نشریه محیط زیست طبیعی

بررسی تاثیر استفاده از بیوچار در کارایی بیوراکتورهای حذف نیترات از زه آب زهکش‌های زیرزمینی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آبیاری و زهکشی- پردیس ابوریحان- دانشگاه تهران

2 گروه آبیاری و زهکشی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 دانشیار پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران

چکیده

بیوچار زغال تهیه شده از زیست توده گیاهی و ضایعات کشاورزی تحت شرایط اکسیژن محدود است. در فرآیند تهیه این زغال دی اکسید کربن در اتمسفر آزاد نمی‌شود و از این رو سرشار از کربن است. مطالعات بسیاری به بررسی توانایی بیوچار در بهبود وضعیت خاک وحفظ مواد مغذی خاک پرداخته‌اند. ولی تاکنون مطالعات انگشت شماری به بررسی تاثیر بیوچار در حذف نیترات از زه‌آب‌ها پرداخته‌اند. فرض تحقیق حاضر این است که بکارگیری بیوچار به جای مواد خام کربنی در بیوراکتور حذف نیترات، بدلیل دارا بودن مقادیر بالاتر کربن، می‌تواند باعث حذف کارآمدتر نیترات از زهکش‌های زیرزمینی گردد. به منظور ارزیابی اثر ترکیب‌های مختلف بیوچار (0، 10، 15،20 و30 درصد) و همچنین اثر مقادیر مختلف غلظت نیترات ورودی (40 و 160 میلی-گرم در لیتر) بر عملکرد بیوراکتور حذف نیترات، بیوراکتورهایی با لوله‌های پلی اتیلنی با ارتفاع 125 سانتی متری شبیه سازی شدند. آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی و در سه تکرار انجام شد. نتایج نشان داد، درصد حذف نیترات در ستون‌های آزمایش به طور معنی داری تحت تأثیر درصد بیوچار به کار رفته در آن‌ها قرار دارد و بیشترین مقدار آن در ستون‌های حاوی 30 درصد بیوچار (4/96 درصد) و کمترین مقدار آن در تیمار شاهد (7/80 درصد) مشاهده شد. همچنین اثر غلظت نیترات ورودی بر درصد حذف نیترات معنی‌دار و درصد حذف نیترات در تیمار C2 (160 میلی‌گرم در لیتر) کمتر از تیمار C1 (40 میلی‌گرم در لیتر) و به ترتیب 9/89 و 4/91 درصد بود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effects of using biochar in performance of nitrate removal bioreactors of underground drainage water

نویسندگان [English]

  • maryam ahmadvand 1
  • jaber soltani 2
  • seyed ebrahim hashemi garmdare 2
  • Maryam Varavipour 3

1 irrigation and drainage department-tehran university

2 irrigation and drainage department-tehran university

3 irrrigation and drainage department- tehran university

چکیده [English]

