کيفيت شيميايي آب زاينده رود

بررسي کيفيت شيميايي آب زاينده رود و توان خودپالايي آن
 

چکيده
 

در اين تحقيق، کيفيت شيميايي آب زاينده رود در فاصله ي دو سد تنظيمي و نکوآباد و سه زهکش تخليه شونده به رودخانه طي تير تا اسفندماه 1385 مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج بررسي کيفيت شيميايي آب رودخانه و زه آب ها نشان مي دهد که هرچه زمين هاي کشاورزي به منابع آب هاي سطحي مورد مطالعه نزديک تر باشند، آلودگي آب آن ها بيش تر است. همچنين تخليه ي فاضلاب هاي شهري و روستايي نقش مهمي را در آلودگي آب رودخانه ي زاينده رود به عهده دارد. بيش ترين آلودگي نيترات آب هاي سطحي مورد آزمايش، به زمان کوددهي بستگي دارد. غلظت نيترات در آب زاينده رود در نمونه ي مهرماه برابر 24 ميلي گرم در ليتر به دست آمد که2/4 برابر حد استاندارد 10 ميلي گرم در ليتر است. غلظت اغلب پارامترهاي کيفي مورد بررسي در زه آب ها بالاست و اغلب از حدود استاندارد تخليه زه آب ها به آب هاي سطحي تجاوز مي کنند. به علت افزايش تخليه پساب هاي گوناگون به داخل زاينده رود، توان خودپالايي رودخانه از بالادست به پايين دست کاهش مي يابد. بنابراين جلوگيري از تخليه زه آب هاي کشاورزي، شهري و صنعتي و پيش تصفيه پساب هاي ورودي به زاينده رود، توجه بيش تري را مي طلبد.

