Skip to main content
SUPERVISOR
نوراله میرغفاری (استاد راهنما) محسن سلیمانی امین آبادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Namdari rashidi
مریم نامداری رشیدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Production of Liquid Fertilizer and Biochar from Biological Sludge of Urban Wastewater Treatment Plant and Their Effect on Growth of Zea mays L.
Sewage sludge is the inevitable product of wastewater treatment plants, which if not disposed of properly is a source of serious pollution to the environment. So before applying sewage sludge to agricultural lands it should be stabilized using suitable and simple processes to minimize its environmental hazards. Apart from the conventional methods used for the disposal of sewage sludge (direct use in agriculture, incineration and landfill), thermal process that converts waste biomass into biochar has been considered recently. This process leads to reduction of solid waste and removal of pathogens and organic compounds from sewage which is one of the challenge of its application. Besides, adding bio-char to the soil could improve the quality and health of the soil and increase crop yield. In the current study the feasibility of sewage sludge conversion to biochar in 3 temperatures including 300, 400 and 500 0C was investigated. Furthermore, the production of liquid fertilizer from the sewage sludge was investigated. The characterization of biochar and liquid fertilizer were determined considering various parameters including heavy metal concentrations (Zn, Pb, Cd, Cr, Ni, Fe and Cu), bio-available concentrations of heavy metals, total N, available phosphorus, exchangeable potassium, soluble sodium concentration, electrical conductivity, as well as biochar productivity, moisture and ash contents and pH In the next stage the effect of adding biochar obtained from the pyrolysis at temperature of 300 0C as a soil modifier in comparison to sewage sludge at levels of 0, 1, 3 and 5% w/w on corn (Zea Mays L.) growth were investigated over a period of 2 months in the greenhouse of Department of Natural Resources, Isfahan University of Technology. Additionally, changes in the availability of heavy metals extracted by ammonium bicarbonate- diethylene triaminepentaacetic acid (AB-DTPA) in the sludge and biochar samples, as well as heavy metals uptake by plants were measured. Atomic absorption spectrometer model Perkin Elmer (AAnalyst700) was used for heavy metal measurement. According to the California Food and Agriculture Organization standard, concentration of heavy metals, except for the amount of lead in Biochar produced at 400 and 500 ° C and nickel in all samples were in accepted ranges. Concentrations of heavy metals in the organic liquid fertilizer sewage were less than the amount reported by US- Environmental Protection Agency. Results showed that with increasing pyrolysis temperature from 300 to 500 ° C, the pH, the amount of ash, heavy metals and sodium content of biochar samples increased. In the other hand, biochar yield, the amount of total nitrogen, phosphorus, electrical conductivity, moisture content and the amount of available potassium decreased. Despite the increase in the concentration of heavy metals with increasing the pyrolysis temperature, metal concentrations extracted by DTPA, showed reducing the bioavailability of heavy metals including Zn, Pb, Cd, Cr, Ni, Fe and Cu, Total nitrogen, soluble potassium and heavy metal contents in organic liquid fertilizers decreased with increasing the extraction process, while, the amount of phosphorus, sodium, pH and electrical conductivity increased. Application of biochar enhanced wet and dry weight of shoots and roots, plant height, stem diameter, chlorophyll content and leave number of maize compared to the sludge treatment and control (soil without adding biochar and bio-sludge). The concentrations of Zn, Fe, Ni and Cd in shoot and root of maize cultivated in soil with biochar were less than the plants grown in soil with sewage sludge because of decreasing the bioavailable concentration of metals in biochar samples. Application of biochar and sewage sludge to soil generally improves biomass production of corn, but biochar was more effeive. The results showed that the biochar of sewage sludge could improve soil quality, enhance plant growth and reduce the risk of transfer of metals in food chain. Key words: Biochar, Environmental pollution, Heavy metals, Sewage sludge, Soil fertilit
