بررسي اثر قرارگيري لايه بايوچار در محيط متخلخل بر منحني رخنه و پروفيل توزيع نيترات

Effect of Biochar layer on Break Through curve on porous media and nitrate distribution profile

فرآيند هاي زيادي موجب تشديد آلودگي مربوط به نيترات در آب هاي زيرزميني مي شوند. آبشويي نيترات از زمين هاي كشاورزي علاوه بر زيان هاي اقتصادي ناشي از استفاده بيشتر از كود هاي نيتراته، لطمات جبران ناپذيري به محيط‌زيست وارد مي كند. كاربرد بايوچار در خاك به عنوان يك روش مطلوب براي كاهش آبشويي عناصر غذايي خاك مطرح شده است. بدين منظور، اين پژوهش با هدف كاربرد بايوچار برگ درخت خرما بر كاهش آبشويي نيترات از خاك و بررسي تاثير تغييرات افزايشي وكاهشي ضريب انتشار و ضريب ايزوترم جذب بر منحني رخنه و پروفيل توزيع نيترات انجام شد. در اين پژوهش از مدل HYDRUS- 1D براي مقايسه تغييرات منحني رخنه و پروفيل توزيع نيترات در نقاط مختلف نمونه خاك استفاده شد. پارامترهاي هيدروليكي بايوچار از طريق اندازه گيري به دست آمدند. نتايج نشان داد كه افزايش مقدار عددي ايزوترم جذب بايوچار باعث مي شود منحني رخنه نيترات به سمت راست كشيده شده و غلظت نيترات خروجي كاهش يابد؛ در حالي كه با افزايش ضريب انتشار طولي بايوچار، كاهش غلظت نيترات خروجي كاهش يافته و منحني رخنه به سمت چپ كشيده مي شود. . وجود لايه بايوچار، مقدار نيترات توزيع شده در انتهاي ستون را حدود 61 درصدكاهش داد. با افزايش مقدار عددي ايزوترم جذب و كاهش ضريب انتشار بايوچار، سرعت انتقال آلاينده به اعماق خاك كاهش مي يابد كه اين به معناي خروج ديرتر و كمتر املاح از ستون خاك با لايه بايوچار مي باشد. نتايج آناليزمومنتم نشان داد كه ميزان جرم آلاينده ي خروجي از ستون در حالت بدون بايوچار 36/15 ميلي گرم بر سانتي متر مكعب بر ساعت و در حالت استفاده از بايوچار برابر 78/13 ميلي گرم بر سانتي متر مكعب بر ساعت است كه بيانگر كاهش 3/10 درصدي در خروج آلاينده از ستون مي باشد. اين مقدار در تمامي تيمارهاي پژوهش كمتر از شاهد بود و نشان مي دهد كه بايوچار تحت هر شرايطي باعث جذب آلاينده از محيط آبي و كاهش ميزان فرونشت آن به اعماق خاك خواهد گرديد.

Many processes amplify the nitrate contamination in the groundwater. In addition to economic losses caused by further utilization of nitrate fertilizers, nitrate leaching from agricultural lands imposes irreparable damages to the environment .Biochar has been recently used as an optimal method to decrease the leaching of soil nutrients. To meet this purpose, the present study was carried out to investigate the effect of using Biochar on the decrease of nitrate leaching from soil as well as the effect of changes (including increase and decrease) of dispersivity coefficient and absorption isotherm coefficient on the break through curve and nitrate distribution profile. The HYDRUS-1D model was used to simulate the variations of the break through curve (BTC) and nitrate distribution profile in different points of the soil depth Biochar hydraulic parameters were measured in the lab. The results showed that increasing the value of Biochar adsorption isotherm decreases the output nitrate concentration and causes the nitrate BTC moves to the right side (Retardation). The results also showed that the increase of the Biochar dispersivity coefficient decreases the reduction rate of output nitrate concentration and causes nitrate BTC moves to the left side. The results also showed that the presence of the Biochar layer can decrease the content of nitrate distributed at the end of the column by about 61%. The transfer velocity of pollutants into the soil depth also decreased with the increase of the Biochar adsorption and decrease of dispersivity coefficient meaning that the solutes exit later and less from the soil column when the biochar layer is used. The results of momentum analysis showed that the value of output pollutant mass from the column in the case of non-Biochar is 15.36 (mg/cm3×h) while in the case of using Biochar is 13.78 (mg/cm3×h) indicating a 10.3% reduction of output pollutant from the column. In all treatments, this value was lower than the control treatment meaning that the Biochar, can absorb contaminants in all conditions from the aquatic environment and reduce the contaminant percolation to the soil depths.