كاربرد لجن حاصل از تصفیه فاضلاب در كشاورزی

بیشتر فرایندهای تصفیه فاضلاب تولید لجن می‌کنند که باید دفع شود. معمولاً در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب ثانویه، لجن اولیه در مرحله ته‌نشینی اولیه و لجن ثانویه بیولوژیکی در ته‌نشینی نهایی پس از فرایند بیولوژیکی ایجاد می‌شود. ویژگی‌های لجن ثانویه بسته به نوع فرایند بیولوژیکی متفاوت است و غالباً قبل از تصفیه و دفع، با لجن اولیه مخلوط می‌شود. تقریباً نیمی از هزینه‌های بهره‌برداری تصفیه‌ خانه‌ فاضلاب ثانویه در اروپا به تصفیه و دفع لجن مربوط است. استفاده از لجن فاضلاب خام یا تصفیه‌شده در زمین می‌تواند هزینه‌های دفع لجن را به طور قابل توجهی کاهش داده و همچنین بخش عمده‌ای از نیاز به نیتروژن و فسفر برای بسیاری از محصولات کشاورزی را تأمین کند.

به ندرت پیش می‌آید که سیستم‌های فاضلاب شهری فقط فاضلاب خانگی را به تصفیه‌خانه‌ها منتقل کنند؛ پساب‌های صنعتی و روان‌آب‌های ناشی از بارندگی در جاده‌ها و سطوح دیگر نیز اغلب به شبکه فاضلاب تخلیه می‌شوند. به همین دلیل، لجن فاضلاب علاوه بر مواد آلی، حاوی آثاری از بسیاری از آلاینده‌هاست که در جامعه مدرن مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از این مواد می‌توانند برای گیاهان سمی و برای انسان و حیوانات نیز مضر باشند، بنابراین لازم است غلظت عناصر بالقوه سمی در خاک و میزان کاربرد آنها در زمین کنترل شود. خطرات ناشی از مواد شیمیایی موجود در لجن فاضلاب که به زمین افزوده می‌شود، توسط بسیاری از محققان بررسی شده است که در ادامه به آنها پرداخته ایم.

ویژگی‌های لجن فاضلاب

لجن فاضلاب همچنین حاوی باکتری‌های بیماری‌زا، ویروس‌ها و پروتوزواها به همراه کرم‌های انگلی است که می‌توانند تهدیدی برای سلامتی انسان، حیوانات و گیاهان ایجاد کنند. گزارشی از سازمان جهانی بهداشت در مورد خطرات ناشی از میکروب‌های موجود در لجن فاضلاب که به زمین افزوده می‌شود، نشان داد که سالمونلا و تنیا از بیشترین نگرانی‌ها هستند. تعداد ارگانیسم‌های بیماری‌زا و انگلی در لجن قبل از کاربرد در زمین می‌تواند با تصفیه مناسب لجن به طور قابل توجهی کاهش یابد و خطرات بهداشتی بالقوه با تأثیرات آب‌وهوا، میکروارگانیسم‌های خاک و زمان پس از افزودن لجن به خاک کاهش می‌یابد. با این وجود، برای برخی محصولات محدودیت‌هایی در کشت، چرا و برداشت ضروری است.

علاوه بر این موارد، لجن فاضلاب دارای غلظت‌های مفیدی از نیتروژن، فسفر و مواد آلی است. دسترسی به فسفر موجود در سالی که لجن اعمال می‌شود، حدود 50 درصد است و به هر گونه تصفیه پیشین لجن وابسته نیست. دسترسی به نیتروژن بیشتر به تصفیه لجن بستگی دارد؛ لجن مایع خام و لجن خشک‌شده تصفیه‌شده نیتروژن را به کندی آزاد کرده و به تدریج برای محصولات مفید واقع می‌شود. لجن مایع هضم‌شده به روش بی‌هوازی دارای محتوای آمونیوم-نیتروژن بالاست که برای گیاهان به سرعت قابل دسترس است و می‌تواند برای چمنزارها بسیار مفید باشد. ماده آلی موجود در لجن می‌تواند ظرفیت نگهداری آب و ساختار برخی خاک‌ها را بهبود بخشد، به ویژه هنگامی که به صورت کیک لجن خشک‌شده به خاک افزوده شود.

