نانو محک بهبود
بررسی,ظرفیت,های,گیاه,پالایی,و,تالاب,های,مصنوعی,در,تصفیه,ی,فاضلاب,ها،نانو،محك،بهبود

بررسی ظرفیت های گیاه پالایی و تالاب های مصنوعی در تصفیه ی فاضلاب ها

 سمیراعشیری ¹،جواد صفری²

 safari@kashanu.ac.ir      ،samira.ashiri@yahoo.com  

چکیده

پیشرفت در علم و فن­ آوری و در کنار آن فعالیت­های انسانی در بهره ­­­­­­­­برداری از منابع طبیعی، سبب شده  تا بسیاری از مواد و آلاینده­ های شیمیایی وارد منابع زیستی (آب ، خاک و هوا ) شوند. افزایش  جمعیت شهری همراه با گسترش فعالیت­های کشاورزی و صنعتی، از طرفی دیگر حفظ محیط­زیست و منابع انسانی لزوم استفاده از فاضلاب تصفیه شده را برای برطرف کردن نیازهای انسانی دو چندان می­کند. اما استفاده از پساب فاضلاب به دلیل وجود آلاینده­هایی چون فلزات سنگین و مواد آلی نیاز به تصفیه و پاکسازی دارد. از این رو ارایه­ی یک روش مطمئن که ضمن رفع آلودگی، کم هزینه و سازگار با محیط­زیست باشد بسیار ضروری است. گیاه­پالایی[1] روشی است که این ویژگی­ها را شامل می­شود. فن­آوری گیاه­پالایی شامل جذب، تغیر شکل، تجمع و یا تصعید آلاینده­ها با کمک گیاهان برای زدودن آلودگی­های آب، خاک و هوا می باشد. در این مقاله  استفاده از گیاهان گوناگونی چون انواع علف­های هرز، گیاهان آبزی و مردابی، گیاهان زراعی و حتی درختان برای حذف فلزات سنگین و هم­چنین سازوکار  تالاب­های مصنوعی[2] در تصفیه­ی فاضلاب­های صنعتی بررسی می­شود.

کلید واژه: گیاه­ پالایی، تالاب مصنوعی، فلزات سنگین، تصفيه­­ ی­ فاضلاب، فاضلاب صنعتي

 

 

1- مقدمه

با افزايش مصرف آب آشاميدني در سطح جهان، منابع تامين كننده­ی اين نياز به ميزان قابل توجهي كاهش يافته و در معرض خطر نابودي قرارگرفته است. اين در حالي است كه  می­توان در بهره­برداری از فن­آوري‌هاي موجود مانع از گسترش و توسعه­ی بحران جهاني آب شويم.[1] با توجه به نیاز روز­افزون صنایع گوناگون به آب، می­توان برای جلوگیری از مصرف آب سالم از پساب تصفیه شده­ی فاضلاب­­ها­ی صنعتی استفاده کرد. فاضلاب­های صنعتی شامل انواع فلزهای سنگینی مانند سرب،کروم­،کبالت و غیره می­باشند. گیاه­پالایی روشی با صرفه­ی­ اقتصادی، زیست محیطی و علمی است که می­توان با استفاده ازگیاهان علفی و چوبی، انواع آلاینده­های گوناگون مانند فلزهای سنگین، عنصر­های کمیاب، ترکیب­های آلی، مواد نفتی و مواد پرتوزا را از آب و خاک جدا نمود]2[

2- پساب، منبع آبی در دسترس با کیفیت پایین

با وجود این­که 70 درصد از سطح زمین را آب پوشانده اما تنها دو درصد آب شیرین برای مصرف در اختیار ما می­باشد، بقیه­ی آن به سبب محلول بودن انواع نمک­ها خصوص نمک طعام غیر قابل استفاده است. از همین  دو ­درصد آب شیرین بیش از 90 درصد به صورت منجمد در دسترس بشر واقع شده است]3.[

