زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

ارزیابی عملکرد و عوامل مؤثر بر حذف ترکیبات نیتروژن در تالاب مصنوعی با جریان زیرسطحی افقی برای تصفیه فاضلاب شهری تحت شرایط اقلیمی گرم و نیمه‌خشک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران- مهندسی و مدیریت منابع آب، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.
2 گروه مهندسی محیط زیست، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
3 گروه مهندسی علوم آب، مرکز تحقیقات آب و محیط زیست، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.
چکیده
پژوهش حاضر با هدف ارزیابی عملکرد سامانه تالاب مصنوعی با جریان زیرسطحی افقی (HSSF-CW) در حذف ترکیبات نیتروژنی از فاضلاب شهری، تحت شرایط اقلیمی گرم و نیمه‌خشک شهرستان دزفول انجام شد. بدین منظور، چهار واحد پایلوت مجزا و موازی در مقیاس آزمایشی و در فضای باز احداث شد که به‌ترتیب شامل واحد شاهد بدون گیاه، واحد کشت نی (Phragmites australis)، واحد کشت وتیور (Chrysopogon zizanioides) و واحد کشت ترکیبی نی و وتیور بودند. عملکرد واحدها در سه زمان ماند هیدرولیکی اسمی ۳، ۴ و ۵ روز از نظر حذف نیتروژن کل (TN)، نیتروژن آمونیاکی (NH₄⁺-N) و نیترات (NO₃⁻-N) بررسی شد و آنالیز نمونه‌ها مطابق روش‌های استاندارد APHA انجام گرفت. یافته‌ها نشان داد که در شرایط آزمایش، واحدهای دارای پوشش گیاهی مقادیر عددی بالاتری از حذف نیتروژن کل نسبت به واحد شاهد داشتند. بیشترین حذف نیتروژن کل، معادل 54/32 درصد، در واحد کشت ترکیبی و در زمان ماند اسمی پنج روز مشاهده شد. واحد کشت وتیور نیز با میانگین حذف حدود 49/75 درصد، عملکردی نزدیک به کشت ترکیبی نشان داد و می‌تواند به‌عنوان گزینه‌ای قابل بررسی در مطالعات آتی مورد توجه قرار گیرد. حذف نیتروژن آمونیاکی در شرایط آزمایش‌شده در محدوده 35/25 تا 56/08 درصد قرار داشت. افزایش غلظت نیترات در پساب خروجی واحدها نسبت به ورودی مشاهده شد که با وقوع بخشی از فرایندهای تبدیل نیتروژن، از جمله اکسیداسیون آمونیوم، سازگار است؛ بااین‌حال، مسیرهای اختصاصی تبدیل نیتروژن مستقیماً بررسی نشدند. همچنین، حذف ناقص نیتروژن کل و افزایش نیترات خروجی نشان می‌دهد که تداوم حذف نیتروژن به شرایط مناسب برای مراحل مختلف تبدیل و نگهداشت نیتروژن وابسته است. در مجموع، سامانه تالاب مصنوعی با جریان زیرسطحی افقی در شرایط گرم و نیمه‌خشک دزفول توانست بخشی از بار نیتروژنی فاضلاب شهری را کاهش دهد. با توجه به ماهیت توصیفی مطالعه و نبود تکرار مستقل در سطح تیمار، تعیین اثر قطعی زمان ماند اسمی و پوشش گیاهی نیازمند مطالعات آینده با طراحی آزمایشی تکرارشده، ردیابی هیدرولیکی و پایش متغیرهای فرایندی است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

