استفاده از کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده در فرآيند کمپوست لجن تصفيه خانه فاضلاب
نويسندگان:حسين عليدادي*
عبدالرحيم پرورش**
حسين پور مقدس***
محمدرضا شاه منصوري****
عبدالرحيم پرورش**
حسين پور مقدس***
محمدرضا شاه منصوري****
تاريخ دريافت: 84/11/23 تاريخ پذيرش: 85/3/24
چکيده
ساليان زيادي است که از لجن تصفيه خانه فاضلاب شهري به منظور بهبود شرايط و حاصلخيزي زمين هاي کشاورزي استفاده مي شود اما لجن تصفيه خانه فاضلاب قبل از استفاده روي زمين بايد مراحل مختلف پردازش را طي کند تا عاري از مواد خطرناک براي محيط زيست شود. لجن حاصل از تصفيه خانه فاضلاب شهري به دليل دارا بودن مقدار زيادي رطوبت براي کمپوست شدن نياز به افزودن مواد حجيم کننده دارد. مواد حجيم کننده به کار رفته در کمپوست لجن شامل خاک اره، خرده چوب، زغال سنگ، پوشال برنج، کود حيواني و کمپوست رسيده مي باشد. در اين تحقيق قابليت کمپوست شدن لجن آبگيري شده تصفيه خانه فاضلاب جنوب اصفهان با استفاده از خاک اره به عنوان ماده حجيم کننده در مرحله اول و در مراحل بعدي از کمپوست رسيده بررسي شد. نوع فرآيند به کار رفته کمپوست هوازي به صورت ويندرو بود. نتايج به دست آمده نشان مي دهند که مي توان لجن آبگيري شده که به صورت کامل عمليات تثبيت روي آن انجام نشده را با استفاده از روش کمپوست به کود تبديل کرد و در کشاورزي از آن استفاده نمود. همچنين انجام فرآيند CO- composting جهت تبديل لجن آبگيري شده تصفيه خانه فاضلاب با کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده وجود دارد و تا سه مرحله اين کار قابل اجراست. براي افزايش تعداد دفعات فرآيند لازم است مقداري خاک اره همراه با کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده استفاده کرد تا فرآيند کمپوست لجن را بتوان بيشتر ادامه داد.
کلمات کليدي: لجن آبگيري شده، تصفيه خانه فاضلاب، کمپوست رسيده، ماده حجيم کننده
مقدمه
در طي فرآيند کمپوست هوازي لجن تصفيه خانه فاضلاب، مواد آلي در حضور هوا تجزيه و به دي اکسيد کربن، آب و گرما تبديل مي شوند. هدف از فرآيند کمپوست تبديل بيولوژيک موادآلي به شکل تثبيت شده آن و از بين بردن پاتوژن ها است تا بتوان از آن به عنوان يک ماده اصلاح کننده خاک هاي کشاورزي استفاده کرد کمپوست يک روش تجزيه بيولوژيک مواد آلي است که اين عمل توسط باکتري ها، قارچ ها و اکتينوميست ها که در واقع کارگران بيولوژيک آن مي باشند صورت مي گيرد. مواد آلي در شرايط مناسب رطوبت، اکسيژن، نسبت کربن به ازت (نسبت کربن به ازت)، درجه حرارت و ph تجزيه مي شوند. فرآيند کمپوست لجن فاضلاب شهري نسبت به ساير مواد زائد متفاوت مي باشد زيرا وجود مقدرا زياد آب موجود در لجن فاضلاب تشکيل ويندرو اوليه کمپوست را با مشکل مواجه مي کند. براي برطرف کردن مشکل مقدار زياد آب موجود در لجن چند روش وجود دارد.
- افزودن مواد خشک به آن (مواد حجيم کننده) مانند خرده هاي چوب
- استفاده از مواد کمپوست شده قديمي
- خشک کردن توده مرطوب لجن فاضلاب شهري توسط حرارت
مواد حجيم کننده شامل مواد آلي اند که به منظور کاهش وزن حجمي و افزايش خلل و فرج براي عبور هوا به منظور هوادهي بهتر به لجن افزوده مي شوند اين مواد مقدار مواد آلي قابل تجزيه را در مخلوط حاصل افزايش مي دهند و شامل خاک اره، خرده چوب، زغال سنک پيت، پوشال برنج، کود حيواني پوسيده، زباله شهري و زائدات درختان مي باشند. ماده حجيم کننده ايده آل بايد خشک بوده و وزن حجمي آن کم و به راحتي قابل تجزيه باشد. از کمپوست رسيده نيز مي توان به منظور کاهش وزن حجمي و به عنوان يک ماده حجيم کننده در فرآيند کمپوست لجن استفاده کرد. افزودن ماده حجيم کننده به لجن منجر به کنترل رطوبت شده و بدين ترتيب باعث افزايش منافذ عبور هوا جهت هوادهي و تنظيم نسبت کربن به ازت توده کمپوست مي گردد. مقدار رطوبت در توده اوليه کمپوست لجن بايد در حدود 60 درصد باشد. زيرا تجزيه مواد آلي به رطوبت بستگي دارد. افت وزن حاصل از تبديل جامدات فرار به گازها و تبخير رطوبت منجر به کاهش وزن و حجم مواد کمپوست شونده مي گردد. همچنين گرماي حاصل از تجزيه مواد آلي منجر به از بين رفتن پاتوژن هاي مضر موجود در لجن مي گردد. طبق نظر سازمان محيط زيست آمريکا براي کاهش پاتوژن ها در سيستم ويندرو در مدت زمان 15روز نياز به 5 مرتبه زيرورو کردن توده کمپوست است تا درجه حرارت فوق به حد 55 درجه سانتيگراد برسد و منجر به از بين رفتن پاتوژن ها گردد.
