بررسی اثر کاربرد لجن تصفیه‌خانه فاضلاب شهری در بهبود خاک کشاورزی (مطالعه موردی: جزیره کیش)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران- محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 دانشیار دانشکده مهندسی عمران- محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

3 استاد دانشکده مهندسی عمران-محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

لجن تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، یک منبع با ارزش حاوی نیتروژن، فسفر و پتاسیم است که برای رشد گیاهان ضروری است. هدف از تحقیق حاضر، کنترل شاخصهای کیفی لجن به‌منظور کاربرد آن در بهبود خاک در مناطقی مانند جزیره کیش بود. در این منطقه به‌دلیل ضعیف بودن حاصلخیزی و پر هزینه بودن انتقال خاک، کاربرد لجن به‌عنوان کودی ارزان قیمت، رشد گیاهان را بهبود می‌بخشد. مقایسه نتایج آزمایش‌های فیزیکی و شیمیایی لجن با استاندارد‌های جهانی، بیانگر کیفیت مناسب لجن از نظر غلظت مواد مغذی و مواد سمّی مانند فلزات سنگین بود. با توجه به شرایط آب، هوا، دما، تابش خورشید و مدت ذخیره، براساس استاندارد سازمان حفاظت محیط‌زیست آمریکا، شاخص کلیفرم‌های مدفوعی در محدوده دو کلاس A و B قرار داشت. همچنین آنالیز لجن، بیانگر شوری و غلظت بالای یون‌های سدیم و کلسیم در محدوده 5000 تا 7000 میلی‌گرم بر کیلوگرم بود که عامل محدود کننده رشد گیاه است. کشت آزمایشی گیاه در جزیره از نیمه آذر1387 تا اواخر اردیبهشت 1388 در نمونه‌های مختلف بار‌گذاری خاک تیمار شده با لجن (صفر، 25، 50، 75 و100 تن در هکتار) انجام گرفت. در مراحل اولیه رشد، نتایج حاکی ازکاهش رشد گیاهان پرورش یافته با خاکهای تیمار شده با لجن نسبت به نمونه شاهد بود، ولی بعد از گذشت 5 ماه با توجه به بارش باران‌های بهاره و کاهش شوری در نمونه‌های تیمار شده خاک با لجن (100و 75 تن در هکتار)، گیاه رشد بسیار خوبی را نشان داد در حالی‌که در نمونه شاهد، بوته‌ها خشک شده بودند. نتایج آنالیز خاک و گیاه نیز مؤید این مطلب بودند زیرا در تیمار‌های خاک با لجن ضمن کاهشEC ، خصوصیات فیزیکی (افزایش درصد رطوبت اشباع) و شیمیایی خاک بهبود یافته و در اکثر موارد، مقادیر عناصر ریزمغذی ضروری (آهن، منگنز، روی و مس) و مواد مغذی در نمونه‌های خاک و برگ به تناسب افزایش میزان بارگذاری لجن افزایش داشتند. البته در برخی موارد استثناءهایی نیز مشاهده گردید که از جمله می‌توان به غلظت ناچیز کادمیم و تغییرات نامحسوس سرب در گیاه اشاره نمود. همچنین میزان فسفر قابل دسترس که با توجه به روند افزایشی در خاکهای تیمار شده در استخراج از نمونه‌های گیاهی تغییر محسوسی نداشت و یا غلظت پتاسیم قابل دسترس که در خاکهای تیمار‌شده متناسب با میزان آن در خاک، روند نزولی داشت. در نهایت می‌توان نتیجه‌گیری نمود که در صورت کاربرد لجن در خاک، ضمن رعایت نرخ مورد نیاز مصرف مواد مغذی گیاه و کنترل تجمعی فلزات سنگین، باید از گیاهان مقاوم به شوری و یا گیاهان بومی جزیره استفاده نمود و در صورت کاشت گیاهان حساس، به‌منظور آماده‌سازی خاک حداقل شش ماه زودتر لجن را اضافه نمود تا شرایط فیزیکی و شیمیایی خاک مناسب گردد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Reuse of Sewage Sludge for Agricultural Soil Improvement (Case Study: Kish Island)