گرم شدن زمین و به دنبال آن خشک­سالی­های اخیر در کره­ی زمین، دسترسی به منابع آب شیرین و سالم را محدودتر کرده است، بنابر این سبب شده استفاده از منابع دیگر آب با کیفیت ­های پایین، به عنوان یکی از روش­های تامین اب مورد نیاز برای مصارف کشاورزی و ... مورد نظر قرار گیرد. به مجموعه­ی آب­های دور ريختنی که پس از جمع­آوری و تصفيه ممکن است قابليت استفاده­ی مجدد را داشته باشد و یا به طور کلی به مجموعه آب­های آلوده، فاضلاب گفته­می­شود. از نظر ترکيب 9ر99 درصد فاضلاب را آب و حدود 1ر0 درصد آن را ناخالصی­ها و مواد آلاينده تشکيل میدهد]4.[

این پساب که زمانی به عنوان یک منبع آلودگی تلقی می­شد، هم­اکنون در جهان به عنوان یک منبع جدید تامین آب مطرح می­باشد. جنبه­ی اقتصادی استفاده­ی مفید از آب و افزودن مواد تقویت کننده به خاک برای افزایش حاصل­خیزی آن از نکات قابل تو جه به حساب می­آید]3[.

3-تاریخچه­ی گیاه­پالایی

 

واژه گياه­پالايي فیتورمیدیشن[3] شامل پيشوند يوناني فیتو [4]به معني گياه و ريشه­ی لاتين رمدیوم [5]به معني اصلاح يا حذف يك عامل مزاحم و خارجي مي‌باشد. گیاه­ پالایی یک فن­آوری امیدوار کننده­ی استفاده از گیاهان برای پاکسازی یا کنترل انواع بسیاری از آلاینده ­هایی که شامل فلزها، آفت­کش­ها و نفت است. علاوه بر این وجود بافت­های گیاهی به جلوگیری از باد، سیلاب و ورود آلودگی­ها به آب­های زیر زمینی کمک می­کند در دو دهه­ی اخیر گیاه­پالایی به طور فزاینده به عنوان مسیری برای حذف آلاینده­ها از آب­های سطحی و زیر زمینی و قسمت­های کم عمق خاک مورد توجه قرار گرفته است]2[. گرچه گياه­پالايي يك روش به نسبت جديد است؛ اما كاربرد آن قدمت طولاني دارد. در سال 1962 پژوهش­هایی با استفاده از گياهان آبي براي پالايش آب‌هاي آلوده به مواد پرتو زا در مناطق هسته‌اي روسيه شروع گرديد. آنها دريافتند برخي گياهان رشد يافته در خاك‌هاي آلوده بدون نشان دادن علايم سميت قادر به تجمع مقادير بالاي فلزها در بافت‌هايشان هستند. به عنوان مثال نتايج آزمایش­هاي برکه­اي کوچک در نزديکي راکتور چرنوبيل اکراين در تصفيه مواد پرتوزا نشان داد که گياه آفتاب­گردان طي مدت 4 تا 8 هفته در ظرف شناور بر روي برکه، مي تواند را Cs و Sr استخراج نمايد]14.[

مزاياي قابل توجه فن­آوری گياه­پالايي در يك دهه اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است و هم‌اكنون مراحل تجاري شدن خود را طي مي‌كند. براي مثال 30 درصد پروژه‌هاي پژوهشی سازمان محيط زيست آمريكا[6] EPA در سال 2000 اختصاص به پروژه‌هاي گياه­پالايي فلزهای سنگين و مواد راديواكتيو داشت]2[.

 

4-تعریف گیاه­پالایی

گیاه پالایی بهتر است در مناطق کم عمق آلوده شده به مواد آلی و فلزها به کار برده شود، که شامل یکی از عملیات­های زیر است ]8[. به طور کلی گیاه در تصفیه­ی محیط زیست 6 فرایند اصلی را به کار می­برد که عبارتند از: گیاه استخراجی[7]، گیاه تبخیری[8]، تثبیت گیاهی[9] و فیتو استیمولیشن[10]، یا تجمع در محیط ریزوسفری گیاه به وسیله­ی فعالیت میکروب­های خاک،پالایش ریشه[11]،که صاف کردن آب از توده ریشه­ها توسط گیاه است.

