فیلتر زهکشی PRB؛ ابزاری کارا برای حذف نیترات از آب

به گزارش سارنا به نقل از ایسنا، کاربرد شدید کودهای نیتروژنی در مزارع کشاورزی، منجر به شستشوی زیاد نیترات به محیط آبی می‌شود. بالا رفتن نیترات محیط هم به عنوان بخشی از اهداف پایداری سازمان ملل و هم به عنوان بخشی از مقررات آب مورد توجه قرار دارد.

رواناب حاصل از زمین‌های کشاورزی معمولا به عنوان منبع اصلی تخلیه نیتروژن به محیط های آبی در نظر گرفته می‌شود. بنا بر آمارها، تنها حدود ۶۰ درصد از نیتروژن فعال مصرفی به عنوان کود، توسط محصولات کشاورزی جذب می‌شود و بقیه به درون محیط زیست نفوذ کرده و از دست می‌رود و باعث بالارفتن آلودگی محیط زیست و محیط های آبی می‌شود.

به گفته متخصصان،  نیتروژن اضافی که توسط گیاه جذب نمی‌شود، در معرض تلفات از طریق نیترات زدایی، رواناب، تصعید و آبشویی قرار دارد که خود باعث انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود. نیترات یکی از آلاینده‌های منابع آب زیر زمینی است و اگر غلظت آن در آب آشامیدنی از حد مجاز یعنی ۵۰ میلی گرم در لیتر فراتر رود، باعث یک سری اثرات منفی مانند نقص مادرزادی، سرطان، آسیب به سیستم عصبی و بیماری‌هایی نظیر مت هموگلوبینمیا می‌شود. فرایند حرکت آب و آب شویی نیترات در پروفیل خاک بسیار پیچیده است، ولی امروزه شناخت چگونگی حرکت نیترات در محیط خاک و عوامل مؤثر بر حرکت آن توسط مدل‌های مختلف ممکن شده است.

گروهی پنج نفره از محققان کشور از دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز و دانشگاه یاسوج در مطالعه‌ای در همین خصوص، به  بررسی حذف نیترات از زه آب‌های کشاورزی با استفاده از فیلتر زهکشی موسوم به PRB در خاک‌های با بافت متوسط و نسبتا سبک پرداخته‌اند.

آن‌ها برای انجام این تحقیق، مدلی فیزیکی از یک مخزن مکعبی به ابعاد ۱ متر طول، ۱ متر عرض و ۱ متر ارتفاع از جنس آهن ساخته و لوله‌های زهکش مربوطه را با سوراخ استاندارد به قطر ۱۶ میلی‌متر در عمق ۲۰ سانتی‌متری از کف کارگذاری کرده‌اند.

نسبت اختلاط وزنی مواد به کار رفته در فیلتر PRB نیز به صورت ۲۵ درصد ماسه، ۲۵ درصد آنتراسیت، ۲۰ درصد زئولیت، ۲۰ درصد براده آهن و ۱۰ درصد خاک اره چوب سپیدار بوده است.

بر اساس نتایج حاصل از این مطالعه، فیلتر زهکش که شامل PRB و خاک لوم شنی باشد، می‌تواند بعد از ۲۴ روز نیترات موجود در زه آب کشاورزی را به میزان بالای ۹۹ درصد کاهش دهد.

در این باره، علی عصاره، پژوهشگر گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز و همکارانش می‌گویند: «فرایند کار فیلتر خاکی به کاررفته در پژوهش ما با توجه مشاهدات، شامل چهار مرحله زیر است: ۱) فیلتر کردن مواد معلق و میکروارگانیزم‌های چسبیده به آن‌ها و همچنین حذف بخشی از آلودگی محلول از طریق فرایندهای جذب و واکنش‌های شیمیایی؛ ۲) رشد یک توده بیولوژیکی فعال در محیط فیلتر؛ ۳) جذب مواد غذایی محلول به وسیله توده بیولوژیکی و بالاخره ۴) تصفیه بیولوژیکی نیترات محلول».

آن‌ها می‌افزایند: «وجود رطوبت باعث می‌شود توده‌های زیستی تشکیل شده در محیط فیلتر بتوانند در دوره خشک نیز حیات داشته باشند و از مواد تشکیل دهنده فیلتر و آلودگی‌های بجا مانده در محیط به عنوان ماده غذایی استفاده کنند. این توده‌های بیولوژیکی قادرند تا در هنگام کمبود مواد غذایی از خودشان به عنوان ماده غذایی استفاده کنند که این امر و همچنین استفاده آن‌ها از آلودگی ‌های بجا مانده در محیط فیلتر سبب می‌شود تا فیلتر به صورت مستقل، نفوذپذیری خود را دوباره به دست آورد». 

بر این اساس، وجود این توده بیولوژیکی در داخل فیلتر سبب می‌شود تا در دوره بارندگی مجدد، رشد بیولوژیکی سریع‌تر اتفاق افتاده و فرایند تصفیه بیولوژیکی به صورت مناسب‌تری انجام شود. همچنین مسدود شدن منافذ فیلتر بر اثر ورود ذرات معلق به آن پس از گذشت یک دوره خشک، برطرف شده و نفوذپذیری آن به شرایط اولیه خود بر می‌گردد.

این یافته‌های علمی پژوهشی که بر ارائه روشی ارزشمند برای حذف نیترات زه آب‌های حاصل از زمین‌های کشاورزی دلالت دارند، در ماهنامه «مهندسی عمران امیرکبیر» متعلق به دانشگاه صنعتی امیرکبیر منتشر شده‌اند.