بررسی تاثیر روش کاربرد، اندازه ذرات و درصد زئولیت بر کیفیت پساب شهری
چکیده
کمبود آب باعث توجه به منابع آبهای نامتعارف از جمله پسابها درکشاورزی شده است. برای استفاده از پسابها باتوجه به کیفیت نامناسب آنها، استفاده از مواد اصلاحی مانند زئولیتها در خاک اهمیت پیدا میکند. در این پژوهش به بررسی اثر روش، میزان کاربرد و اندازه زئولیت، بر تغییرات ایجاد شده روی هدایت الکتریکی، pH،، سدیم، مجموع کلسیم و منیزیم پساب ورودی هنگام عبور ازستونهای خاک پرداخته شد. آزمایشها روی دو BOD5روش کاربرد (مخلوط و لایهای)، دو نوع اندازه ذره (بین 125 و 63 میکرون و کوچکتر از 63 میکرون)، دو مقدار
مختلف (2 و 4 درصد) و در چهار دور آبیاری (اول، چهارم، نهم و سیزدهم) در داخل 27 ستون پیویسی با قطر اسمی(خارجی) 11 سانتیمتر و ارتفاع 60 سانتیمتر انجام شد. این آزمایشها مشتمل بر 9 تیمار و 3 تکرار بود. تزریق پساب
به داخل خاک 13 مرتبه با تناوب هفتگی تکرار شد. در دور آبیاری یک، چهار، نه و سیزدهم اندازهگیری پارامترهای ذکر شده، روی پساب ورودی و زهآب خروجی از هر ستون صورت گرفت. نتایج نشان داد که در شرایط انجام آزمایش، کاربردزئولیت باعث افزایش میزان سدیم، pH و هدایت الکتریکی زهآب خروجی از ستونها شد و در مقابل راندمان
جذب مجموع کلسیم و منیزیم در تیمارهای مخلوط و لایهای نسبت به تیمار شاهد به ترتیب 142 و 7/75 درصد 5 افزایش یافت. همچنین افزایش راندمان حذف BOD
در تیمار مخلوط و لایهای نسبت به تیمار شاهد به ترتیب 1/43 و
87 درصد بود.
مقدمه
ایران از جمله کشورهای خشک و نیمه خشک دنیا به حساب میآید، میزان مصرف آب در بخش کشاورزی بالاترین درصد (بیش از 90 درصد) را بین کلیه مصارف به خود اختصاص داده و در بسیاری از نقاط
کشور، افزایش روزافزون مصرف آب و محدودیت منابع آب باعث گردیده که برنامهریزان و مدیران دربرنامه ریزیهای توسعه، به کلیه منابع متعارف و غیرمتعارف آب توجه نمایند
استفاده از فاضلابها در امر آبیاری و تولید محصولات کشاورزی، به عنوان منبع آب غیر متعارف و دارای عناصرکودی مورد نیاز گیاه، از دیرباز در بسیاری از نقاط دنیارواج داشته است
در صورت استفاده از این منابع به دلیل آبشویی کاتیونهای محلول به
ویژه کلسیم و منیزیم، نیتروژن نیتراتی و کربن آلی از خاک، باید با مدیریت صحیح صورت گیرد
.(از جمله روشهای مدیریتی استفاده از مواد اصلاحی مانند زئولیت در خاکها برای افزایش ظرفیت تبادلی کاتیونی آنها میباشد
.(زئولیت از آلومینوسیلیکاتهای بلورین است که از واحدهای تتراهدرال SiO4 و AlO4 تشکیل شده و اکسیژن عامل اتصال این واحدها است
.(این طریقه اتصال ساختار شبکه بلور را ایجاد کرده و داخل آن حفره هایی با ابعاد مولکولی ایجاد شده است. کلسیم و پتاسیم و دیگر کاتیونهای تبادلی میتوانند در حفرههای ساختمان زئولیت نفوذ کرده و جذب شوند
پدیده تبادل یونی یکی از ویژگیهای زئولیتهاست درپدیده تبادل یونی، یک یون با یون دیگری که به صورت
موقت نگهداری میشده، تبادل میگردد
تحقیقات انجام شده نشان دهنده توانایی زئولیت در بهبود نسبی کیفیت پسابها بوده است
. ناظم و همکاران نتیجه گرفتند که اضافه کردن زئولیت به خاک سبب جذب نمکهای بیشتری از شیرابه ورودی شده و در نتیجه هدایت الکتریکی زهآب خروجی از تیمارها کاهش یافته است. زمانیان (بیان کرد که زئولیت تمایل به جذب سدیم موجود در شیرابه را نداردو به دلیل ظرفیت تبادل کاتیونی بالا تمایل بیشتری به جذب کاتیونهای دو ظرفیتی نسبت به کاتیونهای یک
ظرفیتی را از خود نشان میدهد. عکاشه و همکاران در تحقیقات خود خروج سدیم از ساختار زئولیت و جایگزینی آن با کلسیم را نتیجه گرفتند و دلیل جذب قویتر کلسیم را دو ظرفیتی بودن آن دانستند. زمانیان در تحقیقات خود کاربرد زئولیت را سبب افزایش pH زهآب خروجی از لایسیمترهای خاک دانست.