بسته به نوع آلودگی و نوع گیاه پالاینده می­توان از فن­آوری گوناگون گیاه­پالایی برای کاهش فلزهای سنگین (گیاه تثبیتی ، پالایش ریشه )و یا برای خروج فلزهای سنگین از منطقه ( گیاه استخراجی ، گیاه تبخیری ) استفاده نمود ]8-9-10-15[. هر کدام از این روش­ها دارای سازوکار  خاص خود می­باشند .

از این بین روش پالایش ریشه که از نظر مفهومی مشابه  گیاه استخراجی است اما این روش برای تصفیه وپالایش آب آلوده استفاده می­شود نه خاک آلوده. این روش به منظور تصفیه فاضلاب­های صنعتی، روان­آب­های ­کشاورزی  و رسوبات اسیدهای معدنی مورد توجه بیشتری قرار گرفته است]2-9[.

اين فن­آوری هم به صورت نقطه ­ای[12] و هم غیر نقطه ­ای[13] براي پالايش مناطق آلوده به كار مي‌رود. از ریشه­ها یا بذر­های گیاه برای جذب یا جذب سطحی آلاینده­های فلزی از آب­های سطحی یا زیر زمینی اشاره دارد]11[. گیاه یا نهال بذر مورد نظر در منطقه­ی آلوده رشد کرده و مواد آلاینده را در ریشه خود تغلیظ می­نماید]9[. ترشحات ريشه و تغييرات PH  ناحيه ريز­وسفر موجب رسوب اين فلزات بر روي سطح ريشه مي‌شود. بیشتر پژوهش­گران اعتقاد دارند كه گياهان پالاينده بايد فلزات را فقط بر روي ريشه‌هايشان تجمع دهند.

دوشنكو[14] و كاپولينك[15] در سال 2000 خصوصيات يك گياه ايده‌آل براي پالایش ریشه را تشريح كردند؛ اين‌گونه گياهان بايد قادر به تجمع و مقاومت در برابر مقاديري از فلز مورد نظر، جابجايي و برداشت آسان، هزينه نگهداري كم و حداقل ضايعات ثانويه را داشته باشند]2[.

5-استفاده از گیاهان مختلف برای حذف فلزات سنگین

تا کنون برای حذف فلزات سنگین از آب­های آلوده بسیاری از انواع گونه­های گیاهی فرا انباشت شناسایی و معرفی شده است. به طوري كه تاكنون 163 گونه گياهي متعلق به 45 خانواده با توانايي رشد بر روي غلظت‌هاي بالاي فلزات شناسايي شده‌اند.  اما بیشتر اين گونه‌هاي گياهي متعلق به گروه گياهان خوراكي و مرتعي مي‌باشند كه احتمال وارد شدن به زنجيره غذايي انسان، حيوانات و تهديد سلامتي بشر را به دنبال دارد]2-8[. از نمونه­ی گیاهان خوراکی استفاده شده به منظور حذف سرب، ذرت،­ آفتاب­گردان و پنبه است که از بین آن­ها ذرت توانست مقدار بیشتری از عنصر را در اندام­های خود انباشت نماید. اما به منظور جلوگیری از ورود آن به زنجیره­ی غذایی بهتر است از پنبه استفاده شود]12[.

به همين منظور گياهان غيرخوراكي به خصوص گياهان زينتي و فضاي سبزي گزينه‌هاي بسيار مناسبي براي اين فن­آوری مي‌باشند.از جمله این گیاهان درخت سپیدار است که قادر به تجمع مقدار بالایی از روی در برگ­هایش است .پژوهش­گران گیاه زینتی خرزهره را به دلیل انباشت مقادیر بالایی از سرب (mg/g87)در واحد وزن خشک برگ­ها در منطقه­ی آلوده به سرب را به عنوان یک شاخص برای ارزیابی و نشان دادن سرب در هوا معرفی نمودند. شمعدانی معطر نیز کارآرایی بالایی در فرا انباشت فلزات سنگین دارد. این گونه­ی زینتی قادر به جذب مقادیر زیادی از سه آلاینده­ی اصلی سرب،کادمیوم و نیکل در یک زمان نسبتا کوتاه می­باشد. ریشه این گیاه قادر به استخراج سرب،­ کادمیوم و نیکل به مقادیر 9 درصد و 7ر2 درصد­و 9ر1 در صد به ترتیب در وزن خشک گیاه در طی 14 روز از محلول­های غذایی می­باشد.]2[.