Aalam, T., Arias, C. A., & Khalil, N. (2022). Physicochemical and biological contribution of native macrophytes in the constructed wetlands to treat municipal wastewater: A pilot-scale experiment in a sub-tropical climate region. Recycling, 7(1), Article 8. https://doi.org/10.3390/recycling7010008
Afrous, A., Goudarzi, S., & Liaghat, A. (2011). Phytoremediation by some species of aquatic plants for As and Hg removal (Case study: Dezful, Iran). Advances in Environmental Biology, 5(11), 3629–3635. https://www.aensiweb.com/old/aeb/2011/3629-3635.pdf
American Public Health Association, American Water Works Association, & Water Environment Federation. (2023). Standard methods for the examination of water and wastewater (24th ed.). APHA-AWWA-WEF. https://secure.apha.org/imis/ItemDetail?CATEGORY=BK&iProductCode=978-087553-2998
Baskar, G., Deeptha, V. T., & Rahman, A. A. (2014). Root zone technology for wastewater treatment: A review. International Journal of ChemTech Research, 6(7), 3705–3712. https://www.researchgate.net/publication/286282718_Root_zone_technology_for_campus_waste_water_treatment
Beck, H. E., Zimmermann, N. E., McVicar, T. R., Vergopolan, N., Berg, A., & Wood, E. F. (2018). Present and future Köppen-Geiger climate classification maps at 1-km resolution. Scientific Data, 5, Article 180214.  https://doi.org/10.1038/sdata.2018.214
Danh, L. T., Truong, P., Mammucari, R., Tran, T., & Foster, N. (2009). Vetiver grass, Chrysopogon zizanioides: A choice plant for phytoremediation of heavy metals and organic pollutants. International Journal of Phytoremediation, 11(8), 664–691. https://doi.org/10.1080/15226510902787302
Fick, S. E., & Hijmans, R. J. (2017). WorldClim 2: New 1-km spatial resolution climate surfaces for global land areas. International Journal of Climatology, 37(12), 4302–4315.  https://doi.org/10.1002/joc.5086
Gholipour, A. (2025). Treatment wetlands in Iran: A review. Ecological Engineering, 212, 107494. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2024.107494
Hurlbert, S. H. (1984). Pseudoreplication and the design of ecological field experiments. Ecological Monographs, 54(2), 187–211.  https://doi.org/10.2307/1942661
Kataki, S., Chatterjee, S., Vairale, M. G., Dwivedi, S. K., & Gupta, D. K. (2021). Constructed wetland, an eco-technology for wastewater treatment: A review on types of wastewater treated and components of the technology (macrophyte, biofilm and substrate). Journal of Environmental Management, 283, Article 111986. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.111986
Khuzestan Province Meteorological Department. (2024). Decadal agro-meteorological statistics and historical climatic series of Dezful Station (2013–2023). Ministry of Roads and Urban Development, Iran. https://irimo.ir/far/wd/2703.html
Lam, V. S., Tran, T. C. P., Vo, T.-D.-H., Nguyen, D. D., & Nguyen, X. C. (2024). Meta-analysis review for pilot and large-scale constructed wetlands: Design parameters, treatment performance, and influencing factors. Science of The Total Environment, 927, Article 172140. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172140
OpenAI DALL-E 3. (2024). Large language and image generation model. https://chat.openai.com
R Core Team. (2023). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. https://www.R-project.org/
Rahman, M. E., Bin Halmi, M. I. E., Bin Abd Samad, M. Y., Uddin, M. K., Mahmud, K., Abd Shukor, M. Y., Sheikh Abdullah, S. R., & Shamsuzzaman, S. M. (2020). Design, Operation and Optimization of Constructed Wetland for Removal of Pollutant. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(22), 8339. https://doi.org/10.3390/ijerph17228339
Saeed, T., & Sun, G. (2012). A review on nitrogen and organics removal mechanisms in subsurface flow constructed wetlands: Dependency on environmental and operational factors. Journal of Environmental Management, 112, 429–448,  https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2012.08.011
Stefanakis, A. I. (2020). Constructed wetlands for sustainable wastewater treatment in hot and arid climates: Opportunities, challenges and case studies in the Middle East. Water, 12(6), 1665. https://doi.org/10.3390/w12061665
Swarnakar, A. K., Bajpai, S., & Ahmad, I. (2022). Various Types of Constructed Wetland for Wastewater Treatment—A Review. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1032(1), 012026. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1032/1/012026
Tang, S., Liao, Y., Xu, Y., Dang, Z., Zhu, X., & Ji, G. (2020). Microbial coupling mechanisms of nitrogen removal in constructed wetlands: A review. Bioresource Technology, 314, Article 123759. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123759
UN-Habitat. (2008). Constructed wetlands manual: Guidance on decentralized wastewater treatment in developing countries. United Nations Human Settlements Programme. https://unhabitat.org/constructed-wetlands-manual
U.S. Environmental Protection Agency. (2000). Constructed wetlands treatment of municipal wastewaters (Manual EPA/625/R-99/010). Office of Research and Development. https://www.loc.gov/resource/gdcmassbookdig.constructedwetla00nati/?st=grid
Varma, M., Gupta, A. K., Ghosal, P. S., & Majumder, A. (2021). A review on performance of constructed wetlands in tropical and cold climate: Insights of mechanism, role of influencing factors, and system modification in low temperature. Science of the Total Environment, 755, 142540. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142540
Vymazal, J. (2007). Removal of nutrients in various types of constructed wetlands. Science of The Total Environment, 380(1–3), 48–65. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2006.09.014
Vymazal, J., & Kröpfelová, L. (2009). Removal of organics in constructed wetlands with horizontal sub-surface flow: a review of the field experience. Science of the total environment, 407(13), 3911-3922. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2008.08.032
Vymazal, J. (2022). The historical development of constructed wetlands for wastewater treatment. Land, 11(2), 174.  https://doi.org/10.3390/land11020174
Vymazal, J., Zhao, Y., & Mander, Ü. (2021). Recent research challenges in constructed wetlands for wastewater treatment: A review. Ecological Engineering, 169, 106318. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2021.106318
Wu, H., Wang, R., Yan, P., Wu, S., Chen, Z., Zhao, Y., Cheng, C., Hu, Z., Zhuang, L., Guo, Z., Xie, H., & Zhang, J. (2023). Constructed wetlands for pollution control. Nature Reviews Earth & Environment, 4(4), 218–234. https://doi.org/10.1038/s43017-023-00395-z
Zuur, A. F., Ieno, E. N., & Elphick, C. S. (2010). A protocol for data exploration to avoid common statistical problems. Methods in Ecology and Evolution, 1(1), 3–14. https://doi.org/10.1111/j.2041-210X.2009.00001.x
 
دوره 20، شماره 2 - شماره پیاپی 71
تابستان 1405
صفحه 128-147

  • تاریخ دریافت 28 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 23 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 25 شهریور 1405
  • تاریخ انتشار 01 شهریور 1405