سیستم جدید برای حذف دو آلاینده آب از زمین‌های کشاورزی

آلاینده‌های نیترات و فسفر که از طریق سیستم زهکشی زمین‌های کشاورزی وارد خلیج مکزیک می‌شود باعث رشد فزاینده جلبک‌ها شده که بیشتر اکسیژن آب را مصرف می‌کند و " مناطق مرده‌ای به‌وجود آورده که ماهی‌ها نمی‌توانند در آن زندگی کنند. محققان دانشگاه ایلینویز برای کاهش ورود این دو آلاینده به خلیج مکزیک، سیستم تازه‌ای را طراحی کرده‌اند.

به گزارش ایانا از ساینس دیلی ، رشد جلبک‌ها در خلیج مکزیک بیشتر اکسیژن آب را مصرف می‌کند و منجر به ایجاد " مناطق مرده " وسیع شده که ماهی‌ها و سایر حیوانات وحشی نمی‌توانند در آن زندگی کنند. مقصر این وضعیت نیتراتی است که توسط سیستم‌های زهکشی از زمین‌های کشاورزی وارد آب می‌شود. اما نیترات تنها بخش این مشکل نیست. جلبک‌ها در دریاچه و آبگیرهای آب شیرین وقتی در معرض یک آلاینده دیگر یعنی فسفر قرار گیرند، رشد می‌کنند و کمترین میزان فسفر، کافی است تا رشد جلبک‌ها را شدت بخشد.

مقامات ایالت ایلینویز و 11 ایالت دیگر برای کنترل آلاینده‌های فسفر و نیترات که وارد خلیج مکزیک می‌شوند، هدفگذاری کرده‌اند. آنها باید برای دستیابی به این اهداف، در زیر ساخت‌های منابع اصلی تولید آلاینده فسفر مانند تصفیه خانه‌های آب سرمایه‌گذاری کنند. اما تحقیقات تازه نشان می‌دهد که کشاورزان هم می‌توانند در این میان نقش داشته باشند.

لورا کریستینسن استاد کیفیت آب در دپارتمان علوم کشاورزی در دانشگاه ایلینویز، متخصص رآکتورهای زیستی ساخته شده از تراشه چوب است. او کار زیادی انجام داده تا قابلیت آبراه‌های پر شده از تراشه چوب در حذف نیترات از آب‌های زهکشی شده در مزارع ایلینویز را ثابت کند.

کریستنسن توضیح می‌دهد: " تراشه‌های چوب و نیترات برای تکمیل چرخه حیات باکتری‌ها لازم هستند. وقتی باکتری‌ها نیترات را مصرف می‌کنند، از آب حذف می‌شود. این یک فرآیند بیولوژیک است " .

در مطالعه دیگری که اخیرا انجام شده، کریستنسن و چند همکار او بررسی کردند که آیا می‌توانند با افزودن یک فیلتر پی شکل خاص که برای به دام انداختن آلاینده‌های حاصل از کودهای شیمیایی طراحی شده، فسفر را هم از آب حذف کنند. این تیم دو نوع پسماند صنعتی را در فیلتر پی آزمایش کردند: باقیمانده اسیدی آب تصفیه شده معدن ( MDR ) و سرباره فولاد. فسفر به عناصری همچون آهن، کلسیم و آلومینیم که در این پسماندها موجود است، می‌چسبد و آن را از آب حذف می کند.

به کانال ایانا در تلگرام بپیوندید

این تیم به جای ترکیب MDR یا سرباره فولاد با تراشه‌های چوب در یک ماشین بزرگِ حذف فسفر و نیترات، در یک رآکتور زیستی در مقیاس آزمایشگاهی دو فیلتر پی مانند را در بالا و پایین جریان آب نصب کردند. آنها فاضلاب را از یک حوضچه آبزی پروری جاری کردند و میزان نیترات و فسفر را در نقاط مختلف مسیر اندازه‌گیری کردند.

بدون توجه به نوع فیلتر پی و اینکه آیا فیلتر در بالادست یا پایین دست رآکتور زیستی باشد، میزان حذف نیترات ثابت بود. اما MDR به‌عنوان یک فیلتر برای فسفر بسیار برتر عمل کرد. کریستنسن می‌گوید: " MDR ،80 تا 90 درصد از فسفر موجود در جریان آب را حذف کرد که بسیار بسیار خوب و شگفت انگیز بود " .

از سوی دیگر، سرباره فولاد تنها 25 درصد از فسفر را حذف کرد. کریستنسن می‌گوید: " اما سرباره فولاد در میدوست بسیار آسان‌تر یافت می‌شود. بر اساس برنامه کاهش حذف مواد مغذی ایلینویز، ما تنها سعی می‌کنیم 45 درصد از فسفری که وارد آب‌های پایین دستی می‌شود را حذف کنیم. از آنجا که کشاورزی تنها عامل آن است میزان 25 درصد، بسیار خوب خواهد بود " .

این سیستم به روشنی نشان می‌دهد که چندین عامل ناشناخته باقی می‌ماند. رآکتورهای زیستی دوتایی و فیلترهای پی شکل باید در شرایط واقعی سنجیده شوند هر چند تعداد کمی از آنها قبلا در ایالات متحده نصب شده است. شاید مهم تر این است که محققان هنوز راه مناسبی برای دانستن اینکه چقدر فسفر از زمین‌های کشاورزی وارد زهکشی می‌شود، نیافته‌اند.

او می‌گوید: " ما شک داشتیم که در زهکشی‌های سفالی در ایلینویز فسفر زیادی موجود باشد اما مقداری هست. ما اکنون در حال پیدا کردن راه حل بهتری برای فهمیدن میزان فسفر موجود هستیم " .

می‌دانیم که فسفر به سادگی بیشتری از طریق شستشوی سطحی حرکت می‌کند. وقتی شما با فرسایش خاک مواجه هستید و آب، تیره و قهوه‌ای است، معمولا فسفر چسبیده به خاک وجود دارد. راه حل ساده کلی این است که اگر زهکشی سفالی دارید باید بیشتر نگران وارد شدن نیترات به آن آب باشید اما اگر زمین، شیب‌دار است باید بیشتر نگران فرسایش خاک و از دست دادن فسفر باشید.

ترجمه: محسن حدادی

L-960515-01