پارامترهای استفاده از لجن فاضلاب در کشاورزی

استفاده از لجن فاضلاب در زمین در کشورهای عضو کمیسیون اقتصادی اروپا (EEC) توسط دستورالعمل شماره 86/278/EEC (شورای جوامع اروپایی 1986) تنظیم می‌شود. این دستورالعمل استفاده از لجن تصفیه‌خانه‌ های فاضلاب در کشاورزی را مگر در شرایط مشخص شده، از جمله آزمایش لجن و خاک، ممنوع می‌کند. کلیه فرآیندهای تصفیه فاضلاب تولید لجن می کنند. میزان تولید لجن در فرآیندهای مختلف متفاوت است. خصوصيات لجن نیز به نوع فرآيند بيولوژيكي بستگي داشته و متغیر است. بعلت غني بودن لجن توليد شده از نظر نيتروژن و فسفر، ميتوان از آن در محصولات كشاورزي استفاده نمود.

پارامترهایی که مشمول این دستورالعمل هستند عبارت‌اند از:

•  ماده خشک (%)
• ماده آلی (% مواد خشک)
• مس (میلی‌گرم بر کیلوگرم ماده خشک)
• نیکل (میلی‌گرم بر کیلوگرم ماده خشک)
• pH
• نیتروژن، کل و آمونیومی (% مواد خشک)
• فسفر، کل (% مواد خشک)
• روی (میلی‌گرم بر کیلوگرم ماده خشک)
• کادمیوم (میلی‌گرم بر کیلوگرم ماده خشک)
• سرب (میلی‌گرم بر کیلوگرم ماده خشک)
• جیوه (میلی‌گرم بر کیلوگرم ماده خشک)
• کروم (میلی‌گرم بر کیلوگرم ماده خشک)

بجز موارد ذكر شده، لجن فاضلاب داراي عناصر مفيدي مانند نيتروژن، فسفر و مواد آلي است كه مقدار 50 درصد از فسفر آن قابل استحصال مي‌باشد. نيتروژن قابل دسترس بيشتر به تصفيه لجن بستگي دارد. مواد آلي موجود در لجن مخصوصاً وقتی كه به صورت لجن خشک مورد استفاده قرار مي‌گيرد، مي‌تواند ظرفيت نگهداري آب و ساختمان برخي از خاكها را اصلاح نمايد.

تصفیه لجن فاضلاب

مگر در مواردی که قرار است لجن فاضلاب به خاک تزریق شود یا به روش‌های دیگر در خاک کار شود، این لجن باید قبل از استفاده در کشاورزی تحت فرآیندهای بیولوژیکی، شیمیایی یا حرارتی، ذخیره‌سازی طولانی‌مدت یا روش‌های مناسب دیگری قرار گیرد تا قابلیت تخمیر و خطرات بهداشتی ناشی از استفاده آن کاهش یابد. جدول 1 فهرستی از فرآیندها و روش‌های مدیریت لجن در بریتانیا را نشان می‌دهد که به این اهداف دست یافته‌اند. نسخه دوم «راهنمای عملکرد بهینه در تزریق لجن فاضلاب به خاک» توسط مرکز تحقیقات آب بریتانیا تهیه شده است و تجهیزات و تکنیک‌های مناسب برای این روش را که اکنون تنها روش مجاز در EEC برای استفاده از لجن‌های تصفیه‌نشده در مراتع است، توصیف می‌کند.

جدول 1: نمونه‌هایی از فرآیندهای مؤثر تصفیه لجن

ملاحظات استفاده از لجن فاضلاب در مصارف کشاورزی

غلظت عناصر بالقوه سمی در خاک‌های زراعی نباید در عمق معمول کشت به دلیل کاربرد لجن از حد مجاز فراتر رود. لجن نباید در هیچ سایتی که غلظت خاک از هر یک از پارامترهای ذکر شده در بخش 5.1 (به جز مولیبدن) از این حدود مجاز بیشتر باشد، اعمال شود. حداکثر غلظت مجاز عناصر بالقوه سمی در خاک پس از کاربرد لجن فاضلاب (طبق کد اجرایی بریتانیا) در جدول 2 ارائه شده است. برای روی، مس و نیکل، حداکثر غلظت مجاز با توجه به pH خاک متفاوت است، زیرا مشخص شده است که آسیب محصول ناشی از عناصر فیتوتوکسیک در خاک‌های اسیدی بیشتر احتمال دارد. این جدول همچنین حداکثر میانگین سالانه میزان اضافه‌سازی عناصر سمی بالقوه طی یک دوره 10 ساله را نشان می‌دهد.

