بررسی تأثیر مقادیر مختلف خاک اره بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کمپوست حاصل از پسماند شهری

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهشانزدهم، شماره ویژه 93

بررسی تأثیر مقادیر مختلف خاک اره بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کمپوست حاصل از پسماند شهری

جواد یوسفی [1]

حبیب اله یونسی [2]^*

hunesi@modares.ac.ir

چکیده

زمینه و هدف: کمپوست­سازی یکی از مناسب­ترین روش­های دفع پسماندهای شهری محسوب می­شود، بنابراین تلاش برای بهبود فرایند آن و تولید محصولات با کیفیت بالا ضروری است. هدف از مطالعه حاضر بررسی اثر افزودن خاک اره بر فرایند کمپوست­سازی پسماند شهری و نیز برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کمپوست شامل درجه حرارت، pH، EC، غلظت فلزات سنگین و محتوای عناصر غذایی می­باشد.

روش بررسی: 4 توده پسماند تهیه و مقادیر 0، 16 ، 32 و 70 درصد خاک اره به آن­ها افزوده شد. درجه حرارت توده­ها به صورت روزانه ثبت گردید، میزان pH و EC به صورت هفتگی و غلظت فلزات سنگین و عناصر غذایی در محصول نهایی اندازه­گیری شد.

یافته­ها: توده بدون خاک اره نوسانات زیادی در درجه حرارت ترموفیلیک نشان داد و کاهش تدریجی درجه حرارت از روز 33 آغاز شد. در حالی که در تیمارهای 16 و 32% از روز 18 کاهش تدریجی درجه حرارت آغاز گردید. pH کلیه توده­ها تا روز 21 افزایش و سپس تا پایان فرایند کاهش ناچیز نشان داد. pH محصول نهایی در تیمار 0% با میزان 1/8 بیشترین و در تیمار 70% با میزان 73/7 کمترین بوده است. میزان EC نیز در کلیه تیمارها طی فرایند به میزان ناچیز افزایش یافت و تیمارهای دارای خاک اره میزان EC کمتری را در محصول نهایی نشان دادند به گونه­ای که تیمار 0% با میزان 884/4 بیشترین و 32% با میزان 235/4 کمترین EC را دارا بودند. غلظت کلیه فلزات سنگین و عناصر غذایی به جز سدیم و پتاسیم با افزودن خاک اره کاهش یافت که دلیل این کاهش اثر رقیق­سازی خاک اره به دلیل محتوای کم فلزات بوده است. غلظت سدیم با افزودن خاک اره افزایش نشان داد که دلیل آن غلظت بالای سدیم در خاک اره و آب مورد استفاده جهت آبیاری می­باشد.

نتیجه­گیری: افزودن خاک اره به توده کمپوست سبب کنترل نوسانات درجه حرارت توده و حفظ درجه حرارت ترموفیلیک در مرحله فعال کمپوست­سازی می­گردد. هم چنین سبب بهبود کیفیت کمپوست جهت استفاده در کشاورزی ، کاهش غلظت فلزات سنگین و در نتیجه کاهش اثرات منفی آن بر سلامتی می­شود.

واژه های کلیدی: پسماند شهری، خاک اره، کمپوست­سازی، کیفیت، زاهدان.

مقدمه

یکی از معضلات جامعه شهرنشین امروز رشد سریع جمعیت، افزایش مواد مصرفی و در نتیجه تولید روز افزون پسماندهای شهری است که نیازمند برنامه­ریزی اصولی جهت دفع صحیح می­باشد. فرایند کمپوست­سازی یکی از مناسب­ترین اقدامات جهت دفع پسماندهای شهری به نظر می­رسد و هم­اکنون به عنوان یک روش زیست­محیطی و اقتصادی در مجامع علمی و اجرایی مطرح است (1 و 2). کمپوست‌سازی یک فرایند بیولوژیک هوازی است که از میکروارگانیسم‌ها برای تبدیل مواد آلی تجزیه پذیر به محصول هوموس مانند استفاده می کند. تجزیه زیستی مواد آلی سبب تبدیل نیتروژن ناپایدار به شکل آلی پایدار می‌گردد، از بین رفتن عوامل بیماری‌زا را به دنبال دارد و سبب کاهش حجم پسماند می‌شود (3). کمپوست حاصل از این فرایند می­تواند سطح مواد آلی موجود در خاک را بهبود بخشد، شرایط لازم جهت رشد گیاه را مهیا نماید، ظرفیت نگهداری آب را در خاک افزایش دهد و در نتیجه باروری طولانی مدت آن را تضمین کند (4). بهبود فرایند کمپوست‌سازی پسماند شهری برای تولید محصولات با کیفیت بالا جهت کاربرد موفق آن در کشاورزی ضروری است. معیار‌های کیفیت شامل پارامتر‌های مختلفی نظیر درجه حرارت، رطوبت، نسبت کربن به نیتروژن، pH، هدایت الکتریکی (EC) و غلظت فلزات سنگین و عناصر غذایی می‌باشد (5، 6 و 7).

