۲۱۱۰۳پ
per
اثر پرتو گاما و نانوذرات دیاکسید تیتانیم بر ویژگیهای زیستی و شیمیایی پساب و لجن فاضلاب و کاربرد لجن فاضلاب پرتوتابیشده در کشت گیاه ریحان
Gamma ray and titanium dioxide nanoparticles effects on biological and chemical properties of sewage effluent and sludge and application of irradiated sewage sludge in basil plant cultivation
/بهنام عسگری لجایر
: کشاورزی
، ۱۳۹۷
، میرزائی
۲۰۹ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
علوم خاک گرایش شیمی و حاصلخیزی خاک
۱۳۹۷/۱۱/۱۶
تبریز
پساب و لجن فاضلاب بسته به منشأ آنها دارای انواع آلودگیهای زیستی، آلی و معدنی است و استفاده از آنها در تولید محصولات کشاورزی یا رهاسازی آنها در محیط زیست ممکن است برای گیاه، دام و انسان خطرناک باشد .بنابراین، استفاده از روشهای نوین گندزدایی و تصفیه آنها پیش از مصرف ضروری است .یکی از بهترین روشها برای حذف ریزجانداران بیماریزا در پساب و لجن فاضلاب و کاهش خطر آنها در بومنظام، پرتوتابی گاما میباشد .بااینحال، حذف فلزهای سنگین موجود در پساب با پرتوتابی گاما به دز جذبی زیادی نیاز دارد .لذا، برای بهینه کردن تأثیر پرتوتابی و کاهش دز جذبی مورد نیاز، تلفیق آنها با رادیوکاتالیستها مانند نانوذرات دیاکسید تیتانیم و افزودنیهای شیمیایی جارو کننده گونههای اکسنده ضروری است .همچنین، تاکنون در مورد تأثیر سطوح مختلف لجن فاضلاب پرتوتابی نشده و شده، بر ویژگیهای رشد، کمیت و کیفیت اسانس، جذب عناصر غذایی و فلزهای سنگین و پتانسیل و شاخص خطرپذیری به بیماریهای غیرسرطانی فلزهای سنگین توسط گیاه ریحان در سطح ملی و بینالمللی پژوهشی انجام نشده است .بنابراین، این پژوهش در سه مرحله انجام شد در مرحله اول تأثیر دزهای۵ ، ۱۰ و ۲۰ کیلوگری پرتو گاما و عدمپرتوتابی) شاهد (بر برخی ویژگیهای زیستی و شیمیایی پساب و لجن فاضلاب شامل کلیفرم کل و گرماپای، اکسیژنخواهی شیمیایی (COD) و بیوشمیایی(BOD۵) ،pH ،EC ، کدری، غلظت نیترات، نیتروژن کل، کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، فسفر، روی، مس، آهن، منگنز، نیکل، سرب و کادمیم بررسی شد .در مرحله دوم، تأثیر تلفیق دزهای۵ ، ۱۰ و ۲۰ کیلوگری پرتو گاما و عدمپرتوتابی) شاهد (با نانوذرات دیاکسید تیتانیم برند دگوسا P۲۵ (۲ گرم بر لیتر(، متانول (۱۰ درصد حجمی-حجمی (وpH (۵/۴ ، ۹ و ۱۲) بر حذف فلزهای مس و کادمیم از پساب بررسی شد .در مرحله سوم، اثر لجن فاضلاب پرتوتابیشده با دزهای۵ ، ۱۰ و ۲۰ کیلوگری و پرتوتابی نشده، به میزان۱۵ ، ۳۰ و ۶۰ گرم بر کیلوگرم) معادل حدود۳۰ ، ۶۰ و ۱۲۰ تن در هکتار (و شاهد) بدون لجن فاضلاب و پرتوتابی (بر وزن ریشه و شاخساره خشک و تر، ارتفاع گیاه، سطح برگ، شاخص کلروفیل برگها، عملکرد و ترکیبهای اسانس، غلظت و جذب نیتروژن، کلسیم، منیزیم، پتاسیم، فسفر، سدیم، مس، روی، آهن، نیکل، منگنز، سرب و کادمیم، پتانسیل و شاخص خطرپذیری به بیماریهای غیرسرطانی فلزهای سنگین در گیاه ریحان (.(Ocimum basilicum L رقم سبز، در یک طرح کاملا تصادفی با سه تکرار در شرایط گلخانه بررسی شد .تحلیل آماری دادهها شامل تجزیه واریانس و مقایسه میانگینها با آزمون چنددامنهای دانکن در سطح احتمال ۵ درصد با استفاده از نرمافزارهایSAS ، SPSS و MSTATC انجام شد .نتایج نشان داد که کارایی گندزدایی پرتوتابی گاما با افزایش دز جذبی افزایش یافت و در هر دز جذبی، غیرفعالسازی کلیفرم کل و گرماپای در پساب بهتر از لجن فاضلاب بود .حذف کامل کلیفرم کل و گرماپای در پساب در دز پرتوتابی ۱۰ کیلوگری حاصل گردید، ولی در لجن فاضلاب حتی در دز پرتوتابی ۲۰ کیلوگری، حذف کامل ریزجانداران مذکور حاصل نشد .غلظت اغلب عناصر غذایی پرمصرف و کممصرف و فلزهای سنگین پساب و لجن فاضلاب پس از پرتوتابی گاما تغییر معناداری نکرد اما غلظت مس در لجن فاضلاب و کلسیم و پتاسیم در پساب با افزایش دز پرتوتابی بهطور معناداری کاهش یافت درحالیکه غلظت نیتروژن در لجن فاضلاب و مس و سرب در پساب پرتوتابیشده بهطور معناداری بیشتر از پرتوتابی نشده بود .با افزایش دز پرتوتابی مقدارBOD۵ ،COD ،pH ،EC ، کدری و غلظت نیترات و فسفات پساب بهطور معناداری کاهش یافت .در شرایط بازی(pH های ۹ و ۱۲) حذف با جذب فیزیکی، پرتو گاما و یا تلفیق پرتو گاما با تیمارهای متانول و نانوذرات دیاکسید تیتانیم بسیار ناچیز و در مجموع کمتر از ۵ و ۱۰ درصد کل حذف بهترتیب برای مس و کادمیم بهدست آمد .