نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 عضو هیأت علمی موسسه تحقیقات خاک و آب کشور، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان، بخش آب و خاک *(مسئول مکاتبات).
2 دانشیار گروه ژئومرفولوژی دانشکده علوم جغراقیا و برنامه ریزی دانشگاه اصفهان
3 دانشجوی دکتری بومشناسی آبزیان، دانشکده شیلات، مرتع و محیط زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
4 دانشآموخته کارشناسی ارشد محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی همدان و عضو باشگاه پژوهشگران جوان
5 کارشناس آزمایشگاه بخش تحقیقات آب و خاک مرکز مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان، بخش آب و خاک
چکیده
کلیدواژهها
علوم و تکنولوژی محیط زیست ، دوره شانزدهم، شماره دو ، تابستان 93
بررسی برخی ویژگیهای کیفی و غلظت عناصر سنگین در لجن فاضلاب خشک شده تصفیهخانه شاهینشهر اصفهان
حمیدرضا رحمانی[1]*
مسعود معیری[2]
زهره مظاهری کوهانستانی[3]
نرجس خدابخش[4]
حسین شریفی[5]
تاریخ دریافت:2/10/92 |
تاریخ پذیرش:14/2/93 |
چکیده
زمینه و هدف: استفاده از لجن فاضلاب در زمین یکی از مهمترین روشهای دفع لجن میباشد که باعث استفاده بهینه مواد غذایی موجود در لجن میشود. اما وجود آلایندهها و ارگانیسمهای پاتوژن در آن برای سلامت عمومی خطرناک است که بایستی پیش از استفاده مورد ارزیابی قرار بگیرد. این تحقیق، با هدف بررسی کیفیت لجن خشک شده تصفیهخانه فاضلاب شاهینشهر از نظر غلظت عناصر سنگین انجام گرفت.
روش بررسی: نمونهبرداری از لجن خشک تصفیهخانه فاضلاب شاهینشهر (با سه تکرار) به صورت فصلی در سال 92-1391 انجام و غلظت برخی فلزات سنگین در کنار پارامترهای شیمیایی و میکروبی لجن با استفاده از روشهای DTPA، جذب اتمی و روش معمول اندازهگیری شد. نتایج با استفاده از آزمون t با حدود استاندارد مقایسه و تغییرات فصلی با استفاده از آنالیز واریانس یک طرفه و آزمون دانکن برای مقایسه میانگینها بررسی شد.
یافتهها: مقادیر کلیفرم مدفوعی و کل در هیچ گروهی از استانداردها واقع نشده و استفاده مجدد با شرایط فعلی از نظر بهداشتی محدودیت دارد. مقادیر pH، جامدات کل، مواد آلی و رطوبت در دامنه مقادیر معمول قرار داشت. تغییرات فصلی ترکیب لجن نشان داد، بهترین وضعیت از نظر کم بودن غلظت قابل جذب عناصر مربوط به فصل زمستان بوده است. بیشترین بارسالیانه عناصر از نظر غلظت قابل جذب مربوط به عنصر آهن و کمترین آن مربوط به عنصرکروم بود. با توجه به نتایج غلظت کل عناصر سنگین، اکثر فلزات اندازهگیری شده به استثنای روی، سرب و مس کمترین غلظت را در زمستان و بیشترین غلظت را به استثنای آرسنیک، روی و مس در بهار و تابستان داشتند.
بحث و نتیجهگیری: کلیه عناصر مورد بررسی در لجن و بار سالیانه آنها به استثنای آرسنیک دارای غلظت زیر حد مجاز بود. بار سالیانه آرسنیک حدود 6/1 کیلوگرم در هکتار میباشد که اگر چه از حد مجاز میزان بار سالیانه کمتر است، اما به علت نزدیک بودن به آن بایستی مورد توجه قرار بگیرد.
واژه های کلیدی: تصفیهخانه شاهینشهر، کلیفرم مدفوعی و کل، عناصر سنگین، لجن خشک، محدوده مجاز.
مقدمه
امروزه، مدیریت لجن، با توسعه تصفیه خانههای فاضلاب اعم از احداث واحدهای تصفیهخانه جدید و یا بهبود تأسیسات موجود، به یکی از بحرانیترین موضوعات زیستمحیطی، تبدیل شده است (1). در ایالات متحده سالانه 7 میلیون تن، در اتحادیه اروپا 8 میلیون تن، در ژاپن 5/3 میلیون تن، در تایوان2/0 میلیون تن، در کره 43/2 میلیون تن جامدات خشک و تنها در یکی از شهرهای ترکیه روزانه 220 تا 330 مترمکعب لجن تولید میشود (4-2).
