پهنه‏‌بندی نیترات‌زدایی با تاکید بر هیدروشیمی‌ در آبخوان شهری ایذه، شمال شرق خوزستان

فصلنامه آب و توسعه پایدار

مقاله 6، دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 35، خرداد 1404، صفحه 46-63   

نوع مقاله: مطالعه موردی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jwsd.v12i1.2401-1401

نویسندگان

علی محرابی‌نژاد¹؛ نصرالله کلانتری^{* 1}؛ فرشاد علی جانی²؛ هادی محمدی¹

¹گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

²گروه زمین‌شناسی معدنی و آب، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

آب شرب شهر ایذه در شمال شرق خوزستان، از چاه‌های آهکی در آبخوان کارستی نعل اسبی جنوب دشت که در ارتباط هیدروژئولوژیکی مستقیم با آبخوان آبرفتی است، تأمین می‌شود. به دلیل نفوذ آلودگی نیترات از آبخوان آبرفتی به آبخوان کارستی، تعیین وضعیت نیترات در آبخوان و تأثیر فرآیند نیترات‌‌‌‌زدایی طبیعی بر روی کاهش غلظت نیترات در آن بسیار اهمیت دارد. در این پژوهش تغییرات زمانی نیترات، آمونیوم و نیتریت و تغییرات مکانی نیترات در آبخوان شهری ایذه برای تعیین سازوکار نیترات‌‌‌‌زدایی بررسی شد. در یک دوره یکساله (آذر 1402-آبان 1403) از 9 حلقه چاه در 6 دوره، نمونه‌برداری صورت گرفت. سپس نقشه‌های هم غلظت نیترات تهیه و همراه با تغییرات زمانی گونه‌های نیتروژن‌دار، کموگراف نیترات تفسیر شده و در نهایت پهنه‌بندی مکانی نیترات‌‌‌‌زدایی و ارتباط نیترات‌زدایی با سایر پارامترهای هیدروژئوشیمی‌با استفاده از نمودارهای ترکیبی تحلیل شدند. نتایج نشان داد با فروشویی آلاینده‌ها از سطح و کودهای شیمیایی اعمالی به زمین‌های زراعی که عمدتا در دی و بهمن ماه در منطقه ایذه انجام می‌شود، غلظت نیترات در آبخوان شهری ایذه از آذر 1402 تا فروردین 1403 روند افزایشی شدید داشته، ولی از فروردین تا خرداد 1403 در کل آبخوان کاهش یافته است. آب زیرزمینی در شمال شهر ایذه و در مجاورت تالاب میانگران، به دلیل آلودگی شدید با فاضلاب شهر ایذه، تحت شرایط احیایی و نیترات‌‌‌‌زدایی شدید قرار دارند و حداقل غلظت نیترات را در بین چاه‌های آب معرف دارد. بر اساس نقشه پهنه‌بندی نیترات‌زدایی، بیشترین و کمترین مقدار ثابت نرخی نیترات‌‌‌‌زدایی به ترتیب مربوط به شمال شرق و جنوب غرب شهر ایذه می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

نیترات؛ آلودگی؛ نیترات‌‌‌‌زدایی؛ آبخوان شهری؛ ایذه

مراجع

علیجانی، فرشاد. (1381). هیدروژئوشیمی و آلودگی آب‏‌های زیرزمینی دشت ایذه. پایان‏‌نامه کارشناسی‌ارشد. دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی. تهران، ایران.

ناصری، حمیدرضا و علیجانی، فرشاد. (1386). بررسی منابع آلاینده آب‌‏های زیرزمینی دشت ایذه، شمال شرق خوزستان. فصلنامه علوم محیطی، 4 (4)، 46-33. https://envs.sbu.ac.ir/article_96668.html

Abascal, E., Gomez-Coma, L., Ortiz, I., & Ortiz, A. (2022). Global diagnosis of nitrate pollution in groundwater and review of removal technologies. Science of The Total Environment, 810, 354-362. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152233

Aleku, D.L., Dähnke, K. & Pichler, T. (2024). Source, transport, and fate of nitrate in shallow groundwater in the eastern Niger Delta. Environmental Science and Pollution Research, 31, 65034–65050. https://doi.org/10.1007/s11356-024-35499-6

Amiri, H., Zare, M., & Widory, D. (2015). Nitratenitrogen and Oxygen Isotope Characterization of the Shiraz Aquifer (Iran). Procedia Earth and Planetary Science, 13, 52–55. https://doi.org/10.1016/j.proeps.2015.07.012