در شرایط اسیدی (pH ۵/۴) حذف مس و کادمیم با فرایند جذب فیزیکی در تیمارهای مختلف نانوذرات دیاکسید تیتانیم و متانول کمتر از ۱۵ درصد بود و جذب کادمیم بهتر از مس بود .مس و کادمیم در تلفیق متانول و نانوذرات دیاکسید تیتانیم نسبت به عدم کاربرد آنها در دز جذبی مشابه، درصد حذف بیشتری داشتند .در تمامpH های مورد مطالعه، با کاربرد متانول و نانوذرات دیاکسید تیتانیم بهتنهایی و یا در ترکیب با همدیگر، دز لازم برای حذف ۹۰ و ۹۹ درصد مس و کادمیم از محلول کاهش یافت .کاربرد لجن فاضلاب پرتوتابیشده و نشده، غلظت اکثر عناصر غذایی پرمصرف، کممصرف و فلزهای سنگین در شاخساره و ریشه گیاه ریحان و به تبع آن امکان خطر برای سلامتی انسان را افزایش داد .کاربرد لجن فاضلاب پرتوتابیشده و نشده در سطوح ۱۵ و ۳۰ گرم بر کیلوگرم بر ویژگیهای رشد، کمیت و کیفیت اسانس و جذب عناصر غذایی پرمصرف، کممصرف و فلزهای سنگین ریشه و شاخساره اثر مثبت و در سطح ۶۰ گرم بر کیلوگرم اثر منفی داشت .بیشترین مقدار این ویژگیها از کاربرد ۳۰ گرم بر کیلوگرم لجن فاضلاب پرتوتابیشده با دز ۲۰ کیلوگری حاصل گردید که در اکثر موارد با لجن فاضلاب پرتوتابی شده با دزهای صفر، ۵ و ۱۰ کیلوگری تفاوت معناداری نداشت .با توجه به نتایج این پژوهش، در صورت مصرف تازهخوری ریحان، مصرف لجن فاضلاب پرتوتابیشده و نشده شهر تهران قابلتوصیه نیست اما اگر کشت ریحان با هدف تولید اسانس انجام شود، مصرف ۶۰ تن در هکتار لجن فاضلاب پرتوتابینشده یا پرتوتابیشده با دز ۵ کیلوگری میتواند توصیه شود .همچنین، میتوان پساب فاضلاب پرتوتابیشده با دز ۵ کیلوگری را برای استفاده در کشاورزی توصیه کرد
Sewage effluent and sludge depending on the source have different biologic, organic and inorganic contaminations, so their use in agriculture or discharge in environment may be dangerous for crops, human and animal health. Due to the presence of pathogenic microorganisms and various types of inorganic pollutants in sewage effluent and sludge, using of modern methods for their disinfection and purification is necessary before their application. Gamma irradiation is one of the best methods for eliminating pathogens in sewage effluent and sludge and reducing their risk in the ecosystem. However, the removal of heavy metals from effluent using gamma irradiation requires high absorbed doses. Therefore, to optimize the irradiation effect and reducing the required gamma radiation dose, its combination have suggested with radio-catalysis such as titanium dioxide (TiO2) nanoparticle and chemicals additives to scavenging oxidizing species. Also, there exists complete lack of national and international studies regarding comparison of gamma irradiated and non-irradiated sewage sludge on the growth characteristics, quantity and quality of essential oil, macro- and micronutrients, heavy metals uptake and non-carcinogenic target hazard quotient and hazard index of heavy metals in basil plant. This research was conducted in three stages; in the first step, the effects of 5, 10 and 20 kGy gamma irradiation and without irradiation (control) were investigated on some biological and chemical properties of sewage effluent and sludge including total and fecal coliforms, pH, EC, BOD5, COD, turbidity, nitrate, phosphate (P), total nitrogen (N), calcium (Ca), magnesium (Mg), sodium (Na), potassium (K), P, zinc (Zn), copper (Cu), iron (Fe), manganese (Mn), nickel (Ni), lead (Pb) and cadmium (Cd). In the second step, the effects of 5, 10 and 20 kGy gamma irradiation and without irradiation (control) with combination of TiO2 nanoparticle Degussa P25 (2 g L-1), methanol (10 by volume) and pH (4.5, 9 and 12) were investigated to remove Cu and Cd from effluent. In the third stage, the effects of gamma irradiated with doses of 5, 10 and 20 kGy and non-irradiated sewage sludge in the rate of 15, 30 and 60 g kg-1 and control (without sewage sludge and irradiation) were investigated