مطالعات انجام یافته توسط فرزادکیا و همکاران (5) بر روی چهار تصفیهخانه فاضلاب در شهر تهران که به روش هوادهی گسترده لجن فعال کار میکردند، نشان داد که این لجنها در اکثر موارد، خام و تثبیت نشده به محیط دفع میشود. نتایج تحقیقات دیگر در سال 1379 بر روی لجنهای دفعی از تصفیه خانههای فاضلاب اصفهان نیز نشان داد که هاضمهای بیهوازی تصفیهخانه شاهینشهر تنها قادر به تأمین مقررات کاهش سازمان حفاظت محیط زیست پاتوژن در گروه B هستند، این در حالی است که هاضمهای بیهوازی تصفیهخانه جنوب آمریکا، هیچ یک از معیارهای استفاده مجدد را تامین نمینمایند (6).
دفع لجن فاضلاب یکی از مشکلات زیستمحیطی است که جوامع امروزی با آن مواجهند .از طرفی این ماده سرشار از مواد مغذی مورد نیاز گیاهان مثل نیتروزن و فسفر بوده، میتواند اثرات مثبتی بر عملکرد گیاهان، خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک داشته باشد (9-7). بنابراین پیشنهاد استفاده از لجن فاضلاب در زمینهای کشاورزی پیشنهاد خوبی به نظر میرسد، چرا که از یک طرف مشکل دفع این ماده برطرف شده و از طرف دیگر این ماده به عنوان یک کود آلی ارزشمند مورد استفاده قرار گرفته است (10). اما لجن فاضلاب دارای باکتریها، ویروسها و سایر میکروارگانیزمهای مولد بیماری و یا فلزات سنگین و ترکیبات آلی سمی نیز میباشد که استفاده از آن میتواند سبب آلودگی محصولات کشاورزی و تهدید سلامت انسان و حیوان شود (11). لذا لازم است کلیه مقادیر عناصر آن در حد مجاز باشد. یکی از مشکلات یاد شده قابلیت دسترسی فلزات سنگین در خاک و آلودگی آبهای زیرزمینی توسط این فلزات میباشد که وابسته به غلظت کل آنها در محلول خاک است. اما در غلظتهای مساوی این فلزات در محلول خاک هم ممکن است قابلیتهای جذب گیاهی متفاوتی مشاهده شود که این امر به دلیل تفاوت در توزیع گونههای فلزات در محلول خاک است (13-12).
غالباً فاضلابهای صنعتی و آبهای باران زهکشی شده از خیابانها و معابر به مجاری جمعآوری فاضلاب وارد میشود. بنابراین لجن فاضلاب علاوه بر مواد آلی حاوی میزان کمی از آلایندههایی است که در جوامع مدرن استفاده میشود (17-14) که این عناصر شیمیایی میتواند هم برای گیاهان و حیوانات هم مفید و هم مضر باشد. بنابر این لازم است که میزان آنها کنترل شود (18). زیرا از عوامل مهم و تعیین کننده کیفیت لجن برای مصارف مختلف هستند (19).
در ایران نیز تا پایان سال 81 تعداد 50 تصفیه خانه شهری در سطح کشور در حال بهره برداری بوده که در پایان سال 82 تعداد آنها به 75 تصفیهخانه افزایش پیدا کرده است که به معنی افزایش روز افزون میزان لجن تولیدی است و باید راهکارهایی برای دفع مناسب آن یافت (20). گزینههای مختلفی برای دفع نهایی لجن وجود دارد که مهمترین آنها، سوزاندن، دفع در محلهای دفن بهداشتی و استفاده در کشاورزی است .علاوه بر روشهای یاد شده، روشهای جدیدی نیز در سالهای اخیر گسترش پیدا کرده است که میتوان استفاده از لجن به عنوان ماده خام برای تولید آفتکشها اشاره نمود (21). با وجود این، استفاده در زمین، همچنان یکی از متداولترین روشهای موجود دفع لجن در بسیاری از کشورها محسوب میشود. برای به کارگیری لجن تصفیهخانههای شهری در کشاورزی مسایل مختلفی مانند نحوه تصفیه لجن، فاصله تصفیهخانه از اراضی مورد نظر، عوامل اجتماعی موثر و سایر عوامل باید مورد مطالعه دقیق قرار بگیرد، تا حتیالامکان از بروز مسایل بهداشتی و زیستمحیطی جلوگیری شود (22، 23). بنابراین با توجه به افزایش روزافزون واحدهای تصفیهخانه، ارزش مواد مغذی لجن به عنوان کود در کشاورزی و لزوم سنجش ویژگیهای فیزیکوشیمیایی و میکروبی لجن پیش از استفاده، این مطالعه با هدف بررسی کیفیت لجن خشک شده تصفیهخانه فاضلاب شاهینشهر از نظر غلظت عناصر سنگین انجام گرفت.