Amiri, V., Ali Khan, S., Sohrabi, N., & Amiri, F. (2023). Hydrogeochemical evaluation with emphasis on nitrate and fluoride in urban and rural drinking water resources in western Isfahan province, central Iran. Environmental Science and Pollution Research, 30, 108720–108740. https://doi.org/10.1007/s11356-023-30001-0

Bailey, R. T., Baù, D. A., & Gates, T. K. (2012). Estimating spatially-variable rate constants of denitrification in irrigated agricultural groundwater systems using an Ensemble Smoother. Journal of Hydrology, 468-469, 188–202. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.08.033

Benekos, A.K., Vasiliadou, I.A., Tekerlekopoulou, A.G., Alexandropoulou, M., Pavlou, S., Katsaounis, A., & Vayenas, D.V. (2023) Groundwater denitrification using a continuous flow mode hybrid system combining a hydrogenotrophic biofilter and an electrooxidation cell. Journal of Environmental Management, 339, 654-655. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117914

Castaldelli, G., Colombani, N., Tamburini, E., Vincenzi, F., & Mastrocicco, M. (2018). Soil type and microclimatic conditions as drivers of urea transformation kinetics in maize plots. Catena, 166, 200–208. https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.04.009

Chakraborty, A., Suchy, M., Hubert, C.R.J., & Ryan, M.C. (2022) Vertical stratification of microbial communities and isotope geochemistry tie groundwater denitrification to sampling location within a nitrate-contaminated aquifer. Science of The Total Environment, 820, 312-325. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153092

Chander, S., Yadav, S., & Gupta, A. (2023). Nitrate Contamination in Groundwater of Arid and Semi-Arid Regions, Ecotoxicological Impacts, and Management Strategies. Springer, 126(9), 339-370. https://doi.org/10.1007/698_2023_1047

Green, C. T., Jurgens, B. C., Zhang, Y., Starn, J. J., Singleton, M. J., & Esser, B. K. (2016). Regional oxygen reduction and denitrification rates in groundwater from multi-model residence time distributions, San Joaquin Valley, USA. Journal of Hydrology, 543, 155–166. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.05.018

He, X., Liu, Z., Qian, J., Zhao, W., & Liu, Y. (2016). Distribution of Nitrate in Different Aquifers in the Urban District of Zhanjiang, China. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 97(2), 279–285. https://doi.org/10.1007/s00128-016-1822-7

Hinkle, S. R., & Tesoriero, A. J. (2014). Nitrogen speciation and trends, and prediction of denitrification extent, in shallow US groundwater. Journal of Hydrology, 509, 343–353. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.11.048

Hinshaw, S. E., Zhang, T., Harrison, J. A., & Dahlgren, R. A. (2019). Excess N2 and denitrification in hyporheic porewaters and groundwaters of the San Joaquin River, California. Water Research, 115161. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.115161

Hu, Y., Jin, Z., Hu, Q., Hu, J., Ni, C., Li, F. (2020). Using stable isotopes to identify nitrogen transformations and estimate denitrification in a semi-constructed wetland. Science of The Total Environment, 720, 137628. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137628

Jahangir, M. M. R., Fenton, O., Müller, C., Harrington, R., Johnston, P., & Richards, K. G. (2017). In situ denitrification and DNRA rates in groundwater beneath an integrated constructed wetland. Water Research, 111, 254–264. https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.01.015

Ke, S., Chen, J., Zheng, X., & Sun, X. (2021). Reference ion method: A simple and fast method for quantitatively identifying the source of nitrate and denitrification rate in groundwater. Science of The Total Environment, 769, 144555. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144555

Lapworth, D.J., Boving, T.B., Kreamer, D.K., Kebede, S., & Smedley, P.L. (2022). Groundwater quality: Global threats, opportunities and realising the potential of groundwater. Science Total Environment, 811, 543-552 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152471

Li, R., Feng, C., Hu, W., Xi, B., Chen, N., Zhao, B., Liu, Y., Hao, C., & Pu, J. (2016). Woodchip-sulfur based heterotrophic and autotrophic denitrification (WSHAD) process for nitrate contaminated water remediation. Water Research, 89, 171-179. https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.11.044

Li, C., Li, S.L., Yue, F.J., Liu, J., Zhong, J., Yan, