نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

ارزیابی خطر زیست‌محیطی لجن فاضلاب به برخی عناصر سنگین تصفیه ‎خانه فاضلاب شهری جنوب تهران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری دانشگاه زنجان
2 دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
3 موسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج، کرج، ایران
10.22125/iwe.2024.428680.1775
چکیده
به‌منظور ارزیابـی وضعیت آلودگـی و خطر زیست‌محیطی برخی فلـزات سـنگین در لجن‌های تصفیـه‎خانـه فاضلاب شهری جنوب تهران، غلظت عناصر مس، کروم، سرب، آرسنیک، نیکل، کبالت و کادمیم در لجن فاضلاب تهیه شده از 9 ایستگاه تصفیه‌خانه اندازه‌گیری شد. براساس مقادیر مجاز استاندارد مصرف جامدات زیستی، مقادیر میانگین مس (mg.kg-1274)، کروم (mg.kg-1 183) و سرب (mg.kg-1 100) بیش از مقادیر مجاز برای لجن درجه C1 و دارای درجه C2 بودند. برای ارزیابی خطرات فلزات سنگین از شاخص‌های زیست‌محیطی استفاده شد. میانگین شاخص‌های تک عاملی زمین انباشتگی (Igeo) و ضریب خطر اکولوژیکی بالقوه (Eir) نشان داد که مس و سرب برای شاخص Igeo و کادمیم و مس برای ضریب Eir مهمترین فلزات تاثیرگذار در آلودگی لجن بودند. مقدار شاخص آلودگی تک عاملی (PI) کروم، مس و سرب کلیه ایستگاه‌ها در کلاس آلودگی کم قرار داشتند. از نظر شاخصهای ترکیبی، شاخص آلودگی ترکیبی نمرو (PN)، کلیه ایستگاه‌ها، کلاس آلودگی کم داشتند. شاخص خطر بالقوه اکولوژیکی (RI)، ایستگاه‌های 5 و 6، کم‌خطر و سایر ایستگاه‌ها دارای خطر متوسط بودند. مقایسه شاخصهای ترکیبی نشان داد که ایستگاه‌های مختلف دارای کلاس‌های متفاوتی هستند و روند کلاسها در دو شاخص الزاما همراستا نیستند. با توجه به جامعیت شاخص RI می‌توان گفت لجن کلیه ایستگاهها بغیر از 5 و 6 دارای خطر متوسط می‌باشند. همچنین با توجه به کیفیت متفاوت نمونه‌های لجن فاضلاب استفاده از لجن جنوب تهران به عنوان کود یا بهساز توصیه نمی شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Ecological Risk Evaluation of Sewage Sludge to Some Heavy Metals from Municipal Wastewater Treatment Plant in Southern Tehran

نویسندگان English

yousef reza bagheri 1
Ahmad Golchin 2
, Hamed Rezaei 3
Leila Esmaeelnejad 3
1 Ph.D candidate, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Zanjan University
2 , Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Zanjan University, Zanjan, Iran
3 Soil and Water Research Institute (SWRI), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
چکیده English

This study investigates the pollution status and environmental risk posed by heavy metals in Sewage Sludge (SS) from the south Tehran wastewater treatment plant. Nine samples were collected and analyzed for Cu, Cr, Pb, As, Ni, Co, and Cd content. Concentrations of Cu (274 mg/kg), Cr (183 mg/kg), and Pb (100 mg/kg) exceeded authorized limits for C1 and C2 sludge grades. Environmental indicators assessed the risk associated with these metals. Single-factor indices (Geoaccumulation and potential ecological risk) identified Cu and Pb as the primary contributors to sludge pollution based on Igeo, while Cd and Cu were most responsible according to Eir. All stations received "low level of contamination" grades for Cr, Cu, and Pb based on the PI value index. Combined indices revealed slight pollution at all stations, as indicated by the Nemerow synthetic pollution index (PN). Potential ecological risk index (RI) indicated low risk for stations 5 and 6, and moderate risk for others. Comparison of combined indices showed differing risk classifications across stations, and trends between indices were not always consistent. High variability in SS composition across stations suggests that applying SS from the south Tehran plant as agricultural fertilizer or soil amendment is not generally recommended