روش بررسی
این تحقیق در سال 1392-1391 در تصفیهخانه فاضلاب شاهینشهر با ظرفیت 24820 هزار متر مکعب انجام یافت. نمونهبرداری از لجن تولیدی خشک شده به صورت فصلی از پاییز 1391 تا تابستان 1392 صورت گرفت. نمونهها در ظروف استریل400 میلی لیتری برداشت و برای جلوگیری از تغییر وضعیت نمونهها و حفظ شرایط واقعی تا انتقال به آزمایشگاه در شرایط مناسب از نظر درجه حرارت (بین صفر تا 4 درجه سانتیگراد) نگهداری شد (25-24).
برای نمونههای جمعآوری شده در این تحقیق پارامترهای کلیفرم مدفوعی، کلیفرم کل(26)، pH به روش معمول(27)، درصد جامدات کل، مواد آلی(28)، رطوبت و غلظت عناصر سنگین سرب، کادمیم، نیکل، مس، آهن، منگنز، روی، کبالت، کروم و آرسنیک مورد بررسی قرار گرفتند. غلظت قابل جذب عناصر سنگین به روش DTPA (29) و غلظت کل عناصر سنگین پس از عصاره کشی اسید کلریدریک و اسید نیتریک با دستگاه جذب اتمیک به روش کوره گرافیت اندازهگیری شد ( 30). برای بالابردن دقت اندازهگیری، کلیه آزمایشهای این تحقیق تکرار و برای هر فصل، 3 نمونه مورد آزمایش قرار گرفت. در خاتمه دادههای مورد نظر با استانداردEPA ، با استفاده از نرم افزار آماریSPSS 17 و آزمون t در سطح 5% مقایسه شد. همچنین مقایسه فصلی عناصر سنگین کل و قابل جذب با استفاده از آنالیز واریانس یک طرفه (One Way Anova) و آزمون دانکن برای مقایسه میانگینها انجام گرفت.
یافتهها
دامنه مقادیر و میانگین pH، درصد جامدات کل، مواد آلی و رطوبت نمونهها در جدول 1 ارایه شده است. مطابق جدول، دامنه تغییرات pH برابر 7-3/6، درصد جامدات کل برابر 4/63 – 8/61، درصد ماده آلی 8/45 – 7/22 و درصد رطوبت برابر 2/38 – 6/36 بود. مقایسه مقادیر با مقادیر استاندارد خصوصیات ذکر شده نشان داد، پارامترهای ذکر شده اختلاف معنیداری را در سطح %5 نشان نداده و در دامنه مقادیر معمول قرار داشتند. بنابراین کاربرد لجن از این نظر برای مصارف مختلف از جمله مصرف به عنوان کود در کشاورزی محدودیتی ندارد )05/0< .(P
جدول 1- میانگین مقادیر پارامترهای فیزیکی لجن در تصفیهخانه فاضلاب شاهینشهر
پارامتر |
pH |
درصد جامدات کل |
درصد مواد آلی |
درصد رطوبت |
میانگین مقادیر نمونه ها |
24/0±66/6 |
65/0±62/62 |
05/37±53/9 |
65/0±38/37 |
دامنه مقادیر نمونه ها |
7 – 3/6 |
4/63 – 8/61 |
8/45 – 7/22 |
2/38 – 6/36 |
بینا و همکاران (1383) |
9 - 6 |
70- 50 |
50- 25 |
50 -30 |
آماره t |
889/1- |
538/0 |
168/0- |
538/0- |
P value |
088/0 n.s |
614/0 n.s |
873/0 n.s |
614/0 n.s |
n.s نشان دهنده عدم اختلاف معنیدار میانگین مقادیر با محدوده مجاز میباشد )05/0< .(P
میانگین و دامنه مقادیر غلظت قابل جذب عناصر سنگین مختلف در جدول 2 ارایه شده است. 2 در لجن مورد بررسی، حداقل میانگین غلظت قابل جذب عناصر سنگین برای سرب، کبالت، کروم، آهن، منگنز، و روی در فصل تابستان، برای نیکل در فصل پاییز و برای مس و کادمیم در فصل زمستان اتفاق افتاده است. در مقابل بیشترین میانگین غلظت قابل جذب عناصر سنگین برای سرب، کبالت، نیکل و آهن در زمستان و برای منگنز، روی، مس، کادمیم و کروم در پاییز اندازهگیری شده است.