بررسیها نشان میدهند که خاکها با دارا بودن ویژگیهای فیزیکوشیمیایی و زیستی بسیار پیچیده، توانایی
خوبی در حذف و پالایش آلایندههای موجود در پساب رااز خود نشان میدهند
هر چه زمان عبور پساب از بین ذرات خاک طولانیتر باشد، به
دلیل تماس بیشتر و در نتیجه تاثیر بیشتر فرایندهای شیمیایی و بیولوژیک خاک بر کیفیت پساب، امکان انتقال آلایندهها به عمق خاک کاهش مییابد
.(در تحقیق انجام شده در دانشگاه تهران با بهرهگیری از پروفیل خاک به عنوان یک فیلتربیولوژیکی مشخص شدکه بسیاری از آلودگیهای فاضلاب پس از عبور از پروفیل خاک به میزان قابل توجهی کاهش یافته، به گونه ای که میزان متوسط BOD5
(اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی) از 160 میلیگرمدرلیتر درفاضلاب به 9 میلیگرمدرلیتر در زهآب کاهش یافته بود
گزارش کردند که با گذر زمان BOD5 زهآب خروجی از
زهکش زمین مورد تحقیق افزایش یافته و علت این امر راکاهش توانایی خاک برای حذف مواد آلی و همچنینBOD5 بالای پساب عنوان کردند. چن و همکاران(2008 (میزان BOD5 و COD خروجی از سیستم تصفیهزمینی (زمینهای مرطوب) به کار رفته در آزمایش را باگذر زمان ثابت دانستند. با توجه به تحقیقات زمانیان (1387 (زئولیت به دلیل ظرفیت تبادل کاتیونی بالا و نیز
حفرات و کانالهای خود میتواند، بعضی از مواد آلی موجود در شیرابه را در خود جای دهد و از خروج آنها
جلوگیری کند و در نتیجه سبب کاهش بیشتر اکسیژن مورد نیاز شیمیایی زهآب خروجی در این تیمارها نسبت به تیمار شاهد شود.
در تصفیه خانه ها فرایندهای فیزیکی و بیولوژیکی برای تصفیه فاضلابها انجام میشود با توجه به این که این فرایندها برای تصفیه کامل فاضلاب ها کافی نیست بنابراین نیاز به فرایندهای پیشرفتهتر برای تصفیه آنها ضرورت مییابد. با توجه به این امر تحقیق حاضر با هدف بررسی تغییرات برخی پارامترهای شیمیایی پساب شهرکرد با استفاده از ترکیب خاک و میکروزئولیت به دو روش مخلوط و لایهای با اندازه ذرات و درصدهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته و عملکرد آنها با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفت.