Abstrac
Biochar is a coal produced from plants biomass and agricultural waste in limited Oxygen condition. In the process of producing Biochar no Carbon Dioxide is released into atmosphere, so Biochar is fully carbonated. Many studies have been conducted on the ability of Biochar in improving soil condition and maintaining soil nutrients; however limited studies have been conducted on effect of Biochar on nitrate removal from drainage waters. In this paper, it has been assumed that because of high amount of Carbon in Biochar, using Biochar instead of raw Carbon materials in nitrate removal bioreactors can effectively eliminate the nitrate from subsoil drainage. In order to evaluate the effect of different mixtures of Biochar (0, 10, 15, 20and 30 percent) and effect of different inlet nitrate concentration (40, 160 mg/liter) on bioreactor performance regarding nitrate removal, bioreactors with 125cm poly-ethylene pipes were stimulated. The experiment was performed in factorial method in a random scheme with three repetitions. Results showed that nitrate removal is strongly affected by Biochar percentage used in them. The maximum nitrate removal was reported in pipes with 30% Biochar (96.4%) and the minimum was reported in replication pipes with no Biochar (80.7%). Also, nitrate removal is also affected by concentration of inlet nitrate solution. Nitrate removal percentage in C2 treatment (160 gr/liter) was lower than C1 treatment (40 mg/liter), the results were 89.9% and 91.4% respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biochar"
  • "nitrate"
  • "bioreactor"
  • " underground drainage
Averill, B.A., and J.M. Tiedje. 1982. The chemical mechanism of microbioaldenitrification. FEBS Lett. 138:8–12.
Beesley,L., M. Marmiroli .2011.The immobilisation and retention of soluble arsenic, cadmium and zinc by biochar.Environmental Pollution 159, 474e480.
Bock, E., N. Smith, M. Rogers, B. Benham, and Z.M. Easton. 2015. Enhanced Nitrate and Phosphate Removal in a Denitrifying Bioreactor with Biochar. J. Environ. Qual. 44:605–613.
Bock, E.M, B. Coleman, and Z.m. Easton. 2015. Effect of Biochar on Nitrate Removal in a Pilot-Scale Denitrifying Bioreactor. J. Environ. Qual. 44:605-613
Christianson, L. Hedley, M., Camps, M., Free, H. and S. Saggar. 2011. Influence of biochar amendments on denitrification bioreactor performance. www.massey.ac.nz/ flrc/workshops/11/Manuscripts.
Christianson, L., A. Bhandari, M. Helmers, K. Kult, T. Sutphin, and R. Wolf. 2012.Performance Evaluation of Four Field-ScaleAgricultural Drainage Denitrification Bioreactors inIowa.Trans. ASABE 55:2163-2174. doi:10.13031/2013.42508
Greenan CM, Moorman TB, Kaspar TC, Parkin TB, Jaynes DB .2006. Comparing carbon substrates for denitrification of subsurface drainage water. J. Environ. Qual.  35, 824-829.
Greenan, C. M., T. B. Moorman, T. C. Kaspar, T. B. Parkin, and D. B. Jaynes. 2006. Comparing carbon substrates for denitrification of subsurface drainage water. J. Environ. Qual. 35(3): 824‐829.
Hashemi,S.E., M. Heidarpour, B. Mostafazade. 2011"Assessment of nitrate reduction in two different usage of biofilters in underground drainage systems, Journal of irrigation science and engineering, Vol. 34, No. 2.,pp 71 – 81. in Persian.
Kalita, P.K., A.S. Algoazany, J.K. Mitchell, R.A.C. Cooke, and M.C. Hirschi. 2006. Subsurface water quality from a flat tile-drained watershed in Illinois, USA. Agriculture, Ecosystems and Environment 115.
Kellman, L.M. 2005. A study of tile drain nitrate -15N values as a tool for assessing nitrate sources in an agricultural region. Nutrient Cycling in Agroecosystems 71.
.Lehmann, J., Gaunt, J., Rondon, M., 2005a. Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems- a review. Mitigation and adaptation strategies for global change.
Moghimi, N., A. Naseri, A.Soltanimohamadi, S.E. Hashemi, 2014. "Assessment using Bagasse of Sugar cane on nitrate reduction of underground drainage water", 2nd International Symposium on Iran environment researches.,ShahidMofateh faculty, Hamedan, Iran.
Randal, G. W., J. A. Vetsch and J.R.Huffman.2003. Nitrate Losses in Subsurface Drainage from a Corn–Soybean Rotation as Affected by Time of Nitrogen Application and Use of Nitrapyrin. J. Environ. Qual. 32(5): 1764-1772.
Schipper, L.A., G.F. Barkle, and M. Vojvodic-Vukovic. 2005. Maximum rates of nitrate removal in a denitrification wall. Journal of Environmental Quality 34:1270-1276.
Van Zwieten, L., Kimber, S., Morris, S., Chan, K.Y., Downie, A., Rust, J., Joseph, S., Cowie, A., 2010. Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility. Plant Soil 327, 235–246.
Wildman, T.A. 2001. Design of field-scale bioreactors for bioremediation of nitrate in tile drainage effluent. M. S. thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana-Champaign.
Yoshizawa,S., S., Tanaka, M., Ohata, S., Mineki, S., Goto, K., Fujioka and T., Kokubun. 2005. Composting of Food Garbage and Livestock Waste Containing Biomass Charcoal. Proceedings of the International Conference and Natural Resources and Environmental Management 2005, Kuching, Sarawak.
 
نشریه محیط زیست طبیعی
دوره 71، شماره 1
خرداد 1397
صفحه 1-10