مقایسه مقادیر غلظت فلزات قابل جذب در فصول مختلف اختلاف معنیداری به جز در مقدار آهن مشاهده نشد، به طوری که غلظت قابل جذب آن در در زمستان به طور معنیداری بیشتر از دیگر فصول بود )05/0>.(P
میزان بار سالیانه غلظت عناصر سنگین قابل جذب با توجه به کاربرد 15 تن در هکتار لجن در اراضی کشاورزی در سال با توجه به جدول 2 برابر 107/0، 01/0، 014/0، 007/0، 100/0، 45/4، 602/0، 765/0، 372/0 کیلوگرم در هکتار به ترتیب برای سرب، کادمیم، کبالت، کروم، نیکل، آهن، منگنز، روی و مس بوده است. بیشترین بارسالیانه مربوط به عنصر آهن و کمترین آن مربوط به عنصرکروم بود.
جدول 2- میانگین و دامنه غلظت قابل جذب عناصر سنگین لجن(mg/kg)
در تصفیهخانه فاضلاب شاهینشهر در فصول مختلف
عنصر |
بهار |
تابستان |
پاییز |
زمستان |
کل |
میزان بار سالیانه با کاربرد 15 تن در هکتار لجن (kg/ha/year) |
Pb |
7/10-10/6 55/8±04/1 a |
10/6-25/5 68/5±6/0a |
45/9-6/5 35/7± 95/1 a |
7/9-35/6 75/1±32/8 a |
7/10-25/5 8/1±54/7 |
107/0 |
Cd |
55/0-51/0 03/0±53/0 a |
60/0-55/0 04/0±58/0a |
75/0-45/0 15/0±58/0 a |
50/0-45/0 03/0±48/0 a |
75/0-45/0 1/0±55/0 |
01/0 |
Co |
08/1-82/0 2/0±95/0 a |
87/0-84/0 00/0±85/0a |
1/1-65/0 23/0±92/0 a |
3/1-7/0 31/0±97/0 a |
3/1-65/0 21/0±91/0 |
014/0 |
Cr |
55/0-5/0 04/0±53/0 a |
40/0-35/0 04/0±38/0a |
65/0-4/0 12/0±52/0 a |
5/0-45/0 03/0±47/0a |
65/0-35/0 09/0±48/0 |
007/0 |
Ni |
9/6-8/6 00/0±9/6 a |
90/6-35/6 39/0±63/6a |
8/7-9/4 47/1±22/6 a |
45/7-50/6 52/0±08/7 a |
8/7-9/4 93/0±69/6 |
10/0 |
Fe |
8/340-4/201 58/98±1/271ab |
210-103 66/75±5/156a |
410-5/187 74/127±335ab |
460-5/357 83/54±5/397b |
460-103 86/128±27/305 |
45/4 |
Mn |
1/43-35 72/5±1/39 a |
1/39-1/35 83/2±1/37 a |
5/47-8/39 9/3±27/43 a |
46-5/34 86/5±93/39 a |
5/47-5/34 7/4±2/40 |
602/0 |
Zn |
4/51-49 7/1±2/50 a |
8/47-5/45 63/1±65/46 a |
2/57-6/51 85/2±1/54 a |
7/57-2/47 26/5±23/52 a |
7/57-5/45 52/4±27/51 |
765/0 |
Cu |
39-12 1/19±5/25 a |
39-3/17 34/15±15/28a |
7/64-1/8 2/30±13/30 a |
7/30-5/5 08/13±07/16a |
7/64-5/5 79/19±78/24 |
372/0 |
حروف متفاوت نشان دهنده اختلاف معنیدار میانگین مقادیر در فصول مختلف میباشد )05/0>.(P
جدول 3 دامنه مقادیر و میانگین غلظت کل عناصر سنگین مختلف را در فصول مختلف ارایه میکند. طبق این جدول بیشترین میانگین غلظت کل عناصر سنگین برای کبالت، سرب، نیکل در فصل بهار، برای آهن، منگنز، کادمیم، کروم و نیکل در فصل تابستان و برای آرسنیک در فصل پاییز و برای روی و مس در فصل زمستان در نمونه های لجن اندازهگیری شده است. در مقابل کمترین میانگین غلظت برای کبالت، کادمیم، کروم، نیکل، آهن، منگنز و آرسنیک در فصل زمستان، سرب و مس در فصل تابستان و روی در فصل بهار به دست آمده است. با توجه به نتایج بیشترین عناصر به استثنای روی ، سرب و مس کمترین میانگین غلظت خود را در لجن در فصل زمستان و بیشترین عناصر، بیشترین میانگین غلظت خود را به استثنای آرسنیک، روی و مس در بهار و تابستان نشان داده است. این تغییرات برای مقادیر غلظت کل فلزات Cd، Co، Cr، Ni و عنصر آرسنیک به صورت معنیدار مشاهده شد )05/0>.(P این عنصر به جز در فصل زمستان در سایر فصول غلظت آن از حد مجاز 41 میلیگرم در کیلوگرم بالاتر بوده و آلاینده محسوب میشود.
