بررسی اثر ارتفاع بیوراکتور پر شده با بیوچار در حذف نیترات و آمونیوم از زه‌آب‌‌زهکش‌ها

سابقه و هدف: یکی از مهم‏ترین آلاینده‌ها در آب‌های سطحی و زیرزمینی نیتروژن محلول به فرم نیترات می‌باشد. سیستم‌های زهکشی مصنوعی با افزایش نسبی سرعت انتقال زه‌آب به آب‌های سطحی نسبت به حالت طبیعی باعث می‌شوند زمان به وقوع پیوستن فرآیندهای طبیعی از جمله دنیتریفیکاسیون کاهش یابد. بیوراکتورهای دنیتریفیکاسیون با ایجاد یک محیط از منابع کربنی و عبور آب زهکش از میان آن باعث افزایش دنیتریفیکاسیون و حذف نیترات از محیط می‌گردند. در این مطالعه از بیوچار به عنوان دیواره کربنی در بیوراکتور استفاده شده است. در گام نخست به مقایسه عملکرد بیوراکتور پر شده با بیوچار و بیوراکتور پر شده از پوشال گندم در حذف نیترات و آمونیوم از زه‌آب‌ زهکش‌های زیرزمینی پرداخته شد. پس از آن تاثیر ارتفاع بیوراکتور بر غلظت نیترات و آمونیوم خروجی از بیوراکتورهای پر شده با بیوچار پوشال گندم مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر این تاثیر گذر زمان بر کارایی بیوراکتورها در حذف نیترات و آمونیوم برای یک دوره چهار ماهه مورد بررسی گردید. مواد و روش‏ها: در راستای اهدف تحقیق، بیوراکتورهایی با لوله‌های پلی اتیلنی با ارتفاع 125 سانتی متری شبیه سازی شدند. فاکتور تغییر ارتفاع در 4 سطح شامل 32.5، 62.5، 92.5، 125 سانتی متر که به ترتیب با h1 ، h2، h3 و h4 نشان داده شده، مورد بررسی قرار گرفت. شاهد (b0) حاوی 30 درصد حجمی پوشال گندم و بیوراکتورهای نمونه (b1) حاوی 30 درصد حجمی بیوچار پوشال گندم می‌باشند. یافته‏ها: نتایج نشان داد، غلظت نیترات خروجی از بیوراکتورهای دنیتریفیکاسیون به طور معنی داری تحت تاثیر بیوچار به کار رفته در آن‌ها قرار دارد. میانگین غلظت نیترات خروجی از بیوراکتورهای دارای 30 درصد بیوچار 18.16 میلی گرم در لیتر است در حالیکه این مقدار در بیورکتورهای فاقد بیوچار برابر با 49.01 میلی‌گرم در لیتر می‌باشد. همچنین با افزایش ارتفاع بیوراکتور غلظت نیترات خروجی از بیوراکتور کاهش می‌یابد. در پایان دوره 4 ماهه نمونه‌برداری غلظت نیترات خروجی از تیمارهای نمونه h1b1، h2b1، h3b1 وh4b1 از 160 میلی‌گرم در لیتر به ترتیب به مقادیر 20.91، 12.85، 8.04 و 5.23 میلی‌گرم در لیتر کاهش یافت، در حالیکه در تیمارهای شاهد h1b0، h2b0، h3b0 وh4b0 غلظت نیترات خروجی در پایان دوره نمونه برداری برابر با 42.17، 36.36، 28.99 و 19.65 میلی‌گرم در لیتر است. گذر زمان در سطح 1 درصد تاثیر معنا داری در میزان حذف نیترات دارد و در پایان دوره 4 ماهه آزمایش، میانگین غلظت نیترات خروجی از بیوراکتورهای نمونه به پایین‌ترین حد یعنی 21.77 میلی‌گرم در لیتر می‌رسد، این در حالی است که میانگین غلظت نیترات خروجی در روز اول نمونه برداری 59.21 میلی‌گرم در لیتر مشاهده گردید. غلظت آمونیوم خروجی از بیوراکتورهای حاوی بیوچار و بیوراکتورهای فاقد بیوچار در مقایسه با غلظت آمونیوم ورودی به آن‌ها افزایش یافت، علت این امر را می‌توان اینگونه بیان کرد که بخشی از نیترات توسط باکتری‌های بی‌هوازی به آمونیوم تبدیل می‌گردد. ولی علی رغم این افزایش مقدار آن بسیار ناچیز و کمتر از 0.5 میلی‌گرم در لیتر است. نتیجه‏گیری: راندمان حذف نیترات در بیوراکتورهای دارای بیوچار بیشتر از بیوراکتورهای فاقد بیوچار هست. افزایش ارتفاع بیوراکتور سبب افزایش حذف نیترات می‌گردد.