درجه حرارت یکی از پارامتر‌های اصلی مورد استفاده برای پایش فرایند کمپوست‌سازی است، زیرا تغییرات آن به بسیاری از واکنش‌های بیولوژیکی درون توده کمپوست بستگی دارد (8). در نتیجه ی تجزیه سریع مواد آلی و ترکیبات نیتروژنی توسط میکروارگانیسم‌ها مقدار قابل ملاحظه‌ای حرارت آزاد می‌شود و زباله‌ای که دارای درجه تجزیه نسبتاً خوب و مناسبی برای کود‌سازی است می‌تواند درجه حرارت حاصل از فعل و انفعال بیولوژیکی را در خود نگه داشته و به تدریج بالا ببرد (9). بنابراین از عامل درجه حرارت برای بررسی رسیدگی و پایداری کمپوست نیز می­توان استفاده کرد. بدین ترتیب که کمپوست رسیده و پایدار دارای درجه حرارت ثابتی در حدود درجه حرارت محیط اطراف است و با آبدهی و یا هوادهی توده درجه حرارت آن افزایش چشم­گیری پیدا نمی­کند (10).  pH و EC دو پارامتر مهم هستند و هنگامی که مواد به عنوان کود آلی به خاک افزوده می‌شود، واکنش‌های فیزیکی، شیمیایی و میکروبی در خاک را تحت تأثیر قرار می‌دهند (11). میزان pH دسترس‌پذیری فلزات سنگین و عناصر غذایی را برای ریشه گیاهان در خاک تحت تآثیر قرار می‌دهد، EC نیز نشان دهنده میزان شوری کمپوست و اثر فیتوتکسیسیتی آن بر گیاه است (12 و 13). علاوه بر این موارد، یک نگرانی عمده در مورد کمپوست این است که کاربرد مکرر آن ممکن است سبب تجمع فلزات سنگین در خاک شود (14). حضور فلزات سنگین    مهم­ترین دلیل اثر نامطلوب کمپوست بر سلامتی انسان است که از طریق زنجیره غذایی، آب زیرزمینی و گیاه به انسان منتقل  می­شود. بنابراین اندازه­گیری، پایش، ارزیابی خطر و پیشنهاد راه­کارهایی برای کاهش غلظت آن­ها بسیار حایز اهمیت است. (15). در رابطه با کاربرد کمپوست، مهم ترین عناصری که معمولاً مورد توجه هستند عبارتند از: سرب، کادمیوم، کروم، نیکل، مس، جیوه و روی (16) و برای تضمین استفاده بی‌خطر از کمپوست محتوای فلزات سنگین آن باید محدود شود (14).

بدیهی است تفاوت میان کمپوست­های تولید شده در کیفیت و پایداری آن­هاست که این امر به ترکیب مواد اولیه مورد استفاده، روش به کار گرفته شده و کنترل فرایند کمپوست­سازی وابسته است (17). خاک اره در گذشته به عنوان ماده زاید کارخانه های چوب­بری به شمار می­رفت و مورد مصرف چندانی نداشت، اما در حال حاضر به کمک تحقیقات و بررسی­های فراوان موارد مصرف متعدد آن در صنایع با ارزش افزوده بالا مانند تخته خرده، کاغذ سازی، تخته فیبر و ... پیشنهاد گردیده است. همچنین خاک اره به دلیل EC پایین، محتوای کم فلزات سنگین و نیز توانایی ایجاد خلل و فرج و هوادهی بهتر، می‌تواند به عنوان یک گزینه مناسب جهت بهبود کیفیت کمپوست به ماده اولیه تولید کمپوست افزوده گردد (18). هدف از مطالعه حاضر استفاده از پسماند خاک اره تولید شده در کارگاه‌های چوب‌بری و نجاری‌ها جهت بهبود کیفیت کمپوست، مطالعه اثر آن بر میزان pH، EC، فلزات سنگین، عناصر غذایی و همچنین بررسی روند تغییرات درجه حرارت در توده‌های کمپوست با افزودن خاک اره می‌باشد.   

روش بررسی

مطالعه حاضر در کارخانه بیوکمپوست شهر زاهدان، در محیطی سرباز انجام شد. 4 توده زباله خام با اندازه 1 متر مکعب پس از تفکیک توسط سرند 30 میلی‌متری در کارخانه و جداسازی مواد فلزی، پلاستیک، شیشه و غیره تهیه گردید. یک توده به عنوان شاهد و بدون خاک اره در نظر گرفته شد (MSW0[3]) و به 3 توده باقیمانده هر کدام به ترتیب 16 (MSW16)، 32 (MSW32) و 70 درصد خاک اره (MSW70) اضافه گردید. توده‌ها در تصویر 1 نشان داده شده است (البته یک توده خاک اره بدون پسماند نیز تهیه شد که به دلیل عدم پیشرفت فرایند، نمونه‌برداری از این توده به عمل نیامد). توده‌ها آبدهی شده تا رطوبت آن‌ها یکسان شود و به حدود 55 تا 60 درصد برسد.