جدول 2: حداکثر غلظت مجاز عناصر بالقوه سمی در خاک پس از کاربرد لجن فاضلاب و حداکثر نرخ سالانه اضافه‌سازی

• این پارامترها مشمول مفاد دستورالعمل 86/278/EEC نیستند.
• برای خاک‌هایی با pH در محدوده‌های 5.0 <5.5 و 5.5 <6.0، غلظت‌های مجاز روی، مس، نیکل و کادمیوم موقت هستند و پس از تکمیل تحقیقات فعلی در مورد تأثیرات آن‌ها بر برخی محصولات و دام‌ها بازبینی خواهند شد.
• افزایش غلظت مجاز عناصر سمی بالقوه در خاک‌هایی با pH بیشتر از 7.0 تنها برای خاک‌هایی با بیش از 5 درصد کربنات کلسیم اعمال می‌شود.
• نرخ سالانه کاربرد عناصر سمی بالقوه باید با میانگین‌گیری در طی دوره 10 ساله که با سال محاسبه پایان می‌یابد، تعیین شود.
• سطح ایمن پذیرفته‌شده مولیبدن در خاک‌های زراعی 4 میلی‌گرم بر کیلوگرم است. با این حال، در برخی مناطق بریتانیا به دلایل زمین‌شناسی، غلظت طبیعی این عنصر در خاک از این سطح فراتر می‌رود. در چنین مواردی، ممکن است به دلیل کاربرد لجن مشکلات اضافی ایجاد نشود، اما این کار باید تنها مطابق با توصیه‌های کارشناسی انجام شود. این توصیه‌ها غلظت‌های موجود مولیبدن در خاک و ترتیب‌های جاری برای تأمین مکمل مس به دام‌ها را در نظر خواهد گرفت.

هنگامی که لجن بر روی سطح مراتع استفاده می‌شود، غلظت عناصر بالقوه سمی باید در نمونه‌های خاک گرفته‌شده از عمق 7.5 سانتی‌متر تعیین شود. غلظت حداکثری این پارامترها نباید از حد مجاز ذکرشده در جدول 3 تجاوز کند. به‌منظور کاهش جذب سرب، کادمیوم و فلوراید توسط دام، میزان اضافه شدن این عناصر از طریق کاربرد سطحی لجن نباید از سه برابر میانگین نرخ سالانه ده ساله مشخص‌شده در جدول 2 بیشتر باشد. لجن مورد استفاده برای سطح مراتع نباید به‌طور جداگانه دارای سرب یا فلوراید بیش از 1200 و 1000 میلی‌گرم در کیلوگرم ماده خشک باشد.

جدول 3: حداکثر غلظت مجاز عناصر بالقوه سمی در خاک مراتع پس از کاربرد لجن فاضلاب در نمونه‌های گرفته‌شده از عمق 7.5 سانتی‌متر

پارامترهای نشان‌دار با * تحت پوشش ضوابط دستورالعمل 86/278/EEC نیستند.

توضیحات:

1. غلظت مجاز این عناصر به مرور زمان و پس از تکمیل تحقیقات جاری درباره تأثیر آن‌ها بر کیفیت مراتع مورد بازبینی قرار خواهد گرفت. تا آن زمان، در مواردی که امکان شخم زدن یا کشت مراتع مورد تردید باشد، نباید از لجن به‌گونه‌ای استفاده شود که غلظت عناصر از مقادیر مجاز ذکرشده در جدول 29 بیشتر شود؛ این امر بر اساس توصیه‌های تخصصی کشاورزی است.
2. غلظت مجاز کادمیوم پس از تکمیل تحقیقات در مورد تأثیر آن بر حیوانات چراکننده بازبینی خواهد شد. تا آن زمان، غلظت این عنصر می‌تواند در مراتع تحت کشت متناوب با محصولات زراعی و تنها برای حفظ مراتع به حداکثر مجاز 5 میلی‌گرم در کیلوگرم افزایش یابد. در تمامی مواردی که چرا مجاز است، نباید از لجن به‌گونه‌ای استفاده شود که غلظت کادمیوم از حد پایین‌تر 3 میلی‌گرم در کیلوگرم تجاوز کند.
3. به جدول 29 (توضیح 3) مراجعه شود. مقادیر یکسانی برای حداکثر نرخ سالانه مجاز عنصر سمی معتبر هستند.
4. به جدول 29 (توضیح 4) مراجعه شود.
5. برای اسیدیته pH 5.0 و بالاتر.