مقدمه
 

ميزان آب خروجي از سد زاينده رود بر اساس آمار درازمدت حدود 5/1 ميليارد مترمکعب در سال، حجم آب مصرفي توسط بخش کشاورزي از زاينده رود شامل آب هاي سطحي و زيرزميني بالغ بر 4400 ميليون مترمکعب در سال و ميزان مصرف کودهاي شيميايي و آفت کش هاي مختلف در اراضي آبخور حوضه ي زاينده رود (220هزارهکتار) به ترتيب بالغ بر 100450 تن مي باشد [1].
به دليل کم بودن راندمان آبياري در اين بخش (بر اساس تحقيقات انجام شده، بازده کاربرد آب در روش هاي آبياري سطحي براي برخي اراضي کشاورزي استان اصفهان حدود 42درصد برآورد شده است [2])، مقداري از آب مورد استفاده به صورت فرونشست عمقي يا به آب هاي زيرزميني مي پيوندد و يا در قسمت هايي از رودخانه به صورت زهکش وارد مسير جريان آب مي شود. زه آب هاي کشاورزي علاوه بر وجود مقادير بالايي از عناصر گوناگون، حاوي املاح محلول، بقاياي آفت کش ها و کودهاي شميميايي به ويژه نيترات هستند. مطالعات انجام شده توسط شاتلر در سال 1994 نشان مي دهد که 55 الي 80 درصد آبشستگي آفت کش ها در ماه خرداد (ژوئن) روي مي دهد [3].
منابع آلوده کننده ي آب زاينده رود تا قبل از شهر اصفهان محدود به روان آب هاي سطحي، زه آب هاي حاصل از اراضي حاصل خيز زراعي و روستاها و شهرک ها است که به علت کمي حجم آن ها و همچنين شيب و دبي رودخانه داراي اهميت چنداني نيستند. در پايين دست نيز منابع عمده ي آلوده کننده و شوري، زهکش هاي زراعي و نفوذ آب هاي زيرزميني شور است که به علت دبي کم رودخانه باعث شوري بيش از حد آب شده اند. بخش اصلي منابع آلوده کننده ي زاينده رود در بخش مياني رودخانه قرار دارد و تأثير اين آلودگي تا فاصله ي 30 کيلومتري شرق اصفهان نيز ادامه مي يابد. در واقع بيش ترين سهم آلودگي را فاضلاب هاي صنعتي و شهري شهر اصفهان دارا هستند و آب زاينده رود پس از عبور از شهر اصفهان داراي آلوده ترين وضعيت (بسيار بالاتر از حدود استاندارد) مي باشد [4]. در مطالعه ي سيمونو و همکاران [5] که با استفاده از اطلاعات به دست آمده از اندازه گيري هاي تعدادي پارامترهاي کيفي آب در محدوده ي وسيعي از حوضه ي آبريز و انواع آب هاي سطحي در شمال يونان در يک دوره ي سه ساله انجام گرديد مشخص شد که COD، BOD، TON (4)، فسفر کل (TP) و فسفات ناشي از منابع آلاينده متمرکز مانند فاضلاب هاي شهري و پساب هاي صنعتي هستند. گونه هاي نيتروژن محلول در آب و فرم هاي مختلف آن، ناشي از منابع آلاينده غيرمتمرکز مانند روان آب هاي کشاورزي و ريزش هاي جوي هستند. پارامترهاي PH، DO و EC منابع فيزيک و شيميايي متغير را نشان مي دهند. کل جامدات معلق (TSS)، Cu، Cr، Ni، Mn، و Fe نشان دهنده ي فرايندهاي آب شويي از خاک هستند و در نهايت Pb، Zn و Cd آلودگي هاي سمي حاصل از پساب هاي صنايع را نشان مي دهند.
خودپالايي به مجموعه فعل و انفعالات و فرايندهايي گفته مي شود که به صورت طبيعي در يک منبع آبي اتفاق مي افتد و در نتيجه آن ميزان آلودگي وارد شده به آن منبع تا حد تبديل آب به کيفيت مطلوب و استاندارد کاهش پيدا مي کند. اگر روند تجزيه و تبديل مواد آلي به وسيله ي ميکروارگانيسم ها، به ويژه باکتري ها در شرايط هوازي و با حضور اکسيژن انجام گيرد، مواد مستقل و پايداري نظير دي اکسيدکربن، سولفات، اورتوفسفات و نيترات توليد مي شود. در شرايطي که اکسيژن کافي براي عمل تجزيه فراهم نباشد، روند تجزيه به صورت بي هوازي ادامه مي يابد. محصولات نهايي تجزيه ي بي هوازي عبارت اند از: ترکيبات آلي ناپايدار و موادي چون H2S، CH4 و NH3. خود پالايي ممکن است هم در آب هاي جاري و هم در آب هاي سطحي و زيرزميني اتفاق مي افتد. هدف خودپالايي پيدا کردن راه کارهاي بهبود کيفيت و افزايش توان پالايش رودخانه ها است. عوامل مؤثر بر خودپالايي عبارت اند از: ميزان انتقال، نفوذ و پخش، تبديل و ته نشيني و تجزيه ي آلاينده ها.
ميزان آلودگي و همچنين توان خودپالايي رودخانه ي کارون در بازه ي گرگر با کاربرد مدل Q2E و استفاده از نتايج آزمايش هاي کيفي در تيرماه 1378 به عنوان گرم ترين ماه سال و حداقل آب دهي ماهانه ي رودخانه، توسط بني سعيد و همکاران [6] بررسي شد. نتايج خروجي مدل بيانگر نامطلوب بودن غلظت اکسيژن محلول و فراتر از استاندارد بودن پارامترهاي BOD و COD در بازه مورد نظر بود. همچنين در مورد نيتروژن و فسفر مشاهده شد که غلظت آن ها در اغلب موارد کم تر از حد استاندارد است. بررسي ميزان EC، نشان دهنده ي روند افزايشي اين پارامتر به دليل وجود منابع آلاينده ي نقطه اي و غيرنقطه اي بوده است. بيش تر پارامترهاي مورد بررسي فراتر از حد استاندارد هستند و در تيرماه وضعيتي آلوده کننده براي رودخانه ي کارون ايجاد مي کنند.
هدف از اين تحقيق، بررسي کيفيت شيميايي و امکان آلودگي آب رودخانه ي زاينده رود و تعيين توان خودپالايي زاينده رود است.