تصویر 1- توده‌های تهیه شده جهت مطالعه

درجه حرارت توده‌ها به صورت روزانه حدود ساعت 7:00 الی 9:00 صبح و پیش از زیر و رو کردن توده ها جهت هوادهی، اندازه‌گیری و ثبت شد. اندازه‌گیری درجه حرارت توسط دماسنج دیجیتالی و از مرکز توده به عمل آمد. هفته‌ای یک بار نمونه‌برداری از توده‌ها انجام شد و در هر بار نمونه برداری از هر توده 3 نمونه گرفته شد که هر کدام از این نمونه‌ها مخلوطی از 3 نمونه است که به صورت تصادفی از نقاط مختلف هر توده گرفته شده است. نمونه‌ها در هوای آزاد خشک شده، سپس خرد گردیده و از الک 1 میلی‌متری عبور داده شدند تا نمونه یکنواختی به دست آید. میزان pH، EC در این نمونه‌ها به طریقی که به آن اشاره خواهد شد اندازه‌گیری گردید. نمونه­برداری از توده­های نهایی نیز به همین صورت انجام گرفت و غلظت فلزات سنگین و عناصر غذایی در این نمونه­ها اندازه­گیری شد.

2-1- روش اندازه‌گیری pH و EC

10 گرم نمونه وزن و داخل ارلن ریخته شد، ml 100 آب مقطر به آن اضافه گردید و به مدت 30 دقیقه در auto shaker قرار داده شد. سپس pH و EC نمونه ها توسط pH متر و EC متر دیجیتالی در عصاره حاصل اندازه گیری گردید (19).

2-2- روش اندازه‌گیری فلزات سنگین و عناصر غذایی

1 گرم از نمونه خشک و خرد شده وزن و داخل ظرف هضم ریخته شد و به هر نمونه ml 16 مخلوط اسید نیتریک و اسید کلریدریک با نسبت 1 به 3 اضافه گردید (15). ظرف هضم روی حمام آبی با دمای 100 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ساعت قرار گرفت. سپس نمونه­های هضم شده از کاغذ صافی واتمن شماره 42 عبور داده شد و در بالن ژوژه توسط آب یون‌زدایی شده به حجم  ml25 رسانده شد. میزان عناصر غذایی و فلزات سنگین (Na, K, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Ca, Pb, Cd, Cr, Ni) این نمونه­های هضم، فیلتر و رقیق شده پس از رسم منحنی کالیبراسیون توسط دستگاه جذب اتمی فیلیپس مدل PU9400 اندازه­گیری گردید (14). منحنی‌های کالیبراسیون هر یک از عناصر در نمودار 1 نشان داده شده است.

مقادیر جیوه نمونه خشک شده با استفاده از دستگاه LECO AMA 254 Advanced Mercury Analyzer (USA) طبق استاندارد ASTM شماره D-6722 اندازه‌گیری شد. این دستگاه یک جذب اتمی منحصر به فرد است که تنها برای تعیین جیوه کل طراحی شده است. 05/0 گرم نمونه که توسط دستگاه فریز درایر خشک شده توزین و به دستگاه داده شد. در این دستگاه نمونه توسط سیستم Combustion/Catalyst tube در دمای 750 درجه سانتی‌گراد تجزیه می‌شود و آمالگاتور طلایی جیوه را روی مجرای سرامیکی به دام می‌اندازد. توسط سیستم Cuvette که بر اساس اسپکترومتری جذب اتمی طراحی شده، میزان جیوه اندازه‌گیری می‌شود.

نمودار 1-  خطوط کالیبراسیون رسم شده توسط دستگاه جذب اتمی جهت تعیین غلظت فلزات سنگین و عناصر غذایی

3- یافته­ها و تفسیر

3-1- درجه حرارت

درجه حرارت در کمپوست­سازی عامل بسیار مهمی به شمار می‌رود، به ویژه اگر عملیات کود‌سازی در شرایط هوازی انجام گیرد. در نتیجه تجزیه سریع مواد آلی و ترکیبات نیتروژنی توسط میکروارگانیسم‌ها مقدار قابل ملاحظه‌ای حرارت آزاد می‌شود. پسماندی که دارای درجه تجزیه نسبتاً خوب و مناسبی برای کودسازی است می‌تواند درجه حرارت حاصل از فعل و انفعالات بیولوژیکی را در خود نگه داشته و به تدریج بالا ببرد (9).

نمودار (2) تغییرات درجه حرارت توده‌ها را طی فرایند کمپوست‌سازی نشان می‌دهد. همان‌طور که در نمودار مشخص است دمای هر 4 توده پس از 3 روز به درجه حرارت ترموفیلیک (50 درجه سانتی‌گراد) رسید که این امر نشان‌دهنده برقراری سریع فعالیت میکروبی در کلیه توده‌ها است (20). درجه حرارت ترموفیلیک به مدت 15 روز در توده‌ها حفظ شد. بیشینه درجه حرارت کلیه توده‌ها در مرحله ترموفیلیک 65-67 درجه سانتی‌گراد بود، اما توده بدون خاک اره (MSW0) نوسانات زیادی را در درجه حرارت ترموفیلیک نشان داد. پس از روزهای 5، 10 و 20 کاهش ناگهانی در درجه حرارت این توده مشاهده شد. کاهش ناگهانی درجه حرارت قبل از اینکه توده به مرحله تثبیت برسد، نشانه بعضی معایب مثل اکسیژن ناکافی، رطوبت زیاد و یا رطوبت کم است که احتیاج به توجه فوری دارد (21). این کاهش ناگهانی در توده شاهد به دلیل بی‌بهره بودن این توده از اثرات مثبت خاک اره می‌باشد. خاک اره هم به عنوان یک عامل حجیم[4] سبب بهبود هوادهی توده می‌شود و هم به دلیل ظرفیت نگهداری بالای آب سبب حفظ رطوبت توده‌ها  می گردد (18). در این مورد به نظر می‌رسد این کاهش درجه حرارت بیشتر به دلیل کاهش محتوای رطوبت توده‌ها بوده است، زیرا آبدهی توده در روز‌های 8، 17 و 22 (که در نمودار نشان داده شده است) سبب بازیابی درجه حرارت‌های ترموفیلیک در توده گردید (از آنجا که آزمایش در تابستان انجام شد میزان کاهش رطوبت بسیار سریع بوده است). بنابراین میزان آب شویی و تبخیر در توده شاهد بیشتر از سایر توده‌های مورد آزمایش می­باشد. در کاربرد درجه حرارت به عنوان یک پارامتر عملی باید به خاطر داشت که درجه حرارت ترموفیلیک (50 – 70)، درجه حرارت مطلوب برای فرایند کمپوست‌سازی است (21)، زیرا تنها در این درجه حرارت است که عوامل بیماری­زا و بذر علف­های هرز از بین می­روند. بنابراین حفظ درجه حرارت ترموفیلیک در توده­ها همواره حایز اهمیت بوده و مدنظر متصدیان کودسازی می­باشد.