کلیدواژه‌ها English

Environmental Risk
Geoaccumulation Index
heavy metals
Nemerow synthetic pollution index
potential ecological risk index
بلالی، م.ر،. ح. رضایی و ف. مشیری. 1393. وضعیت حاصلخیزی خاک­های کشور و ضرورت ارتقای توان آن برای خدمات­رسانی به تولیدات کشاورزی. ص. .17-48 در کتاب: خاوازی، ک. و همکاران (نویسندگان). برنامه جامع حاصلخیزی خاک و تغذیه گیاه در راستای افزایش خود اتکایی محصولات زراعی راهبردی .1393-1404 جلد اول، موسسه تحقیقات خاک و آب، کرج، ایران.
بی­نام، سازمان حفاظت محیط­زیست ایران، معاونت محیط­زیست انسانی­. 1390. حدود مجاز آلودگی خاک و آلاینده­های ورودی به آن برای کاربری های مختلف خاک و راهنماهای آن. نشانی اینترنتی: http://wsm.doe.ir
بی­نام، سازمان ملی استاندارد ایران، 1400. جامدات زیستی تصفیه خانه­های فاضلاب شهری- ویژگی­ها و پایش. استاندارد 22967
بی­نام، شرکت آب و فاضلاب استان تهران. 1402. تاسیسات کلان آبفای استان تهران. نشانی اینترنتی: https://www.tpww.ir/fa/projeh
شهبازی، ک.، ا. فتحی گردلیدانی و م. مارزی. 1401. بررسی وضعیت عناصر سنگین در خاک­های ایران: مروری جامع و انتقادی بر مطالعات گزارش شده. مجله تحقیقات آب و خاک ایران. دوره 53. شماره 5.  صص 1163-1210.
Abrahim, G.M. and R.J. Parker. 2008 Assessment of heavy metal enrichment factors and the degree of contamination in marine sediments from Tamaki Estuary, Auckland, New Zealand. Environmental Monitoring and Assessment,136, 227–238.
Birch, G.F. 2017. Determination of sediment metal background concentrations and enrichment in marine environments—A critical review. Science of The Total Environment, 580, 813–831.
Chen, T.B., Q.F. Huang., D. Gao., Y.Q. Zheng and J.F. Wu. 2003. Heavy metal concentrations and their decreasing trends in sewage sludges of China. Acta Scientiae Circumstantiae, 23, 561–569.
Cole, L.J., D.I. Mccracken., G.N. Foster and M.N. Aitken. 2001. Using Collembolato assess the risks of applying metal-rich sewage sludge to agricultural land in western Scotland. Agriculture, Ecosystems and Environment, 83, 177–189.
Eid, E.M. and K.H. Shaltout. 2016. Bioaccumulation and trans-location of heavy metals by nine native plant species grown at a sewage sludge dump site. Phytoremediation. 18:1075–1085.
Fatoba, P.O., C.O. Ogunkunle., O.O. Folarin and F.A. Oladele. 2016. Heavymetal pollution and ecological geochemistry of soil impacted by activities of oil industry in the Niger Delta, Nigeria. Environmental Earth Sciences, 75, 297.
Fang, X.S. and H. Luo. 2013. Spatial and industrial distribution pattern of heavy metals emission in industrial waste water. China Environmental Science, 33, 655–662.
Grotto, D., B.L. Batista., J.M.O. Souza., M.F.H. Carneiro., D.D. Santos., W.J. Melo and F. Barbosa. 2015. Essential and nonessential element translocation in corn cultivated under sewage sludge application and associated health risk. Water Air and Soil Pollution, 226, 261.
Guo, G.H., T. Chen., J.Yang., G. Zheng and G. Ding. 2014. Regional distribution characteristics and variation of heavymetals in sewage sludge of China. Acta Scientiae Circumstantiae, 34, 2455–2461.
Hakanson, L. 1980. An ecological risk index for aquatic pollution control, a sedimentological approach. Water Research, 14, 975–1001 .
Harrison, R.M., R. Tilling., M.S.C. Romero., S. Harrad and K. Jarvis. 2003. A study of trace metals and polycyclic aromatic hydrocarbons in the roadside environment. Atmospheric Environment, 37, 2391–2402.
ISO .2001. Soil quality e dissolution for the determination of total element content e part 1: dissolution with hydrofluoric and perchloric acids, ISO 14869-1, pp 1–5
Jones, J.B. 2001. Laboratory guide for conduction soil tests and plant analysis. CRC Press, 256p.