لجن فاضلاب محصول اجتناب ناپذیر تصفیه‌خانه فاضلاب است که اگر به درستی دفع نشود یک منبع آلودگی جدی برای محیط زیست به شمار می‌رود. بنابراین قبل از کاربرد لجن فاضلاب در زمین‌هایکشاورزی، این ماده باید توسط فرایندی مناسب و ساده تثبیت شود تا خطرات زیستمحیطی آن به حداقل برسد. به جز روش‌های مرسوم مورد استفاده برای دفع لجن فاضلاب (استفاده مستقیم در بخش کشاورزی، سوزاندن و دفن زباله)، اخیراً فرایند حرارتی این ماده که بر تبدیل زیست توده به زغال زیستی متمرکز است، بیشتر مورد توجه قرارگرفته است. این فرایند منجر به کاهش حجم پسماندهای جامد و حذف پاتوژن‌ها و ترکیبات آلی که در حال حاضر یکی از نگرانی‌های مربوط به لجن فاضلاب است، می‌شود. همچنین افزودن زغال زیستی به خاک می‌تواند منجر به بهبود کیفیت و سلامت خاک و افزایش عملکرد محصول شود. در این مطالعه تبدیل لجن فاضلاب تصفیه‌خانه چهارمحال و بختیاری به زغال زیستی در 3 دمای 300، 400 و 500 درجه سانتی‌گراد بررسی شد. همچنین تولید کود مایع از لجن مورد بررسی قرار گرفت. مشخصه یابی زغال‌های زیستی و کود مایع تولیدی با انجام آزمایش‌های تعیین غلظت فلزات سنگین (روی، سرب، کادمیوم، کروم، نیکل، آهن و مس)، غلظت قابل جذب زیستی فلزات سنگین، درصد نیتروژن کل، فسفر قابل جذب، پتاسیم تبادلی و محلول، غلظت سدیم، میزان هدایت الکتریکی، بازدهی تولید زغال زیستی، مقدار رطوبت، مقدار خاکستر و pH انجام شد. در مرحله بعد کاربرد زغال زیستی به‌دست آمده از پیرولیز لجن فاضلاب در دمای 300 درجه سانتی‌گراد به عنوان اصلاح‌کننده خاک برای کشت گیاه ذرت در مقایسه با لجن فاضلاب اولیه در سطوح 0، 1، 3 و 5 درصد وزنی در طول یک دوره 2 ماهه در گلخانه‌های دانشکده منابع طبیعی دانشگاه صنعتی اصفهان بررسی شد. علاوه بر تأثیر تیمارهای مختلف بر رشد گیاه ذرت، تغییرات مقدار قابل جذب فلزات سنگین (عصاره گیری شده با (AB-DTPA در لجن و زغال زیستی و نیز مقدار جذب‌شده به وسیله گیاه اندازه‌گیری شد. برای اندازه‌گیری فلزات سنگین از دستگاه جذب اتمی مدل Perkin Elmer AAnalyst700 استفاده شد. طبق استاندارد سازمان غذا و کشاورزی کالیفرنیا غلظت تمام فلزات سنگین به‌جز سرب در زغال زیستی تولیدشده در دمای 400 و 500 درجه‌یسانتی‌گراد و نیکل در همه نمونه‌ها در محدوده‌ی استاندارد بود. غلظت فلزات کود مایع آلی لجن فاضلاب کمتر از مقادیر گزارش شده به وسیله ی سازمان محیط زیست آمریکا بود. نتایج نشان داد با افزایش دمای پیرولیز از 300 به 500 درجه سانتی‌گراد، میزان pH، مقدار خاکستر، میزان فلزات سنگین و میزان سدیم زغال‌های زیستی افزایش یافت. از سوی دیگر عملکرد زغال زیستی، میزان نیتروژن کل، میزان فسفر، میزان هدایت الکتریکی، میزان رطوبت و میزان پتاسیم قابل جذب کاهش یافت. با وجود افزایش غلظت فلزات سنگین با افزایش دمای پیرولیز، نتایج حاصل از نمونه‌هایعصاره‌گیری شده با DTPA نشان داد روند پیرولیز دسترسی زیستی فلزات سنگین روی، سرب، کادمیوم، کروم، نیکل، آهن و مس را کاهش می‌دهد. میزان نیتروژن کل، پتاسیم محلول، غلظت فلزات سنگین در کود مایع با افزایش مراحل استخراج کود مایع آلی از لجن کاهش یافت؛ درصورتی‌که میزان فسفر قابل جذب، میزان سدیم، pH و هدایت الکتریکی افزایش یافت. کاربرد زغال زیستی باعث افزایش عملکرد وزن خشک و تر اندام هوایی و ریشه، طول گیاه، قطر ساقه، میزان کلروفیل و تعداد برگ گیاه ذرت نسبت به تیمار لجن و شاهد (خاک بدون افزودن زغال زیستی و لجن) شد. غلظت فلزات سنگین روی، آهن، نیکل و کادمیوم در اندام هوایی، ریشه ذرت کشت‌شده در تیمار زغال زیستی کمتر از تیمار لجن بود که ناشی از کاهش مقدار قابلیت جذب زیستی فلزات در تیمارهای زغال زیستی نسبت به لجن فاضلاب بود. اضافه کردن زغال زیستی و لجن فاضلاب به خاک به طور کلی باعث بهبود تولید زیست توده گیاه ذرت شد ولی تأثیر زغال زیستی بیشتر بود. نتایج به‌دست آمده نشان داد که زغال زیستی حاصل از پیرولیز لجن فاضلاب قادر به اصلاح خاک و بهبود رشد گیاه و کاهش ریسک انتقال فلزات به زنجیره غذایی است. کلیدواژه‌ها : آلودگی محیط زیست، حاصلخیزی خاک، زغال زیستی، فلزات سنگین، لجن فاضلاب

ارتقاء امنیت وب با وف بومی