مواد و روشها
تحقیق حاضر به منظور بررسی امکان تصفیه بیشتر برخی پارامترهای شیمیایی پساب تصفیه خانه شهرکرد بااستفاده از خاک و یا ترکیب خاک و میکروزئولیت به
عنوان یک فیلتر، در سال 1390 و در دانشگاه شهرکرد انجامشد. پساب استفاده شده در این تحقیق از محل تصفیه خانهفاضلاب شهرکرد تأمین شد. برواحدهای آزمایشی در داخل 27 ستون استوانهای از جنس لوله ی پی وی سی 110 به قطر داخلی 5/10 سانتیمتر و باارتفاع 60 سانتیمتر پیاده شد. به منظور جلوگیری ازحرکت جانبی آب به طرف پایین ستونها قسمت داخلی
ستونها با استفاده از گریس پوشانده شد. به منظور انسدادبخش انتهایی ستونها و در عین حال برقراری امکانخروج آب از توری فلزی با قطر روزنههای یک میلیمتراستفاده شد. برای پر کردن ستونها به صورت زیر عمل شد. ابتدا پنج سانتیمتر کف هر ستون با استفاده از فیلترشنی (انتخاب فیلتر به روش USBR (برای جلوگیری ازخروج ذرات خاک پر شد (طباطبائی و همکاران، 1390.(روی فیلتر شنی تا ارتفاع 40 سانتیمتر از خاک یا از ترکیب خاک و زئولیت (بسته به تیمار) پر شد. سپس برای جلوگیری از بهم خوردن سطح خاک، لایهای از شن
درشت به ارتفاع 5 سانتیمتر داخل هر لوله ریخته شد.
بدین ترتیب 10 سانتیمتر از بالای هر لوله برای آبیاری ستون خاک باقی ماند. برای پرکردن تیمارهای لایهای
مشابه تیمارهای مخلوط عمل شد با این تفاوت که همان میزان زئولیت به صورت لایهای در وسط نمونه خاک ریخته شد. در ابتدای دوره 27 ستون خاک سه بار بااستفاده از آب معمولی به میزان 5nv/1 تیمار شاهد (nتخلخل و v حجم کل ستون خاک تیمار شاهد) آبیاری شد تا خاک نشست خود را داشته باشد.
. آنالیز آماری با استفاده از نرم افزار SAS صورت گرفت. مقایسه میانگینها به روش آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح اطمینان 95 درصد انجام گردید.
نتایج و بحث
- تغییرات pH
میزان pH زهآب خروجی در اثر عبور پساب از داخل ستونها در طول مدت آزمایش نسبت به pH پساب
ورودی افزایش یافت و این افزایش برای تیمارهای دارای زئولیت بیش از تیمار شاهد بود
بررسی درصد تغییرات pH نشان داد که درصد زئولیت بالاتر وکاربرد آن به صورت مخلوط باعث افزایش بیشتر pHخروجی شد و اختلاف بین تیمارها در سطح یک درصد
معنیدار بود. دلیل این امر را میتوان اینگونه بیان نمود که به دلیل آنکه زئولیت دارای سدیم است، وجود سدیم در خاک باعث افزایش خاصیت قلیاییت خاک و در نتیجه افزایش pHدر تیمارهای دارای زئولیت به خصوص در آبیاریهای ابتدایی شده ولی با افزایش دور آبیاری و با شسته شدن سدیم، قلیاییت خاک کاهش یافته و از میزان pH زهآب خروجی کاسته شد،به گونهای که در آبیاری سیزدهم هیچ یک از تیمارها اختلاف
معنی داری با هم نداشتند. نتایج بدست آمده با نتایج زمانیان
(1387 تطابق داشت.