مواد و روش ها
 

منطقه ي مورد مطالعه
 

بررسي کيفيت آب زاينده رود در محدوده اي به طول تقريبي 140 کيلومتر، از سد تنظيمي زاينده رود تا سد انحرافي نکوآباد، انجام شد به طوري که قسمت عمده ي اين بازه در بالادست تصفيه خانه ي آب باباشيخ علي اصفهان قرار داشت. روش هاي معمول در تصفيه خانه هاي آب شرب نمي توانند آفت کش ها را از آب حذف نمايند. براي مثال، به منظور جداسازي حشره کش ها از آب استفاده از روش هاي اسمز معکوس، فيلترهاي داراي کربن فعال و تقطير در تصفيه مؤثرند، ولي فيلترهاي فيبري، دي يونيزه و پرتوهاي ماوراءبنفش بدون تأثير هستند [7]. بنابراين در صورت وجود آفت کش ها در آب ورودي به تصفيه خانه، آبِ تصفيه شده نيز حاوي اين سموم خواهد بود. زه آب باغ هاي ميوه و زمين هاي کشاورزي، فاضلاب هاي روستايي و شهري (مانند باغ بهادران) و پساب کارخانه ي ذوب آهن اصفهان، مهم ترين منابع آلاينده ي ورودي به رودخانه در اين محدوده هستند. محدوده ي زماني نمونه برداري تير لغايت اسفند 1385 بوده است. شکل 1 منطقه اي مورد مطالعه و موقعيت نقاط نمونه برداري را نشان مي دهد.
جدول 1: اطلاعات مورد نیاز برای محاسبه ی توان خود پالایی زاینده رود در محدوده ی زمانی و مکانی مورد مطالعه

ماه	شماره ی بازه	طول بازه (L, Km)	دبی (Q, m3/s)	سرعت جریان آب (V, m/s )	عمق متوسط جریان (H, m)	دمای آب (T, ˚c )
تیر	1	193/52	38/92	45/1	29/2	10
	2	332/59	46/81	61/1	43/1	88/16
	3	75/37	21/70	66/0	61/1	75/18
بهمن	1	193/52	73/16	46/1	46/0	5
	2	332/59	63/17	73/0	6/0	25/8
	3	75/37	96/14	8/0	73/0	5/10

نمونه برداري
 

به منظور نمونه برداري از ايستگاه هاي مشخص شده در شکل 1 از روش هاي استاندارد و توصيه شده جهاني استفاده شد [8]. به اين منظور، ظروف نمونه برداري از جنس شيشه کهربايي رنگ به حجم يک ليتر تهيه شد که قبل از نمونه برداري با يک پاک کننده و سپس با استن به خوبي شسته شده و به مدت 2 ساعت در دماي 150 درجه ي سانتيگراد حرارت ديده بودند. نمونه برداري از جريان اصلي رودخانه و در عمق حدود 5 سانتي متري از سطح به کف و به صورتي که ظرف نمونه برداري در بالادست فرد نمونه بردار بود انجام مي شد. از هر زهکش در محل تخليه ي آن به رودخانه و از قسمت مياني آن که جريان آب سريع تر بود نمونه گيري انجام مي شد. در هنگام نمونه برداري دماي آب قرائت مي شد، زيرا که دما بر پايداري آفت کش ها مؤثر است. افزايش دما نرخ واکنش هاي شيمياي و ميزان فراريت آفت کش ها را بالا مي برد و همچنين باعث افزايش فعاليت بيولوژيک مي گردد [9]. نمونه هاي جمع آوري شده در يخدان، تحت دماي بين صفر تا 4 درجه ي سانتيگراد قرار مي گرفتند و سريعاً به محل آزمايشگاه منتقل مي شدند.