نویسندگان [English]

  • Shahnaz Shafieepour 1
  • Bita Ayati 2
  • Hossein Ganjidoust 3
1 M.Sc. Student of Civil- Environmental Eng., Tarbiat Modarres University, Tehran
2 Assoc. Prof. of Civil- Environmental Eng., Tarbiat Modarres University, Tehran
3 Prof. of Civil- Environmental Eng., Tarbiat Modarres University, Tehran
چکیده [English]

Sludge from wastewater treatment plants is a valuable source of nitrogen, phosphorus and potassium which are necessary for the plants growth. The purpose of this research was to control sludge quality to use it for soil improvement in Kish Island, Iran. Because of soil with low qualified for agricultural activities and high import expenses of fertile soils from outside of the Island, application of sludge as a cheap source of soil amendment is an easy and economical mean to improve the soil in KishIsland. Comparison of laboratory data of domestic sludge with global standard has shown that it has suitable for application on landscapes and agriculture from the point of view of fertility and heavy metals concentration. Biological data has also shown that the sludge was in class A or B of EPA standard, to fecal coliform, based on the ambient conditions such as water, air, temperature, sun radiation and storage time. The soil test data indicated that salinity, sodium and calcium ions were between 5000-7000 mg/kg which cause a decrease in plant's growth. Transplanting of garden petunia in the region has been done in different samples mixed with sludge rate of 0, 25, 50, 75 and 100 ton/ha during December 2008 to March 2009. In the first period of the growth study, the results have shown a decrease in the amended soil with sludge retard in comparison with control plant, but after 5 months probably because of spring rains and decrease in the salinity of amended soil, the plant has shown very good growth in leaves and petal, whereas the control plant was dried. Soil and plant analyses were also approved the results because physical (humidity increase) and chemical (EC decrease) characteristics of the amended soil with sludge were improved. Most of the time, the concentrations of micro-nutrients such as iron, manganese, zinc, copper and nutrients in soil and leaves showed an increase in values by an increase in the rate of applied sludge. Other results were not shown considerable variation in accessible phosphorus but noticeable decrease in potassium. Of course, in some special cases, negligible changes in cadmium and lead concentrations of the plant have been observed. In addition, the soil phosphorous content had negligible changes and the soil potassium content had a decreased rate in the amended soil. Finally, it is concluded that for sludge application, it is necessary to check agronomic nutrients levels and heavy metals accumulation. However it is also recommended to use any kind of salt resisted native plants for landscapes. In case of sensitive plant, sludge should be added at least 6 months in advance to ensure that soil physical and chemical condition are achieved.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sludge
  • Heavy metal
  • nutrient
  • Wastewater Plant
  • Amended Soil
1- Iranian National Committee on Irrigation and Drainage. (2001). Use of treated wastewater in agriculture, Iranian National Committee on Irrigation and Drainage Pub.,Tehran,Iran. (In Persian)

2- Meozzi, P., Bresters, A. R., Coulomb, I., Deak, B., Matter B., Saabye, A., Spinosa, L., Utvik, A., and Uhre, L. (1997). “Sludge treatment and disposal, management approaches and experiences.” European Environmental Agency, ISWAs Working Group on Sewage and Waterwork Sludge, (EEC),Denmark, 10-22.

3- Scottish Environment Protection Agency. (2004). “Land restoration briefing notes.” <http://www. Sepa.org.uk>>(March 8, 2004).

4- EPA. (2006). Emerging technologies for biosolid management, Office of Wastewater Management, U.S Environmental Protection Agency,WashingtonD.C.

5- Cook. B. M. (1994). A plain english guide to the part biosolid rule, EPA/832/R-92/003,WashintonD.C.

6- Wang Pei, F., Zhang Song, H., Wang, C., Hou, J., Geo Peng, C., and Lin Zhi, P. (2008). “Study of heavy metal in sewage sludge and in Chinese cabbage grown in soil amended with sewage sludge.” African J. of Biotechnology, 7(9), 1329-1334.

