بررسی عملکرد فیلتر های کربنی در حذف نیترات از زه آب زهکش های زیرزمینی

چکیده یکی از مهم ترین مشکلات سیستم های زهکشی، آبشویی نیترات و ورود آن به منابع آب سطحی می باشد. افزایش غلظت نیترات در منابع آب باعث ایجاد مشکلاتی برای انسان ها و حیوان ها می گردد. فرایند دنیتریفیکاسیون یکی از راهکارهای مناسب برای حذف نیترات از آب های آلوده به نیترات می باشد. این فرایند در خاک های کشاورزی به علت کمبود مواد کربنی با محدودیت مواجه است. تأمین کربن مورد نیاز در خاک باعث افزایش این فرایند و حذف بیشتر نیترات از محیط می گردد. استفاده از مواد آلی به عنوان ماده کربنی ارزان قیمت و قابل دسترس یکی از بهترین گزینه ها برای این هدف می باشد. تحقیق حاضر با اهداف: کاربرد مواد مختلف کربنی شامل ذرات چوب، پوشال جو، پوسته شلتوک برنج و برگ نخل خرما به عنوان فیلتر های زیستی در دیواره های دنیتریفیکاسیون در کاهش نیترات خروجی، بررسی تأثیر بار فشاری ورودی (1 و 2 متر)، ضخامت فیلتر های زیستی (30 و 60 سانتی متری) و غلظت نیترات آب زهکشی (40 و 160 میلی گرم در لیتر) در کاهش نیترات آب زهکشی در تیمارهای مختلف، بررسی تغییرات نیترات وآمونیوم آب خروجی از زهکش ها در طول دوره مطالعه (نه هفته)، بررسی قرار گیری مواد کربنی در کنار لوله زهکش بر پارامترهای هیدرولیکی و همچنین میزان حذف نیترات و مطالعه شدت دنیتریفیکاسیون انجام شده توسط مواد کربنی انجام پذیرفت. این تحقیق در سه مطالعه جداگانه انجام گرفت. نتایج مطالعه اول که در آزمایشگاه و به صورت ستونی انجام شد نشان داد که همه تیمارهای مواد کربنی مورد مطالعه توانستند در پایان دوره، بیش از 70 درصد از نیترات ورودی را از محیط حذف نمایند، در حالی که تیمار شاهد که فقط از خاک پر شده بود، تنها توانست 40 درصد از نیترات ورودی را از محیط حذف نماید. در طول دوره مطالعه، تیمارهای برگ نخل خرما و پوشال جو بهترین عملکرد در حذف نیترات را داشتند. میزان حذف نیترات در طول دوره نمونه برداری به ترتیب برای ستون های برگ نخل خرما، پوشال جو، پوسته شلتوک برنج و ذرات چوب بین86-69، 74-62، 68-47 و 55-32 درصد بود. در حالی که در این مدت میزان حذف نیترات توسط تیمار شاهد در حدود 26 درصد بود. بار فشاری ورودی و ضخامت بیوفیلتر ها در سطح 1% دارای تأثیر معنی-داری بر غلظت نیترات حذف شده داشتند. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که افزایش غلظت نیترات ورودی بر درصد نیترات حذف شده در سطح 1% دارای اختلاف معنی داری می باشد و با افزایش غلظت نیترات درصد حذف نیترات افزایش می یابد. غلظت آمونیوم در خروجی همه ستون های آزمایشی دارای مواد کربنی و حتی در ستون های شاهد در طول آزمایش به مقدار کمی افزایش یافت که نشان دهنده تولید آمونیوم در طول دوره آزمایش می باشد. در مطالعه دوم با ساخت یک مدل ترانشه زهکش به تأثیر قرارگیری پوشال جو به عنوان فیلتر در حذف نیترات در کنار لوله زهکش پرداخته شد. نتایج نشان داد این تیمار بیش از 60 درصد از نیترات ورودی را از محیط حذف نمود. همچنین قرارگیری پوشال جو به عنوان فیلتر در کنار لوله زهکش تأثیر منفی بر پارامترهای هیدرولیکی جریان عبوری از لوله زهکش نداشت. در مطالعه سوم با ثابت نگه داشتن سرعت ستون ها، در دوره های مختلف شدت دنیتریفیکاسیون در آزمایشگاه اندازه گیری شد. شدت دنیتریفیکاسیون پتانسیل اندازه گیری شده در آزمایشگاه به ترتیب برای ذرات چوب، پوشال جو، پوسته شلتوک برنج، برگ نخل خرما برابر با 7/1507، 5/3804، 9/3503 و 6/5126 نانوگرم در سانتی متر مکعب در ساعت به دست آمد. شدت دنیتریفیکاسیون به دست آمده در این مطالعه نشان داد که دنیتریفیکاسیون عامل مهم و اصلی در حذف نیترات از محیط می باشد. با توجه به نتایج به دست می توان بیان داشت که استفاده از مواد کربنی می تواند روشی مناسب و ارزان قیمت جهت حذف نیترات از زه آب زهکش های زیرزمیتی باشد و به این صورت از آلوده شدن آبهای سطحی جلوگیری نمود.