جدول 3- میانگین و دامنه مقادیر غلظت کل (mg/kg)
عناصر سنگین لجن تصفیهخانه فاضلاب شاهینشهر در فصول مختلف
عنصر |
بهار |
تابستان |
پاییز |
زمستان |
کل |
Pb |
20-10 07/6±15 a |
06/8-88/7 13/0±97/7 a |
09/14-46/5 96/4±36/8 a |
06/11-07/5 99/2±06/8 a |
20-07/5 62/4±85/9 |
Cd |
9/0-7/0 14/0±75/0 bc |
2/1-91/0 21/0±06/1 c |
48/0-19/0 15/0±31/0 a |
78/0-52/0 13/0±65/0 ab |
2/1-19/0 31/0±69/0 |
Co |
5/30-1/26 1/3±4/29b |
5/27-1/27 28/0±25/27ab |
54/29-90/22 33/3±37/26 ab |
69/22-04/22 33/0±37/22 a |
5/30-04/22 08/3±35/26 |
Cr |
4-2 41/1±3 a |
18-12 24/4±15 c |
11-9 25/0±10b |
LOD a > |
18- 0 21/5±7 |
Ni |
00/0±16 b |
71/0±16 b |
LOD a > |
LOD a > |
71/0±16 |
Fe |
6400-5352 05/741±5876 a |
6400-5372 5886 a |
6188-5398 5772 a |
5990-5352 5584 a |
6400-5352 5/5779 |
Mn |
440-240 340±340a |
440-260 28/127±350 a |
334-220 72/61±33/263 a |
290-240 79/25±33/261 a |
440-220 77/82±65/303 |
Zn |
624-464 14/113±544 a |
688-464 39/159±576 a |
774-506 78/135±3/627 a |
776-624 59/82±3/681 a |
776-506 12/113±15/607 |
Cu |
250-140 78/77±195 a |
204-140 25/45±172 a |
236-162 31/39±3/191 a |
250-236 03/7±7/242 a |
250- 140 29/45±25/200 |
As* |
2-9/1 07/0±95/1ab |
09/2-95/1 09/0±02/2 b |
56/2-9/1 33/0±22/2 b |
52/1-69/0 45/0±24/1 a |
56/2-69/0 5/0±83/1 |
حروف متفاوت نشان دهنده اختلاف معنیدار میانگین مقادیر در فصول مختلف میباشد)05/0>.(P * از دادههای لگاریتم غلظت استفاده شده است.
جدول 4 حدود مجاز غلظت عناصر سنگین در لجن فاضلاب طبق استاندارد EPA 503 را ارایه میکند. در این جدول ستون دوم حد مجاز عنصر در لجن، ستون سوم حد میزان بار سالیانه عنصر در لجن و ستون چهارم حدکثر غلظت آلاینده در اثر استفاده از لجن را نشان میدهد.
مقایسه غلظت میانگین دادهها با حد مجاز EPA نشان داد کلیه عناصر سنگین مورد بررسی در لجن به استثنای آرسنیک به طور معنیداری دارای غلظت زیر حد مجاز بوده و محدودیتی نداشتند )01/0>.(P هرچند این مقایسه در سطح 5% برای عنصر آرسنیک نیز به طور غیرمعنیدار مشاهده شد.