بررسي کيفيت شيميايي نمونه هاي آب
 

به منظور بررسي کيفيت آب در نمونه هاي مورد نظر، ويژگي هاي فيزيکي و شيميايي آب شامل: دما، PH، کاتيون ها و آنيون هاي اصلي (NO-3, SO2-4, HCo-3, CL-, Na+, Mg2+, Ca2+)، EC، BOD و COD به روش هاي استاندارد اندازه گيري و پارامترهاي سختي کل، درصد جذب سديم، قلياييت، کل جامدات محلول و شاخص خورندگي تعيين شدند [10].

محاسبه ي توان خودپالايي زاينده رود
 

به منظور بررسي توان خودپالايي رودخانه، لازم است تا آن را به بازه هايي تقسيم کرد. رودخانه ي زاينده رود در محدوده ي مورد مطالعه به سه بازه (بازه هاي شماره ي 1، 2 و 3 به ترتيب حدفاصل سد تنظيمي زاينده رود و پل زمانخان، پل زمانخان و پل کله و پل کله و سد انحرافي نکوآباد) تقسيم گرديد. اطلاعات مورد نياز در هر کدام از بازه ها عبارت اند از: طول بازه، دبي، سرعت و عمق متوسط جريان و دماي آب که به عنوان نمونه براي بازه هاي مذکور در ماه هاي تير و بهمن در جدول 1 آورده شده اند.
قدرت خودپالايي رودخانه از رابطه ي (1) به دست مي آيد [11].
CA=(0.055QLK_2)/V
که:
CA : ظرفيت پذيرش مواد زايد توسط رودخانه به ازاي هر واحد کمبود در اکسيژن محلول (ton/day)
K2: ضريب هوادهي رودخانه ( day-1) که از رابطه ي (2) به دست مي آيد [11]:
(294〖(D_KT×V)〗^0.5)/H^1.5 K2=
D_LT : ضريب انتشار مولکولي اکسيژن در T درجه ي سانتيگراد(m2/day)و از رابطه ي (3) به دست مي آيد [11]:
DLT=DL20×〖1.037〗^((T-20))
DL20: ضريب انتشار مولکولي اکسيژن در 20 درجه ي سانتيگراد (m2/day) مقدار آن برابر DL20=1.76×〖10〗^(-4) می باشد.
براي محاسبه ي ضريب هوادهي از رابطه ي (4) نيز مي توان استفاده کرد که البته رابطه ي (2) داراي دقت بالاتري است [11].
K2=(5.23×V)/H^1.67

نتايج و بحث
 

کيفيت شيميايي
 

مقدار هر يک از پارامترهاي مورد آزمايش در هر ايستگاه نمونه برداري آب رودخانه و در هر ماه متفاوت و در حالت کلي تغييرات فصلي شديدتر و قابل ملاحظه تر از تغييرات ماهانه است. از فصل پرآب تابستان به سمت فصول کم آب پاييز و زمستان مقادير پارامترها دچار افزايش قابل ملاحظه اي به ويژه در بهمن ماه مي شوند. از بالادست رودخانه به سمت پايين دست نيز مقادير پارامترها افزايش مي يابند. (شکل 2). مي توان گفت بهترين کيفيت آب مربوط به سد تنظيمي زاينده رود و بدترين کيفيت آب مربوط به سد انحرافي نکوآباد است که علت آن نيز به تخليه انواع پساب هاي کشاورزي، صنعتي و فاضلاب هاي شهري برمي گردد.
براي طبقه بندي سختي نمونه هاي آب از جدول 2 استفاده گرديده است. بر اين اساس، آب رودخانه ي زاينده رود در محدوده ي مورد مطالعه در پاييز نسبتاً سخت و در زمستان سخت است. زهکش هاي مورد مطالعه نيز داراي آب سخت و بسيار سخت هستند.

