیمه حشک، مشکلات و راه‌حل‌ها"، انتشارات دانشگاه تربیت مدرس، 494 صفحه.
Addy, K., Gold, A.J., Christianson, L.E., David, M.B., Schipper, L.A., and Ratigan, N.A., (2016), “Denitrifying bioreactors for nitrate removal: A meta-analysis”, Journal of Environment Quality, 45(3), 873-881, https://doi.org/10.2134/jeq2015.07.0399.
Ashoori, N., Teixido, M., Spahr, S., Lefebvre, G.H., Sedlak, D.L., and Luthy, R.G., (2019), “Evaluation of pilot-scale biochar-amended woodchip bioreactors to remove nitrate, metals, and trace organic contaminants from urban storm water runoff”, Water Research, 154, 1-11, https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.01.040.
Chang, H., Yang, X., and Fang, H., (2006), “In situ nitrogen removal from the eutrophic water by microbial plant intergrated system”, Journal of Zhejiang University SCIENCE B, 7, 521-531.
Dixit, R., Malaviya, D., Pandiyan, K., Singh, U.B., Sahu, A., Shukla, R., and Paul, D., (2015), “Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment: An overview of principles and criteria of fundamental processes”, Sustainability, 7(2), 2189-2212, https://doi.org/10.3390/su7022189.
 Eslami, A., and Nemati, R., (2015), “Removal of heavy metal from aqueous environments using bioremediation technology_review”, Journal of Health in the Field, 2(3), 43-51. 
Greenan, C.M., Moorman, T.B., Kaspar, T.C., Parkin, T.B., and Jaynes, D.B., (2006), “Comparing carbon substrates for denitrification of subsurface drainage water”, Journal of enviremental quality, 35(3), 824-829, https://doi.org/10.2134/jeq2005.0247
Hassanpour, B., Giri, S., Pluer, W., Steenhuis T., and Geohiring, L. (2017), “Seasonal performance of denitrifying bioreactors in the Northeastern United States: Field trials”, Journal of Environmental Management, 202(1), 242-253, https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.06.054.  
Kellman, L.M., (2005), “A study of tile drain nitrate -15N values as a tool for assessing nitrate sources in an agricultural region”, Nutrient Cycling in Agroecosystems, 71(2), 131-137.
Lopez-Ponnada, E.V., Lynn, T.J., Peterson, M., Ergas, S.J., and Mihelcic, J.R., (2017), “Application of denitrifying wood chip bioreactors for management of residential non-point sources of nitrogen”, Journal of Biological Engineering, 11(1), 16, https://doi.org/10.1186/s13036-017-0057-4.
Maxwell, B.M., Díaz-García, C., Martinez-Sánchez, J.J., Brigand, F., and Álvarez-Rogel, J., (2020), “Temperature sensitivity of nitrate removal in woodchip bioreactors increases with woodchip age and following drying–rewetting cycles”, Environmental Science: Water Research and Technology, 6(10), 2752-2765.
Mokarram, P., Jaberi, H., Khoshdel, Z., Miladpour, B., Ramezani, F., Fahmideh, M.A., and Movahedi, B., (2013), “Comparing the atomic absorption spectrophotometery and photometery”, Iranian Standardization Elements Congress of Kashan University of Medical Sciences, 16, 705-706. 
Rafiee, S., and Asadi Rahmani, H., (2010), “Isolation and identification of the different species of flavobacterium from the rhizosphere of wheat cultivated in the different regions of Iran”, Journal of Water and Soil, 24(2), https://doi.org/10.22067/JSW.V0I0.3242.
Sharrer, K.L., Christianson, L.E., Lepine, C., and Summerfelt, S.T., (2016), “Modeling and mitigation of denitrification ‘woodchip ’bioreactor phosphorus releases during treatment of aquaculture wastewater”, Ecological Engineering, 93, 135-143, https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2016.05.019.
South Dakota Water Research Institute, (2015), Annual Technical Report FY 2015, The College of Agricultural and Biological Sciences at South Dakota State University, USA.
Yanpeng, M., Chao, X., Qinyan, Y., Wenlong, W., and Zhanlong, S., (2018), “Fate and distribution of phosphorus in laboratory-scale membrane bioreactors”, Chemical Engineering Research and Design, 133(5), 204-209. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2018.03.011.