جدول 4- مقایسه غلظت فلزات سنگین در لجن تصفیهخانه فاضلاب شاهینشهر با حدود مجاز طبق استاندارد EPA 503
عنصر |
غلظت درلجن (mg/kg) |
غلظت استاندارد (mg/kg) |
P value |
غلظت بارسالیانه (kg/ha/year) |
استاندارد بار سالیانه (kg/ha/year) |
P value |
استاندارد حداکثر آلاینده در لجن (mg/kg) |
Pb |
85/9 |
300 |
00/0 ** |
148/0 |
15 |
00/0 ** |
300 |
Cd |
69/0 |
39 |
00/0 ** |
01/0 |
9/1 |
00/0 ** |
85 |
Co |
35/26 |
1500 |
00/0 ** |
40/0 |
- |
- |
- |
Cr |
7 |
1200 |
00/0 ** |
11/0 |
150 |
00/0 ** |
- |
Ni |
16 |
420 |
00/0 ** |
12/0 |
21 |
00/0 ** |
420 |
Fe |
5/5779 |
- |
- |
7/86 |
- |
- |
- |
Mn |
65/303 |
- |
- |
55/4 |
- |
- |
- |
Zn |
15/607 |
2800 |
00/0 ** |
11/9 |
140 |
00/0 ** |
2800 |
Cu |
25/200 |
1500 |
00/0 ** |
0/3 |
75 |
00/0 ** |
1500 |
As |
03/108 |
41 |
071/0n.s |
62/1 |
2 |
022/0* |
75 |
n.s نشان دهنده عدم اختلاف معنیدار میانگین مقادیر با محدوده مجاز و ** نشان دهنده اختلاف معنیدار میباشد)01/0>.(P
میانگین جمعیت کلیفرم کل و مدفوعی نمونههای لجن در فصول مختلف در جدول 5 ارایه شده است. با توجه به دادهها، در فصل تابستان کمترین مقدار و در فصل زمستان بیشترین کلیفرم کل و مدفوعی دیده شد. استاندارد EPA تعیین میکند که برای کاربرد لجن در اراضی کشاورزی اگر تعداد کلیفرم آن زیر 1000 باشد، استفاده از لجن بدون محدودیت (گروه A) است، اما اگر تعداد کلیفرم لجن بین 1000 تا 2000000(گروه B) باشد، کاربرد آن با محدودیتهایی همراه است. در صورتیکه تعداد کلیفرم لجن از تعداد 2000000 فراتر رود لجن تولیدی با این تعداد کلیفرم نمیتواند در اراضی کشاورزی به کار رود.
جدول 5 - میانگین جمعیت کلیفرم لجن تصفیهخانه فاضلاب شاهینشهر در فصول بهار، تابستان و زمستان
فصل |
کلیفرم کل(MPN/g) |
کلیفرم گوارشی(MPN/g) |
بهار |
108 × 240 |
108 × 93 |
تابستان |
102 × 3/146 |
102 × 3/146 |
زمستان |
108× 460 |
108× 240 |
میانگین |
108 × 233 |
108 × 111 |
در مقایسه نتایج با حدود EPA مشخص شد به جز فصل بهار که تعداد کلیفرمهای آن بیش از 1000 و کمتر از 2000000 است و در گروه B قرار گرفته، لجن با اعمال محدودیتهایی در اراضی کشاورزی قابل استفاده است، اما در سایر فصول تعداد کلیفرم آن از مرز 2000000 گذشته و قابلیت استفاده در کشاورزی را ندارد.
بحث و نتیجهگیری
مقایسه دادهها در جدول 1 با مقادیر معمول خصوصیات ذکر شده نشان میدهد، پارامترهای ذکر شده در دامنه مقادیر معمول قرار داشته و بنابراین کاربرد لجن از این نظر برای مصارف مختلف از جمله مصرف به عنوان کود در کشاورزی محدودیتی ندارد. این نتایج با دادههای بینا و همکاران (31) که کیفیت لجن خشک شده تصفیهخانههای مختلف اصفهان را مورد بررسی قرار دادهاند، مطابقت دارد.
میانگین درصد مواد آلی لجن در تصفیهخانه شاهینشهر در این تحقیق در فصول مختلف از نتایج بینا و همکاران (31)کمتر است، اما حداکثر مواد آلی 8/45% در لجن اندازهگیری شده که نشانگر بالا بودن مواد آلی لجن و ضعیف بودن هضم بیهوازی و تثبیت آن است. از طرف دیگر pH زیر 7 در تحقیق حاضر نیز بیان کننده عدم تثبیت لجن میباشد (33 و 32).