Kendir, E., E. Kentel and F.D. Sanin. 2015. Evaluation of heavy metals and associated health risks in a metropolitan wastewater treatment plant’s sludge for its land application. Hum. Ecological Risk Assessment. Int. 21, 1631–1643.
KeRpka, W., J. Antonkiewicz., C. Jasiewicz., F. Gambus and R. Witkowicz. 2016. The effect of municipal sewage sludge on the chemical composition of spring barley. Soil Science Annual. 67:124–130.
Kouidri, M., N.D. Youcef., I. Benabdellah., R. Ghoubali., A. Bernoussi and A. Lagha. 2016. Enrichment and geoaccumulation of heavy metals and risk assessment of sediments from coast of AinTemouchent (Algeria). Arabian Journal of Geosciences, 9, 354.
Li, Q., L. Hua., X.H. Xu., D.P. Wei and Y.B. Ma. 2011. A review on environmental effects and control criteria of biosolidagricultural application. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 19, 468–476.
Li, T., W. Li., X.M. Li., Z.X. Dong., F.W. Liu., W.P. Zhang and Y.S. Bu. 2015. Agricultural potential and security application of sewage sludge in Shanxi Province. Chinese Journal of Envionmental Engineering, 9, 3455–3460.
Liu, C.H. and R.P. Cote. 2015. Controlling chromium slag pollution utilizing scavengers: A case of Shandong Province, China. Waste Management and Research, 33, 363–369.
Mazurek, R., J. Kowalska., M. Ga˛siorek., P. Zadroz˙ny., A. Józefowska., T. Zaleski., W. Kepke., M. Tymczuk and K. Orlowska. 2017. Assessment of heavy metals contamination in surface layers of Roztocze National Park forest soils (SE Poland) by indices of pollution. Chemosphere, 168, 839–850.
Müller, G. 1969. Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River. Geo Journal, 2, 108–118.
Pan, L.B., J. Ma., Y. Hu., B.Y. Su., G.L. Fang., Y. Wang., Z.S. Wang., L. Wang and B. Xiang. 2016. Assessments of levels, potential ecological risk, and human health risk of heavy metals in the soils from a typical county in Shanxi Province, China. Environmental Science and Pollution Research, 23, 19330–19340.
Qin, F.X., C.F. Wei., S.Q. Zhong., X.F. Huang., W.P. Pang and X. Jiang. 2016. Soil heavy metal (loid)s and risk assessment in vicinity of a coal mining area from southwest Guizhou, China. Central South University, 23, 2205–2213.
Suanon, F., Q. Sun., X. Yang., Q. Chi., S.I. Mulla., D. Mama and C.P. Yu. 2017. Assessment of the occurrence, spatiotemporal variations and geoaccumulation of fifty-two inorganic elements in sewage sludge: A sludge management revisit. Scientific Reports, 7(1), p.5698.
Wu, J.G., Z.N. Zhao and Y.X. Cai. 2015. Analysis of chromium pollution for the leather processing industry. Environmental Sciences. Impact Assess, 37, 64–77.
Xiao, Z.H., X.Z. Yuan., L.J. Leng., L.B. Jiang., X.H. Chen., Z.B. Wu., X. Peng. J.C. Zhang and M.Z. Guang. 2016. Risk assessment of heavy metals from combustion of pelletized municipal sewage sludge. Environmental Sciences Pollution. Res, 23, 3934–3942.
Yakamercan, E., & Aygün, A. (2021). Ecological risk assessment of domestic sewage sludge: A case study. Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences, 39-422-433.
Yao, J.L., H.Y. Wang., Y.J. Yu., Q. Wang and X.R. Wang.  2010. Pollution status and characteristics of heavy metals in sewage sludge from municipal wastewater treatment plants. Environmental Sciences, 23, 696–702.
Yari, M., G. Rahimi., E. Ebrahimi., S. Sadeghi., M. Fallah and E. Ghesmatpoor. 2016. Effect of three types of organic fertilizers on the heavy metals transfer factor and maize biomass. Waste Biomass Valorization. 8: 2681–2691.