اندازه­گیری درجه حرارت یک راه آسان و سریع برای ارزیابی بلوغ و پایداری کمپوست به شمار می­رود (10). هنگامی که مواد آلی پایدار می­شوند، میزان فعالیت­های میکروبی و تجزیه مواد آلی کاهش پیدا می­کند و در نتیجه درجه حرارت توده به صورت تدریجی شروع به کم شدن می‌کند تا زمانی که به درجه حرارت محیط برسد (9). در این مطالعه در تیمار MSW0 بعد از نوسانات زیاد از روز 33 کاهش تدریجی درجه حرارت آغاز شد و در روز 41 به حدود درجه حرارت محیط رسید. در تیمار MSW70 از روز 28 کاهش تدریجی درجه حرارت آغاز شد و در روز 37 به حدود درجه حرارت محیط رسید. برعکس دو تیمار فوق، در تیمارهای MSW16 و MSW32 کاهش تدریجی درجه حرارت بسیار زودتر و از روز 18 آغاز گردید و در روز 28 به حدود درجه حرارت محیط رسید. این امر نشان   می­دهد تیمارهای MSW16 و MSW32 سریع­تر از دو تیمار دیگر به مرحله بلوغ و پایداری رسیده و سرعت فرایند کمپوست­سازی در این دو تیمار بسیار بالاتر از سایر تیمارها بوده است. سرعت فرایند در تیمار MSW0 به دلیل عدم برخورداری از اثرات مثبت خاک اره (هوادهی بهتر و حفظ رطوبت) و در تیمار MSW70 به دلیل بالا بودن نسبت کربن به نیتروژن و کاهش میزان مواد آسان تجزیه­پذیر، کاهش  چشم­گیری نسبت به دو توده دیگر داشته است.

نمودار 2- تغییرات درجه حرارت توده­ها طی فرایند کمپوست­سازی

3-2- pH و EC

معمولاً مواد آلی با محدوده گسترده­ای از pH (از 3 تا 11)  می­توانند تبدیل به کمپوست شوند، اما محدوده بهینه آن 5/5 تا 8 است (22). پس از 2 الی 4 روز معمولاً pH محیط شروع به افزایش کرده به طوری که در پایان عملیات، pH کمپوست به 8 – 5/8 خواهد رسید (10 و 23). یکی از مزایای مهم کمپوست این است که وقتی به خاک افزوده می­شود سبب بالا رفتن pH می­گردد (13).

نمودار (3) تغییرات میزان pH را در تیمارهای مختلف نشان می­­دهد. pH کلیه تیمارها در روز‌های نخست فرایند افزایش پیدا کرد. پس از 21 روز pH تیمار MSW0 به 13/8، تیمار MSW16 به 05/8، تیمار MSW32 به 03/8 و تیمار MSW70 به 87/7 رسید، سپس به تدریج از میزان آن ها کاسته شد و در محصول نهایی به حدود 73/7 تا 1/8 در  تیمار­های مختلف رسید. این افزایش ابتدایی pH و کاهش متعاقب آن توسط Sanchez-Monedero و همکاران (2)، Zhu (3) و همچنین  Zorpas و Loizidou (24) مشاهده شده است. هم چنین نتایج مشابهی در کمپوست‌سازی هم زمان کود خوک و خاک اره گزارش گردیده است (20). فعالیت شدید میکروبی و تجزیه مواد آلی در هفته‌های نخست سبب تشکیل آمونیوم و افزایش pH در توده کمپوست می‌شود (2 و 25). در انتهای فرایند کمپوست‌سازی به دلیل کاهش میزان آمونیوم، از میزان pH کاسته می‌شود (25). خاک اره به کار رفته سبب کاهش pH در محصولات نهایی شده است، به طوری که تیمار MSW70 پایین‌ترین میزان (73/7) و تیمار MSW0 بیشترین میزان pH (1/8) را دارا بودند. پایین‌ترین میزان pH محصول نهایی در تیمار تراشه‌های چوبی توسط Tognetti و همکاران (7) نیز گزارش شده است.

نمودار 3- تغییرات pH توده­ها: تیمار MSW0 (1)، MSW16 (2)، MSW32 (3) و MSW70 (4)

هدایت الکتریکی (EC) معمولاً طی فرایند کمپوست­سازی اندازه­گیری می­شود، زیرا نشان­دهنده میزان شوری محصولات و اثر آن بر رشد گیاه است (24). شوری بالا در خاک، جمعیت میکروبی و فعالیت آن­ها را کاهش می­دهد (11)،­­ هم چنین سبب کاهش نفوذپذیری و پایداری ساختار خاک می­گردد (26). مطالعه کمپوست حاصل از پسماند­های جامد شهری مشخص کرده است که EC کمپوست بسیار بیشتر از مقدار آن در خاک کشاورزی است (13). EC بالا نشان­دهنده اثرات بازدارندگی و یا مسمومیت احتمالی کمپوست بر رشد گیاه است (12)، بنابراین EC پایین در فرایند کمپوست­سازی و محصول نهایی مطلوب است. محققان مختلف اعداد متفاوتی را به عنوان حد مجاز هدایت الکتریکی در کمپوست ارایه داده اند. Soumare و همکاران (27)، میزان mS cm^-1 3 و Lasaridi و همکاران (6)، میزان mS cm^-1 4 (استاندارد یونان) را حد قابل تحمل برای گیاهان با حساسیت متوسط بیان کردند.

نمودار (4) تغییرات EC را طی فرایند کمپوست­سازی در تیمارهای مختلف نشان می­دهد. در این مطالعه افزایش ناچیز EC بین اولین و آخرین نمونه‌برداری در تمام تیمار‌ها مشاهده شد. هدایت الکتریکی طی فرایند در تیمار MSW0 از 32/4 تا  mS cm^-1884/4، در تیمار MSW16 از 539/3 تا  mS cm^-1466/4، در تیمار MSW32 از 213/3 تا  mS cm^-1235/4 و در تیمار MSW70 از 671/2 تا  mS cm^-1322/4 افزایش پیدا کرد. افزایش EC همچنین در کمپوست‌سازی هم زمان خاک اره و زئولیت با لجن فاضلاب مشاهده شده است (24). افزودن خاک اره سبب کاهش EC در توده کمپوست نهایی شد به گونه‌ای که تیمار MSW0 بیشترین میزان EC (884/4) و تیمار MSW32 کمترین مقدار (235/4) را دارا بودند. این کاهش هم چنین توسط Tognetti و همکاران (7) گزارش شده است. البته با وجود این، باز هم میزان EC در کلیه توده‌ها از میزان مجاز تعیین شده بالا‌تر بوده، زیرا آب مورد استفاده جهت آبیاری توده­ها دارای EC بسیار زیادی بوده است. دلیل بالا بودن میزان EC در تیمار MSW70 نیز استفاده از حجم بیشتر آب دارای EC بسیار بالا در این تیمار نسبت به سایر توده­ها جهت آبیاری است. 

نمودار 4- تغییرات EC توده­ها: تیمار MSW0 (1)، MSW16 (2)، MSW32 (3) و MSW70 (4)

3-3- فلزات سنگین

فلزات سنگین به صورت طبیعی در محیط زیست، خاک و غذا وجود دارند و به صورت گسترده در فرایندهای تولیدی استفاده می­شوند، در نتیجه می­توانند در کمپوست حاصل از پسماندها حضور داشته باشند. منابع فلزات سنگین در کمپوست فراوان هستند مثل گرد و غبار خانگی، باطری­ها، پلاستیک­ها، رنگ­ها، جوهرها، داروها و حشره­کش­های خانگی (16). میزان فلزات سنگین و ترکیبات آلی در زباله­ها بسیار مهم است، مخصوصاً زمانی که از کمپوست به عنوان کود استفاده می­شود (28).

از ویژگی‌های فلزات سنگین که آن‌ها را مشکل‌زا می‌کند، غیر قابل تجزیه بیولوژیکی بودن، احتمال سمیت حتی در غلظت‌های پایین و تمایل آن‌ها به تجمع در زنجیره غذایی است که انسان آخرین مصرف‌کننده آن می‌باشد (29). به همین دلیل مطالعات فراوانی برای حذف فلزات سنگین از کمپوست تهیه شده از پسماند‌های شهری انجام شده است. در بعضی از این مطالعات از موادی نظیر کلینوپتیلولایت^[5]، زئولیت^[6] و پرلیت^[7] برای حذف فلزات از توده استفاده شده و اثر معنادار این مواد در حذف فلزات نیز گزارش شده است (24، 30 و 31). در برخی از مطالعات نیز از موادی با محتوای پایین فلزات سنگین مثل خاک اره، خاکستر چوب و امثال آن، به دلیل اثر رقیق‌سازی آن‌ها جهت کاهش غلظت فلزات استفاده شده است (7 و 32). در مطالعه حاضر برای مقایسه میانگین غلظت فلزات سنگین در تیمارهای مختلف از آزمون آنالیز واریانس (ANOVA) بهره گرفته شد و در مواردی که میزان F-value معنا‌دار بود از آزمون حداقل اختلاف معنی‌دار (LSD) برای مقایسه دو به دو میانگین‌ها استفاده گردید. همچنین میزان فلزات سنگین و عناصر غذایی موجود در تیمارها با استفاده از آزمون One sample T-test با میزان استاندارد مورد مقایسه قرار گرفت. با توجه به این             که استاندارد کشور هلند نسبت به سایر کشورها سختگیرتر بوده و محدودیت بیشتری برای فلزات سنگین قایل شده است، از این استاندارد برای مقایسه فلزات استفاده شد.

محتوای فلزات سنگین و مقایسه غلظت آن­ها در تیمار­های مختلف در نمودار (5) نشان داده شده است. جیوه (Hg)، روی (Zn)، مس (Cu) و منگنز (Mn) در کلیه تیمارها (MSW16، MSW32 و MSW70) کاهش معنا­داری نسبت به تیمار شاهد (MSW0) نشان دادند. در مورد نیکل (Ni) و آهن (Fe) اختلاف معناداری بین MSW0 و MSW16 مشاهده نشد، اما MSW32 و MSW70 به طور معناداری کمتر از MSW0 بودند. در مورد سرب (Pb) تنها بین MSW70 و سایر تیمارها اختلاف وجود دارد.

نمودار 5- مقایسه غلظت فلزات سنگین در تیمار­های مختلف

غلظت فلزات سنگین در خاک اره، تیمارهای مختلف و هم چنین میزان استاندارد تعیین شده در جدول (1) نشان داده شده است. MSW0 کمترین و MSW70 بیشترین غلظت فلزات سنگین را در بین تیمارها دارا می­باشند. دلیل کاهش غلظت بعضی از فلزات سنگین اثر رقیق­سازی خاک اره افزوده شده بوده است که در نتیجه غلظت پایین فلزات در خاک اره به وجود می­آید (7). غلظت نیکل تنها در تیمار MSW70 کمتر از میزان استاندارد و در سایر تیمارها غلظت آن بالاتر از میزان استاندارد بوده است. غلظت جیوه در تیمار MSW0 بالاتر از میزان استاندارد و در سایر تیمارها پایین­تر از آن قرار دارد. محتوای سایر فلزات سنگین در تیمارهای آزمایش کمتر از میزان استاندارد کشور هلند می­باشد.

جدول 1- غلظت فلزات سنگین در خاک اره، تیمارها و نیز استاندارد تعیین شده

n.d: خارج از حد تشخیص دستگاه، 1: (14)

اگرچه محتوای فلزات سنگین کمتر از میزان استاندارد تعیین شده بوده است، اما همواره غلظت پایین­تر فلزات مطلوب بوده و مد نظر می­باشد. با وجود این که خاک اره سبب کاهش غلظت فلزات سنگین در توده کمپوست شد، اما بهترین راه برای کاهش محتوای فلزات در کمپوست تهیه شده از پسماند شهری تفکیک در مبدأ زباله­هاست (13 و 28).

3-4- عناصر غذایی

سدیم، کلسیم، منیزیم و پتاسیم عناصری هستند که جهت استفاده کمپوست به عنوان کود بسیار با اهمیت می­باشند (33). میزان عناصر غذایی تیمارهای مختلف، خاک اره و آب مورد استفاده جهت آبیاری توده­ها در جدول (2) نشان داده شده است. غلظت پتاسیم و کلسیم کمتر و غلظت سدیم و منیزیم بیشتر از مقادیر گزارش شده در انواع مشابه کمپوست­های تهیه شده بوده است (27). محتوای تمامی عناصر در کلیه تیمارها به جز عنصر سدیم در مقایسه با استاندارد آلمان برای خاک گلدانی در حدود مناسب قرار دارد (34) و به نظر می­رسد که تیمار MSW16 در مقایسه با سایر تیمارها شرایط مناسب­تری برای استفاده در خاک گلدان داشته باشد. 

جدول 2- غلظت عناصر غذایی در خاک اره، آب مورد استفاده، توده نهایی کمپوست و استاندارد آلمان بر حسب درصد

1: (34)

محتوای عناصر غذایی و مقایسه غلظت آن­ها در تیمار­های مختلف در نمودار (6) نشان داده شده است. منیزیم در کلیه تیمارها کاهش معناداری نسبت به تیمار شاهد نشان داد. در مورد کلسیم اختلاف معناداری بین MSW0 و MSW16 مشاهده نشد، اما سایر تیمارها به طور معناداری کمتر از تیمار شاهد بودند. غلظت سدیم در MSW0، MSW16، MSW32 و MSW70 به ترتیب عبارت بود از 73/0 (%)، 82/0 (%)، 96/0 (%) و 06/1 (%). بر عکس سایر عناصر، سدیم افزایش معناداری در MSW32 و MSW70 نسبت به تیمار شاهد نشان داد. افزایش غلظت سدیم در این مطالعه به دلیل محتوای بالای سدیم در خاک اره و آب مورد استفاده بوده است. گزارش شده است که غلظت سدیم و پتاسیم در کمپوست سازی، هم زمان با پسماند و زئولیت افزایش پیدا می­کند که دلیل آن توانایی زئولیت در تبادل یون­های سدیم و پتاسیم است (30، 35 و 36). غلظت پتاسیم نیز با افزودن خاک اره افزایش ناچیزی نشان داد اما اختلاف معناداری بین غلظت پتاسیم در تیمارهای مختلف و تیمار شاهد مشاهده نشد.

نمودار 6- مقایسه میزان عناصر غذایی در تیمارهای مختلف

 نتیجه­گیری

رشد روزافزون پسماند شهری، استفاده از روش­هایی مانند کمپوست­سازی را جهت کاهش حجم پسماندها ضروری می­سازد. از آن­جا که کود آلی تهیه شده در این فرایند به مصارف کشاورزی و باغبانی می­رسد و تا حدی با سلامت جامعه در ارتباط است،  بررسی خصوصیات کیفی کمپوست و تلاش برای بهبود کیفیت آن باید همواره مد نظر دست­اندرکاران باشد. استفاده از خاک اره با اصلاح شرایط فیزیکی و شیمیایی کمپوست تا حد زیادی به این امر کمک می­کند. با توجه به نتایج حاصله، افزودن خاک اره به توده کمپوست سبب کنترل نوسانات درجه حرارت توده و حفظ درجه حرارت ترموفیلیک در مرحله فعال کمپوست­سازی می­گردد، بنابراین سبب تخریب مؤثرتر عوامل بیماری­زا و بذر علف­های هرز می­گردد. هم چنین کاهش تدریجی درجه حرارت در پایان فرایند در توده­های دارای خاک اره زودتر از توده بدون خاک اره آغاز می­شود که این امر نشان دهنده بالاتر بودن سرعت فرایند در این       توده­هاست.  با افزودن خاک اره به توده کمپوست از میزان pH و EC آن کاسته می­شود. با توجه به این که EC پایین نشان­دهنده شوری کمتر و اثرات بازدارندگی کمتر برای رشد گیاهان است، اثر مطلوب افزودن خاک اره از این نظر نیز مشهود است. در نهایت کمپوست­سازی هم زمان پسماند شهری و خاک اره سبب کاهش غلظت فلزات سنگین در توده کمپوست می­گردد. محتوای بسیار کم فلزات سنگین در خاک اره باعث می­شود که افزودن آن به توده کمپوست با ایجاد رقیق­سازی، غلظت فلزات را در کل توده کاهش دهد.

تشکر و قدردانی

نویسندگان بر خود لازم می­دانند از همکاری صمیمانه مدیریت و کارکنان محترم سازمان بازیافت و تبدیل مواد شهرداری زاهدان، هم چنین از کارگران زحمت­کش کارخانه بیوکمپوست شهر زاهدان به دلیل کمک­های بی­شائبه شان کمال تشکر را داشته باشند.

منابع

1. Castaldi P., Garau G., Melis P., 2008. Maturity Assessment of Compost from Municipal Solid Waste Through the Study of Enzyme Activites and Water-Soluble Fractions, Waste Management, vol. 28, pp. 534-540.
2. Sanchez-Monedero M. A., Roig A., Paredes C., Bernal M. P., 2001. Nitrogen Transformation During Organic Waste Composting by the Rutgers System and its Effects on pH, EC and Maturity of the Composting Mixtures, Bioresource Technology, vol. 78, pp. 301-308.
3. Zhu N., 2007. Effect of Low Initial C/N Ratio on Aerobic Composting of Swine Manure With Rice Straw, Bioresource Technology, vol. 98, pp. 9-13.
4. Korner I., Saborit-Sanchez I., Aguilera-Corrales Y., 2008. Proposal for the Integration of Decentralised Composting of the Organic Fraction of Municipal Solid Waste into the Waste Management System of Cuba, Waste Management, vol. 28, pp. 64-72.
5. Wei Y. S., Fan Y. B., Wang M. J., Wang J. S., 2000. Composting and Compost Application in China, Resources, Conservation and Recycling, vol. 30, pp. 277-300.
6. Lasaridi K., Protopapa I., Kotsou M., Pilidis G., Manios T., Kyriacou A., 2006. Quality Assessment of Composts in the Greek Market: The Need for Standards and Quality Assurance, Journal of Environmental Management, vol. 80, pp. 58-65.
7. Tognetti C., Mazzarino M. J., Laos F., 2007. Improving the Quality of Municipal Organic Waste Compost, Bioresource Technology, vol. 98, pp. 1067-1076.
8. Bustamante M. A., Paredes C., Marhuenda-Egea F. C., Perez-Espinosa A., Bernal M. P., Moral R., 2008. Co-Composting of Distillery Wastes With Animal Manures: Carbon and Nitrogen Transformation in the Evaluation of Compost Stability, Chemosphere, vol. 72, pp. 551-557.
9. Raut M. P. Prince William S. P. M., Bhattacharyya J. K., Chakrabarti T., Devotta s., 2007. Microbial Dynamics and Enzyme Activity During Rapid Composting of Municipal Solid Waste – A Compost Maturity Analysis Perspective, Bioresource Technology, doi: 10.1016/j.biortech.2007.11.030.
10. Diaz L.F., de Bertoldi M., Bidlingmaier W., Stentiford E., 2007. Compost Science and Technology. Waste Management Series, Elsevier.
11. Banegas V., Moreno J. L., Moreno J. I., Garcia c., Leon G., Hernandez T., 2007. Composting Anaerobic and Aerobic Sewage Sludges Using Two Proportions of Sawdust, Waste Management, vol. 27, pp. 1317-1327.
12. Zhang Y. and He y., 2006. Co-Composting Solid Swine Manure With Pine Sawdust as Organic Substrate, Bioresource Technology, vol. 97, pp. 2024-2031.
13. Hargreaves J. C., Adl M. S., Warman P. R., 2008. A Review of the Use of Composted Municipal Solid Waste in Agriculture, Agriculture, Ecosystem and Environment, vol. 123, pp. 1-14.
14. Veeken A., Hamelers B., 2002. Sources of Cd, Cu, Pb and Zn in Biowaste, The Science of the Total Environment, vol. 300, pp. 87-98.
15. Hseu Z. Y., 2004. Evaluating Heavy Metal Contents in Nine Composts Using Four Digestion Methods, Bioresource Technology, vol. 95, pp. 53-59.
16. Smith S. R., 2009. A Critical Review of the Bioavailability and Impacts of Heavy Metals in Municipal Solid Waste Composts Compared to Sewage Sludge, Environment International, vol. 35, pp. 142-156.
17. Goyal S., Dhull S. K., Kapoor K. K., 2005. Chemical and Biological Changes During Composting of Different Organic Wastes and Assessment of Compost Maturity, Bioresource Technology, vol. 96, pp. 1584-1591.
18. Imbeah M., 1997. Composting Piggery Waste: A Review, Bioresource Technology, vol. 63, pp. 197-203.
19. Campitelli P. and Ceppi S., 2008. Chemical, Physical and Biological Compost and Vermicompost Characterization: A Chemometric Study, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, vol. 90, pp. 64-71.
20. Huang G. F., Wong J. W. C., Wu Q. T., Nagar B. B., 2004. Effect of C/N on Composting of Pig Manure With Sawdust, Waste Management, vol. 24, pp. 805-813.
21. Tchobanoglous G., Kreith F., 2002. Handbook of Solid Waste Management, McGraw-Hill, Second Edition.
22. Dougherty M., 1998. Composting for Municipalities, Planning and Design Considerations. Natural Resource, Agriculture and Engineering Service, New York. Pp.126.
23. Turan N. G., 2008. The Effects of Natural Zeolite on Salinity Level of Poultry Litter Compost, Bioresource Technology, vol. 99, pp. 2097-2101.
24. Zorpas A. A., Loizidou M., 2008. Sawdust and Natural Zeolite as a Bulking Agent for Improving Quality of a Composting Product from Anaerobically Stabilized Sewage Sludge, Bioresource Technology, vol. 99, pp. 7545-7552.
25. Saludes R. B., Iwabuchi K., Miyatake F., Abe Y., Honda Y., 2008. Characterization of Dairy Cattle Manure/Wallboard Paper Compost Mixture, Bioresource Technology, vol. 99, pp. 7285-7290.
26. Lakhdar A., Hafsi C., Rabhi M., Debez A., Montemurro F., Abdelly C., Jedidi N., Ouerghi Z., 2008. Application of Municipal Solid Waste Compost Reduces the Negative Effects of Saline Water in Hordeum maritimum L., Bioresource Technology, vol. 99, pp. 7160-7167.
27. Soumare M., Demeyer A., Tack F. M. G., Verloo M. G., 2002. Chemical Characteristics of Malian and Belgian Solid Waste Composts, Bioresource Technology, vol. 81, pp. 97-101.
28. Jordening H. J., Winter J., 2005. Environmental Biotechnology: Concepts and Applications, First Edition, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
29. Haroun M., Idris A., Omar S., 2009. Analysis of Heavy Metals During Composting of the Tannery Sludge Using Physicochemical and Spectroscopic Techniques, Journal of Hazardous Materials, vol. 165, pp. 111-119.
30. Turan N. G., Ergun O. N., 2008. Improving the Quality of Municipal Solid Waste Compost by Using Expanded Perlite and Natural Zeolite, Clean, vol. 36(3), pp. 330-334.
31. Stylianou M. A., Inglezakis V. J., Moustakas K. G., Loizidou M. D., 2008. Improvement Of the Quality Of Sewage Sludge Compost by Adding Natural Clinoptilolite, Desalination, vol. 224, pp. 240-249.
32. Kuba T., Tscholl A., Partl C., Meyer K., Insam H., 2008. Wood Ash Admixture to Organic Wastes Improves Compost and its Performance, Agriculture, Ecosystems and Environment, doi: 10.1016/jagee.2008.02.012.
33. Amir S., Hafidi M., Merlina G., Revel J. C., 2005. Sequential Extraction of Heavy Metals During Composting of Sewage Sludge, Chemosphere, vol. 59, pp. 801-810.
34. Hogg d., Barth J., Favoino E., Centemero M., Caimi V., Amlinger F., Devliegher F., Brinton W., Antler S., 2002. Comparison of Compost Standards within the EU, North America and Australasia, The Waste and Resources Action Programme, main report, p. 97.
35. Zorpas A. A., Constantinides T., Vlyssides A. G., Haralambous I., Loizidou M., 2000. Heavy Metal Uptake by Natural Zeolite and Metals Partitioning in Sewage Sludge Compost, Bioresource Technology, vol. 72, pp. 113-119.
36. Cai Q-Y., Mo C-H., Wu Q-t., Zeng Q-y., Katsoyiannis A., 2007. Concentration and Speciation of Heavy Metals in Different Sewage Sludge-Compost, Journal of Hazardous Materials, vol. 147, pp. 1063-1072.