7- Dolgen, D., Alpaslan Necdet, M., and Delen, N. (2007) “Agriculture recycling of treatment- plant sludge: A case study for a vegetable, processing factory.” J. of Environmental Management, 84, 274-281.

8- Bahremand, M. R., Afyuni M., Hajabbassi, M.A., and Rezaeinejad, Y. (2003). “Effect of sewage sludge on soil physical properties.” J. of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 6 (4), 1-9.

9- Xie, Q., Zhang, X., Wang, D., Li, J., Qin, Y., and Chen, Y. (2001). “Research on the effect of sludge fertilizer on farmland and the safety of heavy metals in a karst area.” Environmental Geology, 41, 352-357.

10- Evanylo, G. K., T. (1999). Agriculture land application of biosolid in Virginia: Risks and concern, Virgina Tech. and Virginia State University Pub., Virginia.

11- Singh, R. P., and Agrawal, M. (2008). “Potential benefits and risks of land application of sewage sludge.” Wast Management, 28, 347-358.

12- Alvarenge, P., Palma, P., Goncalves, A.P., Fernandes, R.M., Cunha-Queda, A.C., Duarte, E., and Vallini, G. (2007). “Evolution of chemical and ecotoxicological characteristics of biodegradable organic residues for application to agricultural Land.” Environmental International, 33, 505-513.

13- Panahpour, E., Afyuni, M., Homaei, M., and Hudaji, M. (2008). “Cd, Cr and Co motion in soil treated with sewage sludge and salts of the metals and their uptake by vegetable crops: A case study in east Isfahan.” J. of Water and Wastewater, 67, 9-17. (In Persian)

14-Saze Pardazi IranConsulting Eng. Co. (2007). Preparation study of integrated coastal zone management and environment of Kish Island,Tehran. (In Persian)

15-Kish Free Zone Organization. (1995). 1st revised report of integrated plan of Kish development, Bita Pub.,Kish. (In Persian)

16- Esfandyar Poor, B. I. (2001). “Investigation of genesis, classification and preparation ofKishisland soil map.” M.Sc. Thesis,SchoolofAgriculture,UniversityofTehran. (In Persian)

17-Karimpour, M. (2007). “Effect of wastewater sludge on mercury concentration in soil and corn plant.” M.Sc. Thesis, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University., City ofNoor. (In Persian)

18-Nazari, M. A., Shariatmadari, H., Afyuni, M., Mobli, M., and Rahili, Sh. (2006). “Effect of industrial sewage-sludge and effluents application on concentration of some elements and dry matter yield of wheat, barley and corn.” J. of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 10 (3), 97-111.

19-Malakouti, M.J., Moshiri, F., Gheibi, M.N., and Molavi, S. (2005). Desirable nutrient elements in soil and some country crops, Part 2: Garden Products, Technical Bulletin Vol. 406, Soil and Water Research Institute, Agriculture Research and Education Organization, Sana Pub., Tehran. (In Persian)

20- Singh, R. P., and Agrawal, M. (2007). “Effects of sewage sludge amendment on heavy metal accumulation and consequent responses of beta vulgaris plants.” Chemospher, 67, 229-240.

21- Ebrahimi, S., Malakouti, M. J., Khavazi, K., and Asgharzadeh, A. (2005). Organics and fertility degree relationship with increasing soil biological activity, Soil and Water Research Institute, Technical Bulletin Vol. 471,Tehran. (In Persian)

22- Vaseghi, S., Afyuni, M., Shariatmadari, H., and Mobli, M. (2003). “Effects of sewage sludge and soil pH on micronutrient and heavy metal availability.” J. of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 7 (3), 95-106.

23- Bazargan, K., Malakouti, J., and Shahbi A.A. (2005). Potassium in Iranian agriculture, Soil and Water Research Institute Pub.,Tehran. (In Persian).

24- Mahidia, U.N. (1981). Water pollution and disposal of wastewater on land, Tata- McGraw-Hill Pub.,USA.

25- Chang, C., Andrew, P., Genxing, P., Albert, L., and Asano, T. (2002). Developing human health, related chemical guideline for reclaimed water and sewage sludge application in agriculture, Prepared for World Health Organization (WHO),USA.