در اين تحقيق قابليت کمپوست شدن لجن آبگيري شده تصفيه خانه فاضلاب جنوب اصفهان با استفاده از خاک اره براي مرحله اول انجام گرفت و در مراحل بعد از کمپوست رسيده اين مرحله به عنوان ماده حجيم کننده استفاده شد.
مواد و روش ها
روش تهيه پايلوت: اين مطالعه به مدت چهار ماه از تاريخ خرداد تا شهريور ماه 1383 انجام شد لجن مورد نياز اين تحقيق از بسترهاي لجن خشک کن تصفيه خانه فاضلاب جنوب اصفهان تهيه و روش مورد استفاده در اين تحقيق نيز کمپوست هوازي لجن به صورت ويندرو بود. در شروع کار لجن با رطوبت 80 درصد با خاک اره با 5 درصد رطوبت به نسبت 3 به 1 مخلوط شد تا نسبت کربن به ازت حاصل براي شروع کار کمپوست لجن برابر 25/1 بدست آيد. اندازه ويندرو فوق نيز 1/2 متر ارتفاع، 1/5 متر عرض و 2/5 متر طول بود و در فاصله زماني 7 تا 10روز ويندرو توسط کارگر زيرورو مي شد. پس از چند مرحله زيرورو کردن درجه حرارت توده کمپوست به حدود 60 درجه سانتيگراد رسيده و پاتوژن هاي موجود در توده از بين رفتند بعد از رسيدن کمپوست مرحله اول از آن به عنوان ماده حجيم کننده در مرحله دوم استفاده شد. نسبت کربن به ازت کمپوست رسيده مرحله اول برابر 17 و نسبت کربن به ازت لجن آبگيري شده تصفيه خانه فاضلاب برابر 15 بود، به ازاي هر کيلوگرم لجن آبگيري شده نياز به مخلوط کردن 0/63 کيلوگرم کمپوست رسيده مرحله اول به عنوان ماده حجيم کننده بود تا نسبت بهينه نسبت کربن به ازت در شروع مرحله دوم کمپوست حاصل شود بنابراين با توجه به رطوبت کمتر کمپوست رسيده مرحله اول، هر حجم آن با يک حجم لجن آبگيري شده مخلوط و کمپوست به صورت ويندرو در مرحله دوم نيز با همان اندازه هاي ويندرو مرحله اول شروع بکار کرد و به صورت هفتگي توسط کارگر زيرورو شد تا توده بهتر هوادهي شود. پس از چند مرحله زيرورو کردن درجه حرارت توده کمپوست به 55 درجه سانتيگراد رسيد. بعد از رسيدن کمپوست مرحله دوم، مجدداً کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده با لجن آبگيري شده حاصل از بسترهاي لجن خشک کن با نسبت مشخص مخلوط و کمپوست مرحله سوم نيز شروع بکار کرد و پس از چند مرحله زيرورو کردن درجه حرارت توده به 50 درجه سانتيگراد رسيد از پارامترهاي نسبت آمونيوم به نيترات در نمونه ها، مقدار درصد جامدات فرار و مقدار آنزيم دهيدروژناز به منظور تعيين زمان رسيدن توده کمپوست استفاده شد.
پارامترهاي اندازه گيري شده: براي تعيين ph توده کمپوست، سوسپانسيون 1/10 وزن به حجم کمپوست به آب مقطر تهيه شد و به مدت 30 دقيقه با شدت 350 دور در دقيقه شيکر شد و در نهايت توسط دستگاه ph متر اندازه گيري صورت گرفت (1). براي تعيين مقدار رطوبت نيز از روش بکار رفته در قسمت 2540G کتاب استاندارد متد استفاده شد. مقدار مواد آلي فرار موجود در نمونه هاي کمپوست نيز پس از خشک شدن نمونه ها در دماي 103تا 105 درجه به مدت يک ساعت در دماي 550 درجه سانتي گراد در کوره الکتريکي قرار داده شدند و اختلاف وزن آنها بيانگر درصد مواد آلي فرار بود. درصد کربن موجود در نمونه ها نيز از طريق سوزاندن نمونه خشک شده در دماي 750 درجه توسط کوره الکتريکي به مدت 2 ساعت صورت گرفت و پس از بدست آوردن درصد خاکستر موجود در نمونه با استفاده از رابطه (1/8/ خاکستر - 100= درصد کربن) به دست آمد (1). درصد نيتروژن کل نيز با استفاده از روش کجلدال و هضم نمونه توسط اسيدساليسيليک و تيوسولفات صورت گرفت (1). مقدار آمونيوم و نيترات موجو در نمونه نيز با استفاده از روش هضم توسط کلريد پتاسيم صورت گرفت. تعداد کليفرم هاي مدفوعي نيز با استفاده از روش 922IE استاندارد متد مقدار شد.