شرح	سختی
	میلی اکی والان بر لیتر	میلی گرم بر لیتر(CaCo3 )
نرم	کم تر از یک	کم تر از 50
نسبتاً سخت	3-1	150- 50
سخت	6-3	300- 150
بسیار سخت	بزرگ تر از 6	بزرگ تر از 300

براي بررسي کيفيت آب رودخانه از نظر کشاورزي و شرب از دياگرام ويلکوکس مطابق شکل 3 استفاده شده است. مشاهده مي شود که در دياگرام ويلکوکس رودخانه، بيش تر نقاط در کلاس C2-S1 قرار مي گيرند و به اين ترتيب مي توان گفت که آب رودخانه از نظر مصرف کشاورزي در طبقه ي آب هاي خود قرار دارد. همچنين در فصول پاييز و زمستان به دليل کاهش دبي رودخانه، کيفيت آب از نظر مصرف کشاورزي نيز رو به کاهش مي گذارد.
$توان خودپالايي زاينده رود
مقادير ضريب انتشار مولکولي (DLT) و ضريب هواگيري (K2) رودخانه ي زاينده رود براي بازه هاي مذکور به عنوان نمونه در ماه هاي تير و بهمن در جدول 3 و نتايج ظرفيت خودپالايي اين رودخانه در شکل 4 آورده شده اند.

ماه	شماره بازه	ضریب انتشار مولکولی، DLT(m2/day)	ضریب هواگیری رودخانه، K2 (day-1 )
تیر	1	000122/0	68/2
	2	000157/0	73/2
	3	000168/0	25/2
بهمن	1	000102/0	68/7
	2	000115/0	84/5
	3	000125/0	67/4

با توجه به شکل 4 قدرت خودپالايي، زاينده رود در طول سه بازه در نظر گرفته شده در ماه هاي مورد بررسي روند يکساني ندارد. براساس نتايج حاصله، بيش ترين ظرفيت خودپالايي مربوط به بازه هاي اول به ميزان 583 تن در روز در اسفندماه و کم ترين آن مربوط به بازه هاي سوم به مقدار 142 تن در روز در دي ماه است. در هر سه بازه بيش ترين توان خودپالايي در اسفندماه مشاهده مي شود. در بازه ي اول کم ترين توان خودپالايي برابر 470 تن در روز و در شهريور ماه و در بازه هاي دوم و سوم به ميزان 354 و 142 تن در روز در دي ماه مشاهده شده است. از سوي ديگر هرچه از بالادست رودخانه به پايين دست حرکت مي کنيم، توان خودپالايي رودخانه کاهش مي يابد. به ويژه تفاوت توان خودپالايي بازه هاي دوم و سوم بسيار بارز و مشخص مي باشد. علت اين مسئله افزايش تخليه ي انواع پساب ها به داخل رودخانه به طرف پايين دست است. در هر سه بازه از دي ماه به اسفندماه توان خودپالايي افزايش مي يابد که به نظر مي رسد علت اين موضوع بارش هاي زمستانه و آب شدن برف ها در اواخر اسفند با گرم تر شدن هوا باشد.

نتيجه گيري
 

نتايج بررسي کيفيت شيميايي آب رودخانه، زه آب ها به طور کلي نشان مي دهند که هر چه زمين هاي کشاورزي به منابع آب هاي سطحي مورد مطالعه نزديک تر باشند، آلودگي آب آن ها بيش تر است. بيش ترين آلودگي نيترات آب هاي سطحي مورد آزمايش، به زمان کوددهي بستگي دارد همچنين تخليه ي فاضلاب هاي شهري و روستايي نقش مهمي را در آلودگي آب رودخانه ي زاينده رود به عهده دارد. غلظت اغلب پارامترهاي کيفي مورد بررسي در زه آب ها بالادست و اغلب از حدود استاندارد تخليه زه آب ها به آب هاي سطحي تجاوز مي کند.
رودخانه ها در مسيرهاي گاه طولاني خود دچار تغيير و تحولات بسياري مي شوند و نيز تا حدي توانايي خودپالايي دارند که اين مسئله مي تواند باعث از بين رفتن بسياري از آلاينده ها شود. بنابراين بايد اقداماتي صورت گيرد که اين توانايي خودپالايي از بين نرود و بلکه افزايش يابد که اين مهم جز با حفظ و نگهداري اين منبع ارزشمند (رودخانه ي زاينده رود) و جلوگيري از آلودگي آن به خصوص با پساب هاي کشاورزي و فاضلاب هاي خانگي و صنعتي امکان پذير نيست.

پي نوشت
 

1-دانشيار گروه مهندسي آب، دانشکده کشاورزي دانشگاه صنعتي اصفهان،
koupai@cc.iut.ac.ir
2- دانشجوي سابق کارشناسي ارشد، گروه مهندسي آب، دانشکده کشاورزي، دانشگاه صنعتي اصفهان
3- پژوهنده ي مرکز تحقيقات کشاورزي و منابع طبيعي اصفهان
4- Total organic (Kjeldahi) Nitrogen
 

منابع
[1] رحماني، ح. ر. و مأمن پوش، ع. ر. (1385). اثرات فعاليت هاي کشاورزي بر کيفيت آب زاينده رود. چکيده مقالات دومين کنفرانس مديريت منابع آب، دانشگاه صنعتي اصفهان، ص 164.
[2] مأمن پوش، ع. ر.، عباسي، ف. و موسوي، ف. (1380). ارزيابي بازده کاربرد آب در روش هاي آبياري سطحي برخي مزارع استان اصفهان. مجله تحقيقات فني و مهندسي کشاورزي، 9: 43-58.
[3] Scholtter, S. P., Elsenreich, S. J. and capel, P. D. (1994).
Atrazine, Alachior and Cyanazine in a large agricultural river system. Environ. Sci. Technol. 28: 1079 – 1089.
[4] شيريني، ر.، احمد نيار، ع. و ترابي، ق. (1378). مطالعه زيست محيطي زاينده رود و منابع آلوده کننده آن. مجموعه مقالات سومين همايش انجمن زمين شناسي ايران، صفحات 391 – 393.
[5]Simonov, V., Stratis, J. A., Samara, C., Zachariadis, G., Voutsa, D., Anthemidis, A.,Sofoniou, M. and kouimtzis, Th. (2003). Assessment of tne surface water quality in Northern Greece. Water. Res. 37: 4119-4124.
[6] بني سعيد، ن.، جعفرزاده، ن. ا.، هاشمي، ح. و توسلي، ع. (1386). بررسي کيفيت رودخانه کارون در بازه گرگر با کاربرد مدل رياضي QUQL2E. سومين کنگره ملي مهندسي عمران، تبريز، دانشگاه تبريز، دانشکده فني – مهندسي عمران.
[7] اسماعيلي ساري، ع. (1381). آلاينده ها، بهداشت و استاندارد در محيط زيست. انتشارات نقش مهر، تهران.
[8] U. S. Enviromental Protection Agency. Water samping techniques. (2005). www.umich.edu/~chemstu /assignment/Scholariship/water%2sampling.pdf.
[9] يزدان شناس، س. و اسماعيلي ساري، ع. (1376). بررسي باقيمانده سموم کشاورزي در آب. آب و محيط زيست، 24: 22-28.
[10] Am. PubI. Health Assoc., Am. Water Works Assoc. and Water Poll. Contr. Fed. (1992). Standard methods for the examination of water and wastewater. 14th ed., Washington, DC.
[11] حسيني، ي.، کشکولي، ح. ع.، آذري، آ.، برومند نسب، س. و معاضد، ه. (1385).
محاسبه توان خودپالايي قسمتي از رودخانه کرخه جهت ورود فاضلاب شهري و مقايسه آن با وضعيت کنوني رودخانه، مجموعه خلاصه مقالات اولين همايش و نمايشگاه تخصصي مهندسي محيط زيست، تهران، ص 33.
[12] عرفان منش، م. و افيوني، م. (1379). آلودگي محيط زيست: آب، خاک و هوا. انتشارات ارکان، اصفهان.
منبع:ماهنامه فني – تخصص دانش نما 175 – 174
/ن