6-تالاب­های مصنوعی

بیش از دو دهه است که از پوژهش­های  وسیعی در مورد توانایی گیاهان آبزی برای حذف مواد آلی و غیر آلی موجود در فاضلاب­ها آغاز شده است. گیاهان آبزی به طور طبیعی در تالاب­های طبیعی، کار تصفیه را انجام می­دهند. به طور كلي تالا ب­ها به زمين­هايي اطلاق مي شوند كه بيشتر اوقات يا در همه­ی طول سال مرطوب بوده و در آب قرار دارند]6[. در همه تالاب­ها يك اصل كلي حكم­فرما است كه به علت مرطوب بودن خاك به مدت زياد تغييرات فيزيكي، شيميايي و زیست­شناختی در خواص خاك اتفاق مي افتد به طوري كه گياهاني كه در زمين­هاي مرطوب نمي توانند رشد كنند از بين مي­روند. آب فراوان اهميت زيادي در تشكيل و ازدياد گياهان و ریز ساختارهاي خاك دارد]13[.

به همین دلیل تالاب­ها نسبت به اکوسیستم­های دیگر دارای فعالیت زیست­شناختی بیشتری هستند و می­توانند پارامتر­های آلوده کننده­ی آب را به وسیله­ی سازوکار­های گوناگون حذف کنند. استفاده از تالاب­های مصنوعی که در سال­های اخیر، برای اهداف گوناگون تصفیه فاضلاب­های نقطه­ای و غیر نقطه­ای و نیز با اهداف توسعه­ی چشم انداز­های اکولوژیکی مناسب کاربرد زیادی پیدا کرده است. تالاب­های مصنوعی، سامانه­هاي موثري براي تصفيه­ی فاضلاب­هاي كشاورزي، صنعتي، شهري و شيرابه­ی ناشي از دفع زباله و آب هاي جاري حاصل از توفان و باران هستند كه قادرند [16]BOD ، مواد معلق، پاتوژنها، مواد مغذي و فلزات سنگين را از آب حذف نمايند . اين سامانه­ها، هزينه­ی ساخت و نگهداري به نسبت كمي دارند و در آنها انرژي (اكسيژن) لازم از طريق اتمسفر و مواد غذایي مورد نياز ریزساختارها از مواد آلي فاضلاب تامين مي گردد . در تالاب­هاي طبيعي بشر دخالتي در ساخت آن­ها نداشته و  به عنوان منبع پذيرنده عمل مي كند و كنترل خاصي وجود­ندارد]6-8-13[.

 در تالاب­هاي مصنوعي انسان شرايطي را براي رشد گياهان فراهم مي­آورد به طوری که گياهان ريشه در خاك داشته و كنترل بهتري بر شرايطي از قبيل زمان ماند، نوع گياه و نوع بستر دارد  به دليل امكان كنترل شرايط در نيزارهاي مصنوعي، اين نوع سامانه­ها داراي جذابيت بيشتري هستند. اين سامانه­ ها براساس نوع جريان ورودي به سامانه­هاي با جريان سطح و سامانه­هاي با جريان زيرسطحي طبقه بندي مي شوند]13[.

