تأثیر کاربرد ترکیبات آلی بر میزان سرب، نیکل و کادمیوم لجن فاضلاب شهری (مطالعه موردی: لجن فاضلاب تصفیه خانه ساری)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی

2 دانشیار، گروه علوم خاک، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

3 گروه خاک، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

4 دانش آموخته دکتری، گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس تهران، ایران

10.48308/envs.2024.1380

چکیده

سابقه و هدف: لجن فاضلاب حاوی مقادیر قابل‌توجهی مواد آلی تجزیه‌پذیر، فلزات سنگین و عوامل بیماری‌زا است که برای محیط‌زیست و سلامت انسان مضر هستند. بنابراین دفع مناسب لجن فاضلاب و استفاده از آن در کشاورزی یک موضوع مهم جهانی هست. علاوه بر این لجن فاضلاب شهری به دلیل اینکه حاوی مقادیر قابل‌توجهی از عناصر ضروری برای رشد گیاه می‌باشد که قابلیت استفاده بهینه‌ای در فرآیند کشاورزی دارد. اما وجود عناصر سنگین از محدودیت‌های اصلی استفاده مستقیم این ماده در زمین‌های کشاورزی می‌باشد. لذا هدف کلی این مطالعه، شامل بررسی نقش کاربرد اصلاح‌کننده آلی (کاه و کلش برنج و سرشاخه حاصل از هرس مرکبات) در لجن فاضلاب شهری و تبدیل آن‌ها به کمپوست و زغال زیستی در کاهش میزان عناصر سنگین بوده است
مواد و روش‌ها: این مطالعه به‌صورت دو طرح مجزا در قالب بلوک کامل تصادفی با 9 تیمار و 3 تکرار در سال 1401 انجام شد. طرح اول شامل تولید کمپوست با استفاده از ترکیب لجن فاضلاب شهری با کاه و کلش برنج و سرشاخه مرکبات با نسبت‌های مختلف (1:1، 1:3، 1:5 و 1:7) و همچنین طرح دوم شامل تولید زغال زیستی با استفاده از کمپوست لجن فاضلاب حاصل از طرح اول با کاه و کلش برنج و سرشاخه مرکبات با نسبت‌های مختلف (1:1، 1:3، 1:5 و 1:7) بود. سپس میزان سرب، نیکل و کادمیوم کل (روش هضم با اسید نیتریک و اسید پرکلریک) و قابل‌جذب (عصاره گیری با DTPA) در نمونه‌های زغال زیستی و کمپوست لجن فاضلاب اندازه‌گیری شد.
نتایج و بحث: براساس نتایج، تیمار کمپوست حاصل از ترکیب لجن فاضلاب+کاه و کلش برنج به نسبت (1:1) مقدار سرب و کادمیوم کل را به ترتیب به اندازه 12/37 و 29/69 درصد نسبت به شاهد (لجن فاضلاب) کاهش داد. این کاهش در مقدار سرب و کادمیوم در تیمار فوق الذکر به دلیل مقدار بالای کاه برنج نسبت به سایر تیمارهای کاه برنج و تجزیه‌پذیری بیشتر کاه برنج نسبت به سرشاخه مرکبات است. میزان نیکل قابل‌جذب در تیمارهای کمپوست+ کاه برنج (1:1)، کمپوست+ سرشاخه مرکبات (1:1) و (1:3) به ترتیب به اندازه 12/46، 71/48 و 03/25 درصد نسبت به شاهد (لجن فاضلاب) کاهش یافت. همچنین میزان کادمیوم قابل‌جذب در تیمارهای کمپوست به همراه کاه برنج (1:1)، سرشاخه مرکبات (1:1) و (1:3) به ترتیب به اندازه 97/43، 18/33 و 44/47 درصد نسبت به شاهد (لجن فاضلاب) کاهش یافت. زغال زیستی بر میزان سرب و کادمیوم کل تاثیر معنی‌داری داشته، به‌طوری‌که کمترین میزان سرب و کادمیوم کل در نمونه زغال زیستی+کاه برنج با نسبت 1:1 دیده شد و میزان سرب و کادمیوم کل در این تیمار به ترتیب به اندازه 99/46 و 26/25 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت. تولید زغال زیستی از کمپوست لجن فاضلاب سبب افزایش میزان سرب و کادمیوم کل شده، اما هیچ‌کدام از روش‌ها سبب کاهش معنی‌داری بر نیکل کل در لجن فاضلاب نگردید. اما تبدیل کمپوست لجن فاضلاب به زغال زیستی سبب کاهش معنی‌دار در مقدار سرب، نیکل و کادمیوم قابل‌جذب شد. کاه برنج و سرشاخه مرکبات در نمونه‌های زغال زیستی تأثیر معنی‌داری بر نیکل قابل‌جذب نداشت.
نتیجه‌گیری: تهیه کمپوست و زغال زیستی از لجن فاضلاب تأثیر معنی‌داری بر عناصر سنگین کل و قابل‌جذب موجود در لجن داشته است. بنابراین به‌منظور کاهش قابلیت دسترسی سرب، نیکل و کادمیوم، استفاده از روش زغال زیستی نسبت به کمپوست ارجح بوده و در اولویت قرار می‌گیرد. درصورتی‌که تولید زغال زیستی مقرون‌به‌صرفه نباشد می‌توان از ترکیبات گیاهی کاه برنج و سرشاخه مرکبات در تهیه کمپوست لجن فاضلاب استفاده کرد که تأثیر معنی‌داری بر غیر متحرک‌سازی عناصر سنگین قابل‌جذب داشته‌اند. تیمار کمپوست لجن فاضلاب به همراه کاه و کلش برنج با نسبت (1:1) که کمترین میزان آلایندگی و پایین‌ترین هزینه برای تولید را داشته، که به‌عنوان تیمار بهینه معرفی گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of the use of organic compounds on the amount of lead, nickel and cadmium in urban sewage sludge (case study: sewage sludge in sari refinery)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Bahmanyar 1
  • Seyed Mostafa Emadi 2
  • Mehdi Ghajar Sepanlou 3
  • Mehdi Hosseini 4
1 Faculty member
2 Associate Professor, Soil Science Department, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Iran
3 Associate Professor, Department of Soil Science, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
4 PhD graduate, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran , Iran
چکیده [English]

Introduction: Sewage sludge contains significant amounts of degradable organic substances, heavy metals and pathogenic agents that are harmful to the environment and human health. Therefore, the proper disposal of sewage sludge and its use in agriculture is an important global issue. In addition, urban sewage sludge contains significant amounts of essential elements for plant growth, which can be optimally used in the agricultural process. But the presence of heavy elements is one of the main limitations of the direct use of this substance in agricultural lands. Therefore, the general purpose of this study is to investigate the role of using organic modifiers (rice straw and branches from citrus pruning) in urban sewage sludge and converting them into compost and biochar in reducing the amount of heavy elements,
Materials and methods: This study was conducted in two separate designs in the form of a randomized complete block with 9 treatments and 3 replications in 1401. The first plan includes the production of compost using the combination of urban sewage sludge with rice straw and citrus branches with different ratios (1:1, 3:1, 5:1 and 7:1) and the second plan includes the production of biochar using compost obtained from the first design with rice straw and citrus branches with different ratios (1:1, 3:1, 5:1 and 7:1).
Results and discussion: Based on the results, the treatment of compost obtained from the combination of sewage sludge + rice straw in the ratio (1:1) reduced the amount of lead and total cadmium by 37.12 and 69.29%, respectively, compared to the control (sewage sludge). This reduction in the amount of lead and cadmium in the mentioned treatment is due to the high amount of rice straw compared to other treatments of rice straw and the greater degradability of rice straw compared to citrus branch. The amount of available nickel in the treatments of compost + rice straw (1:1), compost + citrus branch (1:1) and (1:3) decreased by 46.12, 48.71 and 25.03%, respectively, compared to the control (sewage sludge). Also, the amount of available cadmium in compost treatments with rice straw (1:1), citrus branch (1:1) and (1:3) decreased by 43.97%, 33.18% and 47.44%, respectively, compared to the control. Biochar has a significant effect on the amount of total lead and cadmium, so that the lowest amount of total lead and cadmium was observed in biochar + rice straw with a ratio of 1:1 and the amount of total lead and cadmium in this treatment decreased by 46.99 and 25.26% respectively compared to the control. Production of biochar from sewage sludge compost increased the amount of total lead and cadmium, but none of the methods caused a significant decrease in total nickel in sewage sludge. But the conversion of sewage sludge compost into biochar caused a significant decrease in the amount of available lead, nickel and cadmium. Rice straw and citrus branch in biochar had no significant effect on available nickel.
Conclusion: The production of compost and biochar from sewage sludge had a significant effect on the total and available heavy elements in the sludge. So, in order to reduce the availability of lead, nickel and cadmium, using biochar method is preferable to compost and is prioritized. If the production of biochar is not cost-effective, the plant compounds of rice straw and citrus branches can be used in the production of sewage sludge compost, which have a significant effect on the immobilization of available heavy elements. Sewage sludge compost with rice straw by a ratio of (1:1) which has the lowest amount of pollution and the lowest cost for production was introduced as the optimal treatment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • biochar
  • compost
  • sewage sludge
  • heavy elements