براي تعيين مقدار آنزيم دهيدروژناز مقدار 0/5 گرم نمونه کمپوست با 0/1 گرم کربنات کلسيم و يک ميلي ليتر محلول 2و 3 و 5 تري فنيل تترازوليوم کلرايد و 2/5 ميلي ليتر آب مقطر مخلوط و به مدت 24 ساعت در دماي 37 درجه در انکوباتور قرار داده شد. سپس به نمونه 10 ميلي ليتر متانول افزوده شد تا نمونه توسط آن استخراج شود. سپس آن را سانتريفوژ کرده و مايع رويي جمع آوري و جذب نور آن با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 485 نانومتر قرائت شد.
نتايج
زمان انجام کمپوست هوازي به صورت ويندرو در هر سه مرحله 40 روز در نظر گرفته شد. نتايج مربوط به تغييرات رطوبت، PH و مواد آلي فرار در فرآيند سه مرحله اي کمپوست لجن در مدت زمان 40 روز در جداول 1، 2 و 3 آورده شده است.
نتايج مربوط به تغييرات درصد کربن، درصد ازت، نسبت کربن به ازت، نسبت NH4/NO3، کليفرم هاي مدفوعي و آنزيم دهيدروژناز در فرآيند سه مرحله اي کمپوست در جداول 9،8،7،6،5،4 بيان شده است.
بحث و نتيجه گيري
کنترل رطوبت در فرآيند کمپوست از اهميت بسزايي برخوردار است به طوري که اگر مقدار رطوبت در توده کمپوست به کمتر از 40 درصد برسد فعاليت ميکروارگانيسم هاي موجود در آن کند مي شود و اگر به کمتر از 20 درصد برسد فعاليت ميکروبي متوقف مي گردد همچنين رطوبت بيش از80 درصد نيز باعث فشرده شدن مواد کمپوست شونده به يکديگر شده و تامين اکسيژن با مشکل مواجه مي گردد. رطوبت مناسب در توده کمپوست در کود سازي بهتر، غير فعال کردن پاتوژنها و کيفيت محصو ل نهايي مؤثر است که در سه مرحله انجام کمپوست با توجه به جدول يک شرايط مناسب کمپوست از نظر رطوبت فراهم بود.
به دليل فعاليت باکتري هاي توليد کننده اسيد PH توده کمپوست در ابتداي فرآيند کمپوست کاهش مي يابد. پس از اين مرحله با کتريهاي کمپوست با تبديل ازت معدني به ازت آمونياکي موجب افزايش PH و قليايي شدن محيط مي شوند. با ادامه روند تجزيه، آمونياک در اتمسفر رها مي شود و يا به نيترات تبديل مي گردد. سپس نيترات ها توسط باکتري هاي نيتروزوموناس به نيتريت تبديل مي گردد و محيط تا حدودي به حالت خنثي يا قليايي در مي آيد با توجه به جدول 2 مقدارPH توده کمپوست مرحله اول بين 6/9 تا 7/6، در توده کمپوست مرحله دوم بين 7/2 تا 7/7 و در توده کمپوست مرحله سوم نيز بين 7 تا 7/6 متغيربود بنابراين شرايط بهينه PH وجود داشت.
يکي از اهداف اصلي تثبيت لجن، کاهش درصد مواد آلي فرار موجود در آن مي باشد که معياري براي سنجش تثبيت لجن است. ميکروارگانيسم ها جهت رشد و تکثير خود به مواد آلي به عنوان سوبسترا نياز دارند که در تثبيت لجن با مصرف مواد آلي انرژي مورد نياز سوخت و ساز و سنتز سلولي فراهم مي شود که اين کار با توليد انرژي و گرما همراه است. با گذشت زمان و کاهش درصد مواد آلي از ميزان رشد و تکثير ميکروارگانيسم ها کاسته شده و دما نيز کاهش مي يابد. کاهش درصد مواد آلي به عنوان معياري جهت تثبيت لجن و رسيدن کود بکار مي رود. با توجه به جدول 3، درصد کاهش مواد آلي فرار در کمپوست مرحله اول 28/8 درصد، در کمپوست مرحله دوم 46/1 درصد و در کمپوست مرحله سوم 44/4 درصد بود. بنابراين ميزان درصد کاهش مواد آلي فرار در مرحله دوم و سوم نسبت به مرحله اول بيشتر مي باشد زيرا در مرحله دوم و سوم مواد آلي راحت تر مورد استفاده ميکروارگانيسم ها قرار مي گيرند.
با توجه به جدول 4 درصد کاهش درصد کربن کل در کمپوست مرحله اول 19/2 درصد، در کمپوست مرحله دوم 25/7 درصد و در کمپوست مرحله سوم 19/3 درصد بود. بنابراين روند افزايش درصد خاکستر و کاهش درصد کربن مؤيد آن است که فعاليت ميکروارگانيسم هاي موجود در کمپوست، ساختار آن را اصلاح کرده و منجر به تجزيه مواد آلي شده اند.