خصوصیات لجن بسته به خصوصیات پساب فاضلاب و فرآیندهای تصفیه و آمادهسازی لجن متغیر است. لجن تولیدی میتواند سوسپانسیونی از لجن مایع با مواد جامد کل 4% تا یک ترکیب جامد با درصد مواد جامدات کل 90% متغیر باشد. همچنین درصد رطوبت آن در شرایط لجن جامد بین 20 تا 50 باشد. در این بررسی میانگین درصد جامدات کل لجن حدود 62 و میانگین رطوبت لجن حدود 37% بوده است که نشانگر یک لجن جامد با درصد غالب مواد جامد بالای 60% است و رطوبت آن در حد مقدار معمول لجن است.
pH لجن با اثر بر pH خاک، در جذب عناصر در خاک و گیاه موثر بوده و جمعیت میکروبی خاک را تحت تاثیر قرار میدهد. pH کمتر از 5/6 در آبشویی فلزات سنگین و قابلیت جذب آنها توسط گیاه موثر است (34). لذا با توجه به نتایج حاصل pH لجن مورد بررسی در محدوده معمول بوده و اثر قابل توجهی در خاک نخواهد داشت.
مقایسه عناصر غلظت قابل جذب نشان داد، به جز در عنصر آهن تفاوت معنیداری در فصول مختلف مشاهده نشد. غلظت قابل جذب عنصر در لجن بخشی از غلظت کل لجن است که برای گیاه در دسترس بوده و میتواند توسط گیاه جذب شود. بنابراین لجن مورد بررسی برای عناصر غذایی مس، روی، منگنز در فصل پاییز و برای عنصر آهن در فصل زمستان دارای بیشترین غلظت قابل جذب بوده و برای کاربرد در کشاورزی وضعیت خوبی را داراست. اما چون در این دو فصل غلظت قابل جذب سرب، کبالت، نیکل، کروم و کادمیم هم بالاست، لذا توصیهای برای کاربرد این لجن در این دو فصل از نظر عناصر سنگین نمیتوان داشت. اما در مجموع بهترین وضعیت یا کیفیت لجن از نظر کم بودن غلظت قابل جذب عناصر سنگین، لجن مربوط به فصل زمستان است که برای عناصر غذایی روی، آهن و منگنز نیز اختلاف قابل توجهی با سایر فصول وجود ندارد.
مقایسه میزان بار سالیانه عناصر سنگین با کاربرد 15 تن لجن در هکتار در سال با حد مجاز EPA (جداول 3و 4) مشخص کرد. به استثنای عناصر کبالت، آهن و منگنز که حد مجاز در این مورد برای آنها ذکر نشده است، سایر عناصر سنگین مورد بررسی دارای میزان غلظت بار سالیانه کمتر از حد مجاز بوده و محدودیتی از این نظر ندارند. در اینجا غلظت آرسنیک از نظر بار سالیانه حدود 6/1 کیلوگرم در هکتار در سال بوده که اگر چه از حد مجاز میزان بار سالیانه کمتر است اما نزدیک به آن بوده و مقدار بالایی است و لازم است به آن توجه شود. در مجموع از نظر میزان بار سالیانه با کاربرد 15 تن در هکتار لجن(kg/ha/year) بیشترین میزان مربوط به عنصر آهن و کمترین میزان مربوط به کادمیم است.
با توجه به این که اضافه کردن عناصر غذایی از طریق لجن به خاک یکی از مزایای استفاده از آن است، بنابراین در مجموع عناصر آهن، مس، روی و منگنز سالانه به ترتیب برابر 7/86، 3، 11/9 و 55/4 کیلوگرم در هکتار در سال با کاربرد 15 تن لجن در هکتار به خاک اضافه شده که مقادیر بالایی بوده و به تامین این عناصر غذایی در خاک کمک میکند. این ارقام در مقایسه با عناصر سنگین خطرناک مورد بررسی بسیار بالاتر بوده و این مقادیر برای عناصر خطرناک مذکور به استثنای آرسنیک زیر یک کیلوگرم در هکتار در سال است و همانطور که گفته شد از حد مجاز کمتر میباشد.