در تالاب­هاي با جريان سطحي گياهان بالارونده در عمق حدود 10 تا 45 سانتيمتري كاشته شده و رشد مي­كنند. در تمام مدتي كه فاضلاب در بستر جريان دارد سطح پساب در معرض هوا است. سيستم گياهان آبزي شناور مانند سيستم تالاب هاي مصنوعي جريان سطحي است با اين تفاوت كه گياهان رشديافته در آن در خاك ريشه ندارند و در آب­شناور هستند.  گياهاني كه معمولاً در اين نوع تالاب مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از راش[17]، جگن[18]،نی کاتیل[19]. نقش گياهاني كه به طور معمول ريشه­شان در زمين و قسمتي از ساقه شان در آب قرار دارد، ايجاد سطحي براي چسبيدن لايه­هايي از باكتري، كمك به صاف­ شدن و جذب آلاينده­هاي موجود در فاضلاب، انتقال اكسيژن به زير سطح آب و كنترل رشد جلبك­ها از طريق ممانعت از نفوذ نور خورشيد است. شيب مناسب بستر 3/0 درصد است. در تالاب­هاي با جريان زيرسطحي بستري از سنگ، سنگريزه و ماسه يا خاك به عمق 45 ر0 تا 1 متر وجود دارد. اندازه سنگريزه­ها از سه ميلي­متر تا 32 ميلي­متر متغير است كه در قسمت ورودي فاضلاب 50 ميلي­متر است. گياهان مورد استفاده در سامانه زيرسطحي شبيه جريان سطحي است. تفاوت اين سامانه با سامانه قبل در آن است كه سطح آب پايين­تر از سطح بستر قرار دارد در نتيجه نيازي به كنترل پشه و بو نيست. اين سيستم نسبت به جريان سطحي نياز به سطح مورد كشت كمتري دارد. تنها مشكل آن افزايش هزينه ساخت مربوط به آماده سازي بستر و احتمال گرفتگي در مدخل ورودي فاضلاب است]8-13[.

از نمونه طرح­های اجرا شده در ایران در این زمینه ایجاد تالاب­های از سه نوع گیاه برون آ (نی،­ بامبو، نخل مرداب) برای حذف نیترات در مقیاس آزمایشگاهی و تصفیه فاضلاب صنعتی پالایشگاه اصفهان به شیوه تالاب مصنوعی بوده که از گیاه نی فراگماتیس استرالیسا استفاده شده است. اما تمام این طرح­ها در سطح آزمایشگاهی اجرا شده است و متاسفانه به مرحله تجاری شدن نرسیده است.

 

 

7- نتیجه گیری و پیشنهاد

گياه­پالايي يك فن­آوری رو به گسترش است كه از 10 سال پيش جنبه‌هاي كاربردي آن در تمام دنيا آغاز شده است. اين فن­آوری پايدار و ارزان خيلي سريع به عنوان يك راه‌ حل جايگزين براي روش‌هاي تصفيه­ی سنتي رواج پيدا كرد. در بيشتر مکان‌هاي آلوده گونه‌هاي گياهي علفي و مقاومي وجود دارد و پالايش توسط آن­ها و ساير گونه‌هاي غيرخوراكي به‌ويژه گونه‌هاي زينتي به دليل عدم وارد شده به شبكه­ی زنجيره­ی غذايي يك روش ايمن تصفيه زیست­شناختی مي‌باشد. پس از طي شدن زمان پالايش، گياهان برداشت شده و مي‌توانند به منظور كاهش حجم بقاياي مواد آلوده گياهي، متراكم شده و سپس در شرايط كنترل شده دفن و سوزانده مي‌شوند كه خاكستر آن­ها نيز مي‌تواند به عنوان يك سنگ معدن زيستي bio- ore  به منظور احياي مجدد فلز­ها مورد استفاده قرار گيرند. با توجه به قابليت­هاي يك سامانه تالاب مصنوعي اين سامانه­ها قادرند طيف وسيعي از آلاينده­ها از جمله BOD، جامدهای معلق، تركيب­های آلي گوناگون، فسفر، نيتروژن، فلز­های سنگين و عوامل بيماري­زا را از طريق سازوکارهايي نظير جذب گياهي، سوخت و ساز ميكروبي، پيوند با مواد آلي و تشكيل مولكول كمپلكس، جذب سطحي روي سطوح تبادل يوني، ته نشيني، ترسيب و صاف کردن حذف كنند. طبق مقاله هاي ارایه شده توسط EPA، فقط در 14 ايالت امريكا در دهه­ی 1980 وجود 324 تالاب طبيعي ثبت شده است كه براي تصفيه به كار رفته­اند. بزرگ­ترين تالاب مصنوعي در مجارستان به مساحت 800 هكتار احداث شده كه از سال 1985 در حال بهره برداري است. تالاب هاي طبيعي و مصنوعي زيادي در ايالات متحده­ی امريكا از جمله فلوريدا وجود دارد كه مجموعه يي از چند نوع پوشش گياهي مانند درختان سرو، ني، بوريا، عدسك آبي و نيلوفر آبي است. از اين رو آگاهي و شناخت درباره توانايي اين سامانه­هاي تصفيه در حذف آلودگي­هاي نقطه­اي و غيرنقطه­اي در كشورهاي در حال توسعه و به ويژه در كشورهاي خاورميانه كه هم اكنون با بحران كم آبي روبرو هستند بسيار مهم مي باشد .و می­توان برای برطرف کردن نیاز مصارف صنعتی این کشور­ها سرمایه گذاری در این زمینه را پیشنهاد کرد.