نيتروژن يکي از مواد تشکيل دهنده ساختمان سلولي ميکروارگانيسم ها مورد استفاده آنها مي باشد. با توجه به جدول 5 مقدار درصد ازت کل در هر سه مرحله با گذشت زمان کمپوست افزايش مي يابند، که اين امر به دليل انجام نيتريفيکاسيون و در نتيجه افزايش ازت کل در کمپوست مرحله اول 22/3 درصد، در کمپوست مرحله دوم 11/9 درصد و در کمپوست مرحله سوم 9/13 درصد بود. نتايج فوق مؤيد آن است که بيشترين درصد افزايش ازت کل در کمپوست مرحله اول مي باشد.
نسبت کربن به ازت يکي از مهمترين پارامترهاي مؤثر در فرآيند کمپوست است که کاهش يا افزايش آن سبب بروز مخاطراتي در تهيه کمپوست مي گردد. تجزيه مواد آلي بوسيله موجودات زنده و گروهي از باکتري ها انجام مي شود. اين موجودات از کربن به عنوان منبع انرژي و از نيتروژن براي ساخت و ساز سلولي خود استفاده مي کنند. با توجه به جدول 6 در کمپوست مرحله اول نسبت کربن به ازت از 24 به 15مي رسد که بيانگر 37 درصد کاهش، در مرحله دوم کمپوست نيز نسبت کربن به ازت از 19به 12/4 مي رسد و 34/7 درصد کاهش، و در مرحله سوم نيز نسبت کربن به ازت از 18/4 به 13/5رسيد که 26/7 درصد کاهش داشت. بنابراين با افزايش تعداد دفعات کمپوست لجن و استفاده از کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده مقدار درصد نسبت کربن به ازت کاهش کمتري مي يابد.
در زمان هاي مختلف فرايند کمپوست، ترکيبات نيتروژن موجود در آن متفاوت مي باشند. که اين امر در انتهاي فرآيند کمپوست دال بر انجام فرآيند نيتريفيکاسيون است. اين امر همراه با يکسان باقي ماندن مقدار کل ترکيبات نيتروژن در فرآيند زمان هاي مختلف مي باشد. در مرحله نهايي کمپوست که جمعيت ميکروبي بيشتر و فعال ترند کاهش قابل ملاحظه اي در مقدار نيتروژن آلي مشاهده مي شود و ميزان و سرعت نيتريفيکاسيون افزايش مي يابد که تغييرات پارامتر نسبت آمونيوم به نيترات بيانگر اين امر است با توجه به جدول 7 در هر سه مرحله کمپوست مقدار نسبت فوق در شروع کار بالا بوده ولي با ادامه فرآيند نسبت فوق در انتها کاهش مي يابد. به طوري که کاهش نسبت آمونيوم به نيترات در کمپوست مرحله اول 57/3، در کمپوست مرحله دوم 53/3 و در کمپوست مرحله سوم 57/9 درصد بود.
در فرآيند تهيه کمپوست از لجن فاضلاب شهري توجه به مسئله گندزدايي محصول نهايي از نظر بهداشت عمومي و سلامت کارگران حائز اهميت مي باشد. امکان حضور پاتوژن ها در حصول نهايي هميشه يک نگراني عمده به حساب مي آيد. عوامل بيماري زا و پاتوژن ها ي موجود در کمپوست لجن عمدتاً در درجه حرارت بيش از 50 درجه سانتي گراد از بين مي روند. بنابر اين با توجه به اينکه در مرحله ترموفيليک درجه حرارت کمپوست به بيش از 50 درجه مي رسد که اکثر عوامل بيماري زاي موجود در آن از بين مي روند. با توجه به جدول 8 در هر سه مرحله کمپوست، تعداد کليفرم هاي مدفوعي تا حد استاندارد کلاس A کاهش مي يابد وبه کمتر از 1000 عدد MPA در هر 100 ميلي ليتر مي رسند.
با توجه به جدول 9 در هر سه مرحله کمپوست از روز صفر تا روز 20 مقدار آنزيم دهيدروژناز افزايش مي يابد. ولي از روز 20 تا روز 40 مقدار آن کاهش مي يابد. زيرا در شروع فرآيند کمپوست بدليل فعاليت شديد ميکروارگانيسم ها مقدار آنزيم دهيدروژناز افزايش مي يابد. ولي به مرور زمان بدليل کاهش فعاليت ميکروارگانيسم ها مقدار آن نيز کاهش خواهد يافت.
با توجه به نتايج فوق، مي توان لجن واحد آبگيري تصفيه خانه فاضلاب جنوب اصفهان را که به صورت کامل عمليات تثبيت روي آن انجام نشده است با استفاده از روش کمپوست به کود تبديل کرد و در کشاورزي از آن استفاده نمود به طور ي که از لحاظ پارامترهاي شيمايي و بيولوژيک در حد استانداردهاي مربوطه قرار دارند و انجام فرآيند CO-composting جهت تبديل لجن آبگيري شده تصفيه خانه فاضلاب با کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده وجود دارد و تا سه مرحله اين کار قابل اجرا است. براي افزايش تعداد دفعات فرآيند لازم است مقداري خاک اره همراه با کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده استفاده کرد تا فرآيند کمپوست لجن را بتوان بيشتر ادامه داد.
1. احيايي م. 1376. شرح روش هاي تجزيه شيميايي خاک و آب. جلد دوم، مؤسسه تحقيقات آب و خاک، صفحات 75-104.