تغییرات هدایت الکتریکی (EC (
بررسی میانگین مقدار شوری در زهآب خروجی بیانگر آن است که میانگین مقدار شوری در زهآب خروجی همواره بیشتر از میانگین آن در پساب ورودی است.(افزایش شوری در زهآب خروجی نسبت به پساب ورودی به دلیل کسر آبشویی 85 درصد، قابل توجیه است
(کریستن و همکاران، 2010 نشان داد که درصد زئولیت بالاتر و کاربرد آن به صورت لایهای هدایت الکتریکی را به صورت معنیداری
افزایش داد. کاهش اندازه ذرات، در تیمارهای مخلوط و لایهای به ترتیب باعث افزایش و کاهش درصد تغییرات هدایت الکتریکی گردید. درصد تغییرات هدایت الکتریکی
در دورهای مختلف آبیاری نشان داد
که در اکثر تیمارهای ترکیب شده با زئولیت در دور آبیاری اول درصد تغییرات زیاد بوده و با افزایش دور آبیاری درصد تغییرات هدایت الکتریکی به صورت معنیدار کاهش یافت و هدایت الکتریکی زهآب خروجی به هدایت الکتریکی
پساب ورودی نزدیک شد. زئولیت به دلیل هدایت الکتریکی بالا، باعث افزایش هدایت الکتریکی زهآب خروجی در دور اول آبیاری نسبت به تیمار شاهد شد اما با آبشویی زئولیت، میزان EC طی دوره آزمایش کاهش یافت
اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD (بررسی میانگین مقدار BOD5 در نمونه های زهآب
جمع آوری شده بیانگر آن است که میانگین مقدار BOD5زهآبهای خروجی همواره کمتر از میانگین آن در پساب ورودی است
نتایج آزمون مقایسه میانگین
نشان داد که روش کاربرد به صورت لایهای و همچنین افزایش درصد وکوچک شدن اندازه ذرات زئولیت
سبب کاهش بیشتر BOD5 زهآب خروجی شده است. به نظر
میرسد لایه زئولیت قرار گرفته در وسط تیمارهای لایهای مانع عبور مواد آلی موجود در پساب شده و به طبع آن اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی به دلیل غلظت کم مواد آلی در زهآب خروجی کاهش یافته است. تیمارهای مخلوط تاآبیاری نهم توانایی خود را برای کاهش BOD5 پساب حفظ نمودند ولی در آبیاری سیزدهم میزان BOD5 زهآب به طور معنیداری افزایش یافت. دلیل این امر کاهش قدرت تصفیه کنندگی خاک و زئولیت در جذب مواد آلی بود. اما در تیمارهای لایه ای با افزایش دور آبیاری میزان BOD5 زهآب خروجی به طور معنیداری افزایش یافت. زئولیت به دلیل
دارا بودن ظرفیت تبادل کاتیونی بالا و نیز حفرات و کانال-های خود میتواند مواد آلی موجود در پساب را در خودجای دهد و از خروج آنها جلوگیری کند به همین دلیل
کاهش BOD5 پساب با افزایش میزان زئولیت به کار رفته مشاهده شد
سدیم (Na (با توجه به نتایج، به جز تیمار شاهد، در سایر تیمارها میزان سدیم پساب در اثر عبور ستونها افزایش یافت
(در میان تیمارهای تحقیق، تیمارهای مخلوط4 درصد (MB4 و MA4 (میزان سدیم خروجی بیشتری در
زهآب نسبت به سایر تیمارها داشتند. میزان سدیم خروجیدر تیمارهای مخلوط بیشتر از لایهای بود. با کوچک کردن اندازه ذرات زئولیت میزان سدیم خروجی در تیمارهای
مخلوط و لایهای به ترتیب کاهش و افزایش یافت. با افزایش میزان زئولیت درخاک، میزان سدیم زهآب خروجی در هر دو روش کاربرد مخلوط و لایهای به صورت معنی-
داری افزایش یافت (جدول 5 .(بیشترین میزان خروج سدیم
در تیمارهای مخلوط و لایهای در آبیاری اول مشاهده شد و
در تیمارهای مخلوط به صورت معنیدار میزان سدیم زهآب
خروجی در دورهای آبیاری بعدی کاهش یافت اما در تیمارهای لایهای اختلاف معنیداری از لحاظ خروج سدیم در دورهای آبیاری بعدی مشاهده نشد.