تأثیر لجن بر خاک و محصولات کشاورزی

مقدار طبیعی فلزات در خاک معمولاً کمتر برای جذب گیاهان در دسترس است و در نتیجه خطر کمتری نسبت به فلزات وارد شده از طریق استفاده از لجن فاضلاب دارد. تحقیقات انجام‌شده در بریتانیا نشان داده است که میزان‌های کادمیوم، نیکل، مس، روی و سرب که در سه سایت آزمایشی به خاک در قالب لجن مایع افزوده شده بود، تا پنج سال پس از کاربرد لجن در آن مناطق از طریق آنالیز پروفایل خاک قابل تشخیص بود، به استثنای مس و روی که به خاک لوم کربناته افزوده شده بود. این آزمایش‌های میدانی همچنین میزان انتقال فلزات از خاک‌های غنی شده با لجن به برگ‌ها و بخش‌های خوراکی شش محصول مهم کشاورزی بریتانیا و اثر فلزات بر بازده این محصولات را بررسی کردند.

گرچه همه قطعات آزمایشی به میزان کافی کود معدنی برای تأمین نیازهای گیاهان به مواد مغذی دریافت کردند، اما استفاده از لجن تأثیراتی بر بازده محصولات داشت. در ۶۰ درصد از موارد، بازده محصولات به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار نگرفت، اما در ۲۶ درصد از موارد استفاده از لجن مایع منجر به افزایش قابل توجه بازده شد که بهبود ساختار خاک به عنوان دلیل این افزایش شناسایی شد. کاهش‌هایی در بازده گندم بین ۶ تا ۱۰ درصد در خاک‌های لوم کربناته و خاک‌های رسی که با لجن مایع و خاک‌های لوم شنی و رسی که با لجن خشک‌شده غنی شده بودند، مشاهده شد. با این حال، به نظر نمی‌رسد که این کاهش بازده ناشی از فلزات باشد؛ بلکه بیشترین توضیح ممکن برای آن، خم شدن محصول به دلیل نیتروژن بیش از حد در خاک بود.

افزایش غلظت فلزات در خاک به دلیل استفاده از لجن منجر به افزایش قابل توجه غلظت کادمیوم، نیکل، مس و روی در بخش خوراکی اکثر محصولات کاشته‌ شده، از جمله گندم، سیب‌زمینی، کاهو، چغندر قرمز، کلم و علف چاودار شد. در بیشتر موارد، افزایش معنی‌داری در غلظت سرب در بافت گیاه در مقایسه با سرب موجود در خاک به علت استفاده از لجن مشاهده نشد که نشان‌دهنده کم‌ دسترس بودن نسبی سرب برای گیاهان از خاک است.

دسترسی فلزات به گیاهان در خاک‌های غنی شده با کیک لجن خشک‌شده کمتر از لجن مایع بود و این میزان به نوع محصول بستگی داشت. اگرچه غلظت نیکل، مس و روی در خاک‌های غنی شده با نرخ بالای کاربرد لجن مایع و کیک خشک‌شده نزدیک به حداکثر سطوح تعیین‌شده در دستورالعمل‌های اتحادیه اروپا بود و میزان معادل روی افزوده‌شده از حداکثر مجاز در دستورالعمل‌های بریتانیا نیز فراتر رفت، هیچ اثر فیتوتوکسیک فلزات مشاهده نشد، به جز در کاهو که در خاک رسی کاشته شده و سطوح مس و روی در آن به دلیل کاربرد بالای لجن از مقادیر بحرانی بالاتر رفت.

پیشنهاد میکنیم در همین زمینه مقالات تصفیه آب فاضلاب برای کشاورزی و آبیاری درختان میوه با آب فاضلاب را نیز مطالعه نمایید.

محدودیت‌های کاشت، چرای دام و برداشت

برای کاهش خطرات بالقوه برای سلامت انسان، حیوانات و گیاهان، لازم است که زمان‌بندی استفاده از لجن با عملیات کاشت، چرای دام یا برداشت هماهنگ شود. لجن نباید بر روی میوه‌ها یا سبزیجات نرم در حال رشد استفاده شود و نباید در محل‌هایی که محصولات زیر سازه‌های دائمی شیشه‌ای یا پلاستیکی کشت می‌شوند، به کار رود. دستورالعمل اتحادیه اروپا، یک دوره اجباری سه‌هفته‌ای بدون چرای دام پس از استفاده از لجن فرآوری‌شده در مراتع را تعیین کرده و استفاده از لجن غیر‌ فرآوری‌شده بر مراتع را ممنوع کرده است، مگر اینکه به خاک تزریق شود.