پژوهش در علوم کشاورزي
چکيده
ساليان زيادي است که از لجن تصفيه خانه فاضلاب شهري به منظور بهبود شرايط و حاصلخيزي زمين هاي کشاورزي استفاده مي شود اما لجن تصفيه خانه فاضلاب قبل از استفاده روي زمين بايد مراحل مختلف پردازش را طي کند تا عاري از مواد خطرناک براي محيط زيست شود. لجن حاصل از تصفيه خانه فاضلاب شهري به دليل دارا بودن مقدار زيادي رطوبت براي کمپوست شدن نياز به افزودن مواد حجيم کننده دارد. مواد حجيم کننده به کار رفته در کمپوست لجن شامل خاک اره، خرده چوب، زغال سنگ، پوشال برنج، کود حيواني و کمپوست رسيده مي باشد. در اين تحقيق قابليت کمپوست شدن لجن آبگيري شده تصفيه خانه فاضلاب جنوب اصفهان با استفاده از خاک اره به عنوان ماده حجيم کننده در مرحله اول و در مراحل بعدي از کمپوست رسيده بررسي شد. نوع فرآيند به کار رفته کمپوست هوازي به صورت ويندرو بود. نتايج به دست آمده نشان مي دهند که مي توان لجن آبگيري شده که به صورت کامل عمليات تثبيت روي آن انجام نشده را با استفاده از روش کمپوست به کود تبديل کرد و در کشاورزي از آن استفاده نمود. همچنين انجام فرآيند CO- composting جهت تبديل لجن آبگيري شده تصفيه خانه فاضلاب با کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده وجود دارد و تا سه مرحله اين کار قابل اجراست. براي افزايش تعداد دفعات فرآيند لازم است مقداري خاک اره همراه با کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده استفاده کرد تا فرآيند کمپوست لجن را بتوان بيشتر ادامه داد.
کلمات کليدي: لجن آبگيري شده، تصفيه خانه فاضلاب، کمپوست رسيده، ماده حجيم کننده
مقدمه
در طي فرآيند کمپوست هوازي لجن تصفيه خانه فاضلاب، مواد آلي در حضور هوا تجزيه و به دي اکسيد کربن، آب و گرما تبديل مي شوند. هدف از فرآيند کمپوست تبديل بيولوژيک موادآلي به شکل تثبيت شده آن و از بين بردن پاتوژن ها است تا بتوان از آن به عنوان يک ماده اصلاح کننده خاک هاي کشاورزي استفاده کرد کمپوست يک روش تجزيه بيولوژيک مواد آلي است که اين عمل توسط باکتري ها، قارچ ها و اکتينوميست ها که در واقع کارگران بيولوژيک آن مي باشند صورت مي گيرد. مواد آلي در شرايط مناسب رطوبت، اکسيژن، نسبت کربن به ازت (نسبت کربن به ازت)، درجه حرارت و ph تجزيه مي شوند. فرآيند کمپوست لجن فاضلاب شهري نسبت به ساير مواد زائد متفاوت مي باشد زيرا وجود مقدرا زياد آب موجود در لجن فاضلاب تشکيل ويندرو اوليه کمپوست را با مشکل مواجه مي کند. براي برطرف کردن مشکل مقدار زياد آب موجود در لجن چند روش وجود دارد.
- افزودن مواد خشک به آن (مواد حجيم کننده) مانند خرده هاي چوب
- استفاده از مواد کمپوست شده قديمي
- خشک کردن توده مرطوب لجن فاضلاب شهري توسط حرارت
مواد حجيم کننده شامل مواد آلي اند که به منظور کاهش وزن حجمي و افزايش خلل و فرج براي عبور هوا به منظور هوادهي بهتر به لجن افزوده مي شوند اين مواد مقدار مواد آلي قابل تجزيه را در مخلوط حاصل افزايش مي دهند و شامل خاک اره، خرده چوب، زغال سنک پيت، پوشال برنج، کود حيواني پوسيده، زباله شهري و زائدات درختان مي باشند. ماده حجيم کننده ايده آل بايد خشک بوده و وزن حجمي آن کم و به راحتي قابل تجزيه باشد. از کمپوست رسيده نيز مي توان به منظور کاهش وزن حجمي و به عنوان يک ماده حجيم کننده در فرآيند کمپوست لجن استفاده کرد. افزودن ماده حجيم کننده به لجن منجر به کنترل رطوبت شده و بدين ترتيب باعث افزايش منافذ عبور هوا جهت هوادهي و تنظيم نسبت کربن به ازت توده کمپوست مي گردد. مقدار رطوبت در توده اوليه کمپوست لجن بايد در حدود 60 درصد باشد. زيرا تجزيه مواد آلي به رطوبت بستگي دارد. افت وزن حاصل از تبديل جامدات فرار به گازها و تبخير رطوبت منجر به کاهش وزن و حجم مواد کمپوست شونده مي گردد. همچنين گرماي حاصل از تجزيه مواد آلي منجر به از بين رفتن پاتوژن هاي مضر موجود در لجن مي گردد. طبق نظر سازمان محيط زيست آمريکا براي کاهش پاتوژن ها در سيستم ويندرو در مدت زمان 15روز نياز به 5 مرتبه زيرورو کردن توده کمپوست است تا درجه حرارت فوق به حد 55 درجه سانتيگراد برسد و منجر به از بين رفتن پاتوژن ها گردد.