on root and shoot dry and fresh weights, plant height, leaf area, leaf chlorophyll index, concentration and uptake of N, Ca, Mg, K, P, Na, Cu, Zn, Fe, Ni, Mn, Pb and Cd, non-carcinogenic target hazard quotient and hazard index of heavy metals in green cultivar of basil (Ocimum basilicum L.) in a completely randomized design with three replications under greenhouse conditions. The statistical analyses including analysis of variance and means comparison by Duncan's multiple range test (p<0.05) were performed by SAS, SPSS and MSTATC softwares. The results showed that the disinfection efficiency of gamma irradiation increased with increasing absorbed dose and at the same absorbed dose showed to be more effective for effluent disinfection than in the sludge. The complete inactivation of total and fecal coliforms was achieved at 10 kGy in effluent, whereas for sludge, it was not achieved even at 20 kGy. The concentrations of most micro- and macronutrients and heavy metals of effluent and sludge non-significantly altered under gamma irradiation, but the concentrations of Cu in sludge and Ca and K in effluent were significantly reduced with increasing irradiation dose, while the content of N in irradiated sludge and Cu and Pb in irradiated effluent were significantly greater than those of the non-irradiated treatments. Nitrate concentration, turbidity, BOD5, COD, pH and EC values of the effluent were significantly reduced with increasing irradiation absorbed dose. In basic solution, the removals of Cu and Cd with physical adsorption, gamma irradiation or by the combined application of TiO2 nanoparticle and methanol with gamma irradiation were negligible and were less than 5 and 10 of total removal for Cu and Cd, respectively. In acidic conditions, removal of Cu and Cd by physical adsorption was less than 15 and adsorption of Cd was more than that of Cu. In all pH levels, the required doses to remove 90 and 99 of Cu and Cd were decreased with the addition of TiO2 nanoparticle and methanol either separately or in combination. The application of gamma irradiated and non-irradiated sewage sludge increased the concentrations of most macro-and micronutrients and heavy metals in root and shoot of basil and consequently possibility human health risk. The application of 15 and 30 g irradiated and non-irradiated sewage sludge had positive effects on growth characteristics, quality and quantity of essential oil and uptake of macro-and micronutrients and heavy metals, while application of 60 g irradiated and non-irradiated sewage sludge kg-1 had negative effect on plant growth. The maximum values of the mentioned parameters were obtained in 30 g sewage sludge kg-1 irradiated with 20 kGy absorbed dose, which in most cases had no significant differences with 0, 5 and 10 kGy absorbed doses. According to the results of this study, if the basil plant is consumed freshly, the application of irradiated and non-irradiated sewage sludge of Tehran city can not be recommended, while if the basil plant is cultivated to produce essential oil, application of 60 tonnes non-irradiated sewage sludge or irradiated with a dose of 5 kGy per hectare can be recommended. Also, the effluent wastewater irradiated with 5 kGy absorbed dose can be recommended for using in agriculture
Gamma ray and titanium dioxide nanoparticles effects on biological and chemical properties of sewage effluent and sludge and application of irradiated sewage sludge in basil plant cultivation
عسگری لجایر، بهنام
Asgari Lajayer, Behnam
نجفی، نصرتاله، استاد راهنما
مقیسه، ابراهیم، استاد راهنما
مسافری، محمد، استاد مشاور
هادیان، جواد، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایهسازی قبلی