8- منابع:

1-http://www.mshamsaei.blogfa.com

2- http://www.zendegionline.ir 

3- سلیمان شوشتریان ،علی تهرانی فر ،مروری بر استفاده از سیستم گیاه پالایی جهت بهبود کیفیت پساب­های صنعتی و خانگی  بمنظور آبیاری گیاهان فضای سبز،دومین سمینار ملی : جایگاه آبهای بازیافتی و پساب در مدیریت منابع آب کاربردها در کشاورزی و فضای سبز،کد مقاله 143

4-http://www.ssu.ac.ir 

5- مهدی برقعی ، بررسی تصفیه­پذیری فاضلاب صنعتی پالایشگاه اصفهان به روش وتلند ،علوم و تکنولوژیمحیط زیست،شماره 15 ،زمستان 1381  

6-Brown.D.S(1994)¸constructed wetland in the U.S.A water Quality Omprovement¸4¸pp¸24-28

7-Abell¸P.D(1989) water pollution biology ¸New York¸chichester¸brisbane¸Toronto¸John wiley&sons ¸pp¸139-142.

8- B.Y. Zhang et al. / Procedia Environmental Sciences 2 (2010) 1315–1325: International Society for Environmental Information Sciences 2010 Annual Conference (ISEIS)¸ Phytoremediation in Engineered Wetlands: Mechanisms and Applications

 

9- مراد شعبان ، اباسلط رستمی اجیر لو ،گیاه­پالایی تکنیکی برای کاهش مسمومیت خاک­ها ، سبزینه ، سال ششم شماره شصدویکم ،آذر ماه 1390

10-blaylock¸MJ& Huang JW.(2000).Phytoextraction of metals.InI. Raskin&B.D.Ensley(eds)   phytoremediation of toxic metals:using plants to dean up the environment(pp 70_53). Newyork wiley 

 

11-prasad¸m . n. v¸& freitas ¸H. (2003).metal heperaccumulation in plants_ biodiversity prospecting for phytoremediation technology.electronic  joumal of biotechnology¸321_275¸6.

12- ابراهيم فتاحي كياسری، امير فتوت، عليرضا آستارايي و غلامحسين حق نيا، اثر اسيد سولفوريك و EDTA بر گياه پالايي سرب در خاک توسط سه گياه آفتابگردان، ذرت و پنبه، علوم و فنون كشاورزي و منابع طبيعي، علوم آب و خاك / سال چهاردهم / شماره پنجاه و يكم / بهار 1389

13- عبدالله مصطفايي ،روزنامه اعتماد ، شماره 1977،صفحه7 (magiran.com)

14- Hinchman, R., and Cristiana Negri, N. (2002). Using green plants to clean up contaminated soil,groundwater and wastewater, Agronne National Laboratory and Applied Natural Sciences Inc, USA.

15-فاطمه فلاحی ، بیتا آیتی ، حسین نجی دوست ، حذف نیترات توسط فرایند گیاه پالایی در مقیاس آزمایشگاهی، آب و فاضلاب ، شماره 1 ، سال 1391

 

[1] Phytoremediation

[2] Constructed wetland (CW)

[3] Phytoremediation

[4] Phyto

[5] Remedium

[6] Environmental Protection Agency

[7] Phyto extraction

[8] Phyto volatilization

[9] Phyto stabilization

[10] Phyto stimulation

[11] Rhizo filtration

[12] In-situ

[13] Ex-situ

[14] Dvshnkv

[15] Kapvlynk

[16] Biological oxygen demand

[17]Rush

[18] sedg

[19] Reed Cattail


دانلود بخش یک

دیدگاه خود را ارسال نمایید

ما را دنبال کنید