در اين تحقيق قابليت کمپوست شدن لجن آبگيري شده تصفيه خانه فاضلاب جنوب اصفهان با استفاده از خاک اره براي مرحله اول انجام گرفت و در مراحل بعد از کمپوست رسيده اين مرحله به عنوان ماده حجيم کننده استفاده شد.
مواد و روش ها
روش تهيه پايلوت: اين مطالعه به مدت چهار ماه از تاريخ خرداد تا شهريور ماه 1383 انجام شد لجن مورد نياز اين تحقيق از بسترهاي لجن خشک کن تصفيه خانه فاضلاب جنوب اصفهان تهيه و روش مورد استفاده در اين تحقيق نيز کمپوست هوازي لجن به صورت ويندرو بود. در شروع کار لجن با رطوبت 80 درصد با خاک اره با 5 درصد رطوبت به نسبت 3 به 1 مخلوط شد تا نسبت کربن به ازت حاصل براي شروع کار کمپوست لجن برابر 25/1 بدست آيد. اندازه ويندرو فوق نيز 1/2 متر ارتفاع، 1/5 متر عرض و 2/5 متر طول بود و در فاصله زماني 7 تا 10روز ويندرو توسط کارگر زيرورو مي شد. پس از چند مرحله زيرورو کردن درجه حرارت توده کمپوست به حدود 60 درجه سانتيگراد رسيده و پاتوژن هاي موجود در توده از بين رفتند بعد از رسيدن کمپوست مرحله اول از آن به عنوان ماده حجيم کننده در مرحله دوم استفاده شد. نسبت کربن به ازت کمپوست رسيده مرحله اول برابر 17 و نسبت کربن به ازت لجن آبگيري شده تصفيه خانه فاضلاب برابر 15 بود، به ازاي هر کيلوگرم لجن آبگيري شده نياز به مخلوط کردن 0/63 کيلوگرم کمپوست رسيده مرحله اول به عنوان ماده حجيم کننده بود تا نسبت بهينه نسبت کربن به ازت در شروع مرحله دوم کمپوست حاصل شود بنابراين با توجه به رطوبت کمتر کمپوست رسيده مرحله اول، هر حجم آن با يک حجم لجن آبگيري شده مخلوط و کمپوست به صورت ويندرو در مرحله دوم نيز با همان اندازه هاي ويندرو مرحله اول شروع بکار کرد و به صورت هفتگي توسط کارگر زيرورو شد تا توده بهتر هوادهي شود. پس از چند مرحله زيرورو کردن درجه حرارت توده کمپوست به 55 درجه سانتيگراد رسيد. بعد از رسيدن کمپوست مرحله دوم، مجدداً کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده با لجن آبگيري شده حاصل از بسترهاي لجن خشک کن با نسبت مشخص مخلوط و کمپوست مرحله سوم نيز شروع بکار کرد و پس از چند مرحله زيرورو کردن درجه حرارت توده به 50 درجه سانتيگراد رسيد از پارامترهاي نسبت آمونيوم به نيترات در نمونه ها، مقدار درصد جامدات فرار و مقدار آنزيم دهيدروژناز به منظور تعيين زمان رسيدن توده کمپوست استفاده شد.
پارامترهاي اندازه گيري شده: براي تعيين ph توده کمپوست، سوسپانسيون 1/10 وزن به حجم کمپوست به آب مقطر تهيه شد و به مدت 30 دقيقه با شدت 350 دور در دقيقه شيکر شد و در نهايت توسط دستگاه ph متر اندازه گيري صورت گرفت (1). براي تعيين مقدار رطوبت نيز از روش بکار رفته در قسمت 2540G کتاب استاندارد متد استفاده شد. مقدار مواد آلي فرار موجود در نمونه هاي کمپوست نيز پس از خشک شدن نمونه ها در دماي 103تا 105 درجه به مدت يک ساعت در دماي 550 درجه سانتي گراد در کوره الکتريکي قرار داده شدند و اختلاف وزن آنها بيانگر درصد مواد آلي فرار بود. درصد کربن موجود در نمونه ها نيز از طريق سوزاندن نمونه خشک شده در دماي 750 درجه توسط کوره الکتريکي به مدت 2 ساعت صورت گرفت و پس از بدست آوردن درصد خاکستر موجود در نمونه با استفاده از رابطه (1/8/ خاکستر - 100= درصد کربن) به دست آمد (1). درصد نيتروژن کل نيز با استفاده از روش کجلدال و هضم نمونه توسط اسيدساليسيليک و تيوسولفات صورت گرفت (1). مقدار آمونيوم و نيترات موجو در نمونه نيز با استفاده از روش هضم توسط کلريد پتاسيم صورت گرفت. تعداد کليفرم هاي مدفوعي نيز با استفاده از روش 922IE استاندارد متد مقدار شد.