اختلافهای میان تیمارها در کلیه دورهای آبیاری در سطح
یک درصد معنیدار شد (01/0<P .(تحقیقات زمانیان(1387 (نیز نشان داد که زئولیت تمایلی به جذب سدیم ندارد
سدیم با توجه به نتایج، به جز تیمار شاهد، در سایر تیمارها میزان سدیم پساب در اثر عبور ستونها افزایش یافت(شکل 8 .(در میان تیمارهای تحقیق، تیمارهای مخلوط 4 درصد (MB4 و MA4 (میزان سدیم خروجی بیشتری در زهآب نسبت به سایر تیمارها داشتند. میزان سدیم خروجی در تیمارهای مخلوط بیشتر از لایهای بود. با کوچک کردن اندازه ذرات زئولیت میزان سدیم خروجی در تیمارهای مخلوط و لایهای به ترتیب کاهش و افزایش یافت. با افزایش میزان زئولیت درخاک، میزان سدیم زهآب خروجی در هر دو روش کاربرد مخلوط و لایهای به صورت معنی-داری افزایش یافت (جدول 5 .(بیشترین میزان خروج سدیم در تیمارهای مخلوط و لایهای در آبیاری اول مشاهده شد و در تیمارهای مخلوط به صورت معنیدار میزان سدیم زهآب خروجی در دورهای آبیاری بعدی کاهش یافت اما در تیمارهای لایهای اختلاف معنیداری از لحاظ خروج سدیم در دورهای آبیاری بعدی مشاهده نشد (شکل 9 .(اختلافهای میان تیمارها در کلیه دورهای آبیاری در سطح یک درصد معنیدار شد (01/0<P .(تحقیقات زمانیان (1387 (نیز نشان داد که زئولیت تمایلی به جذب سدیم ندارد نسبت جذب سدیم (SAR (در اثر کاربرد، پساب بیشترین و کمترین میزان SAR زهآب خروجی به ترتیب در تیمار MB4 و شاهد مشاهده شد .
کاربرد ذرات ریزتر در تیمارهای مخلوط سبب کاهش میزان درصد تغییرات SAR شده است در حالی که در روش لایهای باعث افزایش درصد تغییرات SAR شد. با افزایش میزان زئولیت SAR زه آب خروجی در تیمارهای مخلوط افزایش یافته است در حالی که در تیمارهای لایهای اختلاف معنی داری مشاهده نشد .
نتیجه گیری
- افزودن زئولیت به خاک باعث افزایش میزان pH و هدایت الکتریکی زهآب خروجی به خصوص در دورهایاولیه شد.
- میانگین سدیم زهآّب خروجی از تیمار شاهد نسبت به میانگین سدیم پساب ورودی 99/64 درصد کاهش نشان داد، در حالی که در تیمارهای مخلوط و لایهای، سدیم زهآب خروجی به دلیل استفاده از زئولیت 24/48 و 76/6درصد از میزان سدیم پساب ورودی بیشتر بود.
- میزان BOD5 زهآب خروجی در تیمارهای شاهد، مخلوط و لایهای به ترتیب 42/38 ،98/54 و 84/71
درصد نسبت به BOD5 پساب ورودی کمتر بود.
- میزان آبشویی مجموع کلسیم و منیزیم در تیمارهای شاهد و لایهای به ترتیب 8/52 و 16/11 درصد بود در حالی که تیمارهای مخلوط میزان مجموع کلسیم و منیزیم زهآب خروجی 55/22 درصد نسبت به پساب ورودی کمتر بود.
- افزایش میزان زئولیت و کوچک کردن ذرات آن سبب
کاهش معنیدار BOD5 و مجموع کلسیم و منیزیم زهآب خروجی شد.
- اگر هدف از کاربرد زئولیت کنترل BOD5 پساب باشد، کاربرد زئولیت به صورت لایهای و در صورتی که هدف جذب مجموع کلسیم و منیزیم پساب توسط خاک باشد
کاربرد زئولیت به صورت مخلوط عملکرد بهتری دارد.
- در مجموع میتوان بیان نمود که تیمار لایهای کارایی بهتری داشته است و درصورتیکه هدف استفاده از زه آب خروجی ستونها باشد، تیمارهای لایهای برای این منظور مناسب تر است.
جهت دریافت مشاوره رایگان محصولات و اخذ اطلاعات تخصصی با شماره های زیر تماس بگیرید :
09127606716
09305501606
09303613350
دبکوپاک همیشه پاک