بررسی محتوای میکروبی لجن مورد بررسی نشان داد در مجموع از نظر بهداشتی لجن مورد بررسی فقط در فصل تابستان با اعمال محدودیتهای گروه B لجن قابلیت کاربرد در اراضی کشاورزی را داشته و در سایر فصول محدودیت استفاده دارد. این محدودیتها شامل:
لازم به ذکر است برای کاهش آلودگی این لجن طی فرایند تولید آن توسط تصفیه خانه بایستی تدابیری برای کاهش پاتوژن اتخاذ گردد. با توجه به اینکه به صورت کلی جمعیت میکروبی لجن یاد شده در گروه B قرار نگرفته و یا به عبارت دیگر میانگین جمعیت کلیفرم طی فصول مورد بررسی از حد 2000000 فراتر است، نمیتوان در مجموع این لجنها را در هیچ گروهی از استاندارد EPA قرار داد. لذا بهتر است، کلاً دفع یا استفاده مجدد از این لجنها به هر شکلی در محیط که مغایر با اصول حفاظت محیطزیست باشد، صورت نگرفته و با این شرایط از این لجن نباید برای کشاورزی استفاده کرد. نتایج به دست آمده با یافتههای اسدی اردلی و همکاران (35)، فرزادکیا و همکاران (5)، مصداقینیا و همکاران (36) مطابقت دارد و لجنهای مورد بررسی همانند این مطالعه در هیچ گروهی قرار نگرفتند. اما تکدستان و همکاران (6) با بررسی شاخصهای بهداشتی لجن هضم شده تصفیهخانههای اصفهان را در گروه B د قراردادند. همچنین در بررسی انجام یافته توسط بینا و همکاران (31)، لجن تصفیهخانههای جنوب و شاهینشهر در گروه B قرار داده شد، اما لجن تصفیهخانه جنوب اصفهان در هیچ گروهی قرار نگرفت.
با توجه به این که لجن مورد مطالعه در هیچ گروه استاندارد EPA قرار ندارد، لذا پیشنهاد میشود که بازنگری اساسی در فرآیندهای تصفیه و دفع لجن برای بهتر شدن کیفیت لجن این تصفیهخانهها انجام شود که به عنوان نمونه میتوان به افزایش زمان ماند لجن در بسترهای خشککن یا محلهای انبار آن و رعایت نمودن محدودیتهای استفاده از کود در محصولاتی که مستقیماً در تماس با کود هستند، از خطرات احتمالی تا حد مناسبی جلوگیری کرد. کارکنان تصفیهخانهها، کارگران مزارع و افراد مرتبط نیز باید در مورد نکات بهداشتی، نحوه استفاده از لجن و محدودیتهای مصرف آن آموزش ببینند. همچنین پیشنهاد میشود برای ادامه تحقیقات، موارد اندازهگیری شده بالا علاوه بر نمونههای کود خارج شده از تصفیهخانهها، در خاکهای مزارعی که این لجنها به عنوان کود در آنها به کار میروند و محصولات آنها، اندازهگیری شوند تا بتوان اثرات واقعی کاربرد این لجنها را تعیین کرد.
در مجموع ارزش عناصر عذایی لجن از نظر غلظت کل و قابل جذب عناصری نظیر مس، روی، منگنز و آهن نسبتاً بالا بوده و حاوی مقادیر قابل توجهی مواد مغذی ضروری برای رشد گیاه است. بنابراین کاربرد آن در کشاورزی به عنوان کود دارای پتانسیل بالایی میباشد. همچنین مقایسه غلطت عناصر غذایی یاد شده با عناصر خطرآفرینی مانند سرب، کادمیوم، کبالت و کروم بخوبی مؤید بالاتر بودن مزایای نسبی لجن در مقابل محدودیتهای بالقوه آن میباشد. با وجود این بهبود شرایط کیفی لجن از نظر محتوی بار میکروبی و غلظت عنصر آرسنیک از طریق اصلاح فرآیند تصفیه، بایستی مورد توجه مدیران جهت استفاده از این لجن در بخش کشاورزی قرار بگیرد.
تشکر و قدردانی
بدین وسیله از آقایان دکتر مصلحالدین رضایی و خانمها پریسا مشایخی و نرگس مشگلگشا به جهت همکاریهای آزمایشگاهی در بخش تحقیقات خاک و آب مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی اصفهان که همکاریهای لازم را در اجرای این تحقیق داشتند، تشکر و قدردانی به عمل میآید.
منابع
1- عضو هیأت علمی موسسه تحقیقات خاک و آب کشور، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان، بخش آب و خاک *(مسئول مکاتبات).
2- دانشیار گروه ژئومرفولوژی دانشکده علوم جغراقیا و برنامه ریزی دانشگاه اصفهان
3- دانشجوی دکتری بومشناسی آبزیان، دانشکده شیلات، مرتع و محیط زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
4- دانشآموخته کارشناسی ارشد محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی همدان و عضو باشگاه پژوهشگران جوان
5- کارشناس آزمایشگاه بخش تحقیقات آب و خاک مرکز مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان، بخش آب و خاک