براي تعيين مقدار آنزيم دهيدروژناز مقدار 0/5 گرم نمونه کمپوست با 0/1 گرم کربنات کلسيم و يک ميلي ليتر محلول 2و 3 و 5 تري فنيل تترازوليوم کلرايد و 2/5 ميلي ليتر آب مقطر مخلوط و به مدت 24 ساعت در دماي 37 درجه در انکوباتور قرار داده شد. سپس به نمونه 10 ميلي ليتر متانول افزوده شد تا نمونه توسط آن استخراج شود. سپس آن را سانتريفوژ کرده و مايع رويي جمع آوري و جذب نور آن با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 485 نانومتر قرائت شد.
نتايج
زمان انجام کمپوست هوازي به صورت ويندرو در هر سه مرحله 40 روز در نظر گرفته شد. نتايج مربوط به تغييرات رطوبت، PH و مواد آلي فرار در فرآيند سه مرحله اي کمپوست لجن در مدت زمان 40 روز در جداول 1، 2 و 3 آورده شده است.
نتايج مربوط به تغييرات درصد کربن، درصد ازت، نسبت کربن به ازت، نسبت NH4/NO3، کليفرم هاي مدفوعي و آنزيم دهيدروژناز در فرآيند سه مرحله اي کمپوست در جداول 9،8،7،6،5،4 بيان شده است.
بحث و نتيجه گيري
کنترل رطوبت در فرآيند کمپوست از اهميت بسزايي برخوردار است به طوري که اگر مقدار رطوبت در توده کمپوست به کمتر از 40 درصد برسد فعاليت ميکروارگانيسم هاي موجود در آن کند مي شود و اگر به کمتر از 20 درصد برسد فعاليت ميکروبي متوقف مي گردد همچنين رطوبت بيش از80 درصد نيز باعث فشرده شدن مواد کمپوست شونده به يکديگر شده و تامين اکسيژن با مشکل مواجه مي گردد. رطوبت مناسب در توده کمپوست در کود سازي بهتر، غير فعال کردن پاتوژنها و کيفيت محصو ل نهايي مؤثر است که در سه مرحله انجام کمپوست با توجه به جدول يک شرايط مناسب کمپوست از نظر رطوبت فراهم بود.
به دليل فعاليت باکتري هاي توليد کننده اسيد PH توده کمپوست در ابتداي فرآيند کمپوست کاهش مي يابد. پس از اين مرحله با کتريهاي کمپوست با تبديل ازت معدني به ازت آمونياکي موجب افزايش PH و قليايي شدن محيط مي شوند. با ادامه روند تجزيه، آمونياک در اتمسفر رها مي شود و يا به نيترات تبديل مي گردد. سپس نيترات ها توسط باکتري هاي نيتروزوموناس به نيتريت تبديل مي گردد و محيط تا حدودي به حالت خنثي يا قليايي در مي آيد با توجه به جدول 2 مقدارPH توده کمپوست مرحله اول بين 6/9 تا 7/6، در توده کمپوست مرحله دوم بين 7/2 تا 7/7 و در توده کمپوست مرحله سوم نيز بين 7 تا 7/6 متغيربود بنابراين شرايط بهينه PH وجود داشت.
يکي از اهداف اصلي تثبيت لجن، کاهش درصد مواد آلي فرار موجود در آن مي باشد که معياري براي سنجش تثبيت لجن است. ميکروارگانيسم ها جهت رشد و تکثير خود به مواد آلي به عنوان سوبسترا نياز دارند که در تثبيت لجن با مصرف مواد آلي انرژي مورد نياز سوخت و ساز و سنتز سلولي فراهم مي شود که اين کار با توليد انرژي و گرما همراه است. با گذشت زمان و کاهش درصد مواد آلي از ميزان رشد و تکثير ميکروارگانيسم ها کاسته شده و دما نيز کاهش مي يابد. کاهش درصد مواد آلي به عنوان معياري جهت تثبيت لجن و رسيدن کود بکار مي رود. با توجه به جدول 3، درصد کاهش مواد آلي فرار در کمپوست مرحله اول 28/8 درصد، در کمپوست مرحله دوم 46/1 درصد و در کمپوست مرحله سوم 44/4 درصد بود. بنابراين ميزان درصد کاهش مواد آلي فرار در مرحله دوم و سوم نسبت به مرحله اول بيشتر مي باشد زيرا در مرحله دوم و سوم مواد آلي راحت تر مورد استفاده ميکروارگانيسم ها قرار مي گيرند.
با توجه به جدول 4 درصد کاهش درصد کربن کل در کمپوست مرحله اول 19/2 درصد، در کمپوست مرحله دوم 25/7 درصد و در کمپوست مرحله سوم 19/3 درصد بود. بنابراين روند افزايش درصد خاکستر و کاهش درصد کربن مؤيد آن است که فعاليت ميکروارگانيسم هاي موجود در کمپوست، ساختار آن را اصلاح کرده و منجر به تجزيه مواد آلي شده اند.
نيتروژن يکي از مواد تشکيل دهنده ساختمان سلولي ميکروارگانيسم ها مورد استفاده آنها مي باشد. با توجه به جدول 5 مقدار درصد ازت کل در هر سه مرحله با گذشت زمان کمپوست افزايش مي يابند، که اين امر به دليل انجام نيتريفيکاسيون و در نتيجه افزايش ازت کل در کمپوست مرحله اول 22/3 درصد، در کمپوست مرحله دوم 11/9 درصد و در کمپوست مرحله سوم 9/13 درصد بود. نتايج فوق مؤيد آن است که بيشترين درصد افزايش ازت کل در کمپوست مرحله اول مي باشد.
نسبت کربن به ازت يکي از مهمترين پارامترهاي مؤثر در فرآيند کمپوست است که کاهش يا افزايش آن سبب بروز مخاطراتي در تهيه کمپوست مي گردد. تجزيه مواد آلي بوسيله موجودات زنده و گروهي از باکتري ها انجام مي شود. اين موجودات از کربن به عنوان منبع انرژي و از نيتروژن براي ساخت و ساز سلولي خود استفاده مي کنند. با توجه به جدول 6 در کمپوست مرحله اول نسبت کربن به ازت از 24 به 15مي رسد که بيانگر 37 درصد کاهش، در مرحله دوم کمپوست نيز نسبت کربن به ازت از 19به 12/4 مي رسد و 34/7 درصد کاهش، و در مرحله سوم نيز نسبت کربن به ازت از 18/4 به 13/5رسيد که 26/7 درصد کاهش داشت. بنابراين با افزايش تعداد دفعات کمپوست لجن و استفاده از کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده مقدار درصد نسبت کربن به ازت کاهش کمتري مي يابد.
در زمان هاي مختلف فرايند کمپوست، ترکيبات نيتروژن موجود در آن متفاوت مي باشند. که اين امر در انتهاي فرآيند کمپوست دال بر انجام فرآيند نيتريفيکاسيون است. اين امر همراه با يکسان باقي ماندن مقدار کل ترکيبات نيتروژن در فرآيند زمان هاي مختلف مي باشد. در مرحله نهايي کمپوست که جمعيت ميکروبي بيشتر و فعال ترند کاهش قابل ملاحظه اي در مقدار نيتروژن آلي مشاهده مي شود و ميزان و سرعت نيتريفيکاسيون افزايش مي يابد که تغييرات پارامتر نسبت آمونيوم به نيترات بيانگر اين امر است با توجه به جدول 7 در هر سه مرحله کمپوست مقدار نسبت فوق در شروع کار بالا بوده ولي با ادامه فرآيند نسبت فوق در انتها کاهش مي يابد. به طوري که کاهش نسبت آمونيوم به نيترات در کمپوست مرحله اول 57/3، در کمپوست مرحله دوم 53/3 و در کمپوست مرحله سوم 57/9 درصد بود.
در فرآيند تهيه کمپوست از لجن فاضلاب شهري توجه به مسئله گندزدايي محصول نهايي از نظر بهداشت عمومي و سلامت کارگران حائز اهميت مي باشد. امکان حضور پاتوژن ها در حصول نهايي هميشه يک نگراني عمده به حساب مي آيد. عوامل بيماري زا و پاتوژن ها ي موجود در کمپوست لجن عمدتاً در درجه حرارت بيش از 50 درجه سانتي گراد از بين مي روند. بنابر اين با توجه به اينکه در مرحله ترموفيليک درجه حرارت کمپوست به بيش از 50 درجه مي رسد که اکثر عوامل بيماري زاي موجود در آن از بين مي روند. با توجه به جدول 8 در هر سه مرحله کمپوست، تعداد کليفرم هاي مدفوعي تا حد استاندارد کلاس A کاهش مي يابد وبه کمتر از 1000 عدد MPA در هر 100 ميلي ليتر مي رسند.
با توجه به جدول 9 در هر سه مرحله کمپوست از روز صفر تا روز 20 مقدار آنزيم دهيدروژناز افزايش مي يابد. ولي از روز 20 تا روز 40 مقدار آن کاهش مي يابد. زيرا در شروع فرآيند کمپوست بدليل فعاليت شديد ميکروارگانيسم ها مقدار آنزيم دهيدروژناز افزايش مي يابد. ولي به مرور زمان بدليل کاهش فعاليت ميکروارگانيسم ها مقدار آن نيز کاهش خواهد يافت.
با توجه به نتايج فوق، مي توان لجن واحد آبگيري تصفيه خانه فاضلاب جنوب اصفهان را که به صورت کامل عمليات تثبيت روي آن انجام نشده است با استفاده از روش کمپوست به کود تبديل کرد و در کشاورزي از آن استفاده نمود به طور ي که از لحاظ پارامترهاي شيمايي و بيولوژيک در حد استانداردهاي مربوطه قرار دارند و انجام فرآيند CO-composting جهت تبديل لجن آبگيري شده تصفيه خانه فاضلاب با کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده وجود دارد و تا سه مرحله اين کار قابل اجرا است. براي افزايش تعداد دفعات فرآيند لازم است مقداري خاک اره همراه با کمپوست رسيده به عنوان ماده حجيم کننده استفاده کرد تا فرآيند کمپوست لجن را بتوان بيشتر ادامه داد.
پی نوشت ها :
* استاديار دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکي مشهد
** دانشيار دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکي اصفهان
*** استاد دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکي اصفهان
**** دانشيار دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکي اصفهان
1. احيايي م. 1376. شرح روش هاي تجزيه شيميايي خاک و آب. جلد دوم، مؤسسه تحقيقات آب و خاک، صفحات 75-104.
پژوهش در علوم کشاورزي