لجن فرآوری‌شده می‌تواند بدون محدودیت بر روی محصولات غلات در حال رشد اعمال شود، اما نباید تا سه ماه قبل از برداشت بر چمن استفاده شود یا تا ده ماه قبل از برداشت به درختان میوه افزوده شود. هنگامی که لجن فرآوری‌شده پیش از کاشت محصولاتی مانند غلات، علوفه، چغندرقند، درختان میوه و غیره استفاده می‌شود، هیچ محدودیتی اعمال نمی‌شود، اما در مورد میوه‌ها و سبزیجات نرم، لجن فرآوری‌شده نباید تا ده ماه قبل از برداشت محصول استفاده شود. به‌طور کلی، لجن غیر‌فرآوری‌شده باید قبل از کاشت محصولات در خاک به کار برده یا تزریق شود، اما می‌تواند در چمن یا چمنزارهای در حال رشد تزریق شود، با محدودیت‌های زمانی مشخص‌شده برای برداشت.

حفاظت از محیط زیست

هنگام استفاده از لجن فاضلاب در زمین، باید همواره مراقب بود تا از هرگونه تأثیر منفی بر محیط زیست جلوگیری شود. لجن نباید حاوی مواد غیرقابل تجزیه مانند پلاستیک باشد، زیرا این امر باعث می‌شود دفع در زمین ظاهری ناخوشایند پیدا کند. حمل و نقل لجن از تصفیه‌خانه فاضلاب به زمین‌های کشاورزی توسط تانکر ممکن است مشکلات ترافیکی ایجاد کرده و باعث آلودگی صوتی و بوی نامطبوع شود. وسایل نقلیه باید با دقت بر اساس شرایط محلی انتخاب شوند و مسیرهایی انتخاب شوند که کمترین مزاحمت را برای عموم ایجاد کنند. دسترسی به مزارع باید پس از مشاوره با مسئولین راه و ترابری تعیین شده و توجه خاصی شود تا از انتقال گل و لای به جاده‌ها جلوگیری گردد.

کنترل بو مهم‌ترین بعد زیست‌محیطی در کاربرد لجن در زمینهای کشاورزی است. برای حمل لجن تصفیه‌شده باید از تانکرهای سرپوشیده استفاده شود که معمولاً بوی کمتری نسبت به لجن خام دارند. محل‌های تخلیه لجن از تانکرها یا سیستم‌های آبیاری باید تا حد ممکن به سطح زمین نزدیک باشد و جریان لجن به‌گونه‌ای کنترل شود که پراکندگی و تأثیر بصری به حداقل برسد. لجن تصفیه‌نشده باید با استفاده از تجهیزات ویژه یا تانکرهایی که مجهز به دستگاه تزریق هستند، زیر سطح خاک تزریق شود.

باید دقت فراوانی صورت گیرد تا از جریان یافتن لجن به جاده‌ها یا زمین‌های مجاور جلوگیری شود، که این امر بستگی به شرایط توپوگرافی، نوع خاک و وضعیت آب و هوا دارد. در زمین‌های شیب‌دار، احتمال دارد که این جریان به منابع آبی رسیده و آلودگی شدید ایجاد کند. میزان کاربرد لجن باید به دقت تنظیم شود و در برخی شرایط، ممکن است استفاده از آن متوقف شود. علاوه بر مشکل جریان سطحی، آلودگی ممکن است از نفوذ لجن مایع به داخل زه‌کش‌های زمینی ایجاد شود، به ویژه هنگامی که از تکنیک‌های تزریق استفاده می‌شود یا لجن مایع در خاک‌های خشک و ترک‌خورده به کار می‌رود. در مناطقی که حساسیت بالایی به آلودگی آب دارند، استفاده از لجن باید تنها مطابق با الزامات نهادهای کنترل آلودگی و همچنین اصول مناسب کشاورزی انجام شود.

ذخیره لجن در مزارع می‌تواند عملیات حمل و استفاده را بهینه کند، اما باید تمامی تلاش‌ها صورت گیرد تا اطمینان حاصل شود که امکانات ذخیره‌سازی ایمن و مقاوم هستند.

شرکت مهندسی فراب زیست فراز با سالها تجربه در این حوزه و تسلط بر انواع جدیدترین روشهای تصفیه فاضلاب و  به عنوان یک شرکت معتبر و باسابقه به عنوان سازنده پکیج تصفیه فاضلاب آماده است تا با ارائه راهکارهای خود شما را در امر استفاده از لجن تصفیه شده جهت استفاده در مصارف کشاورزی شما را یاری کند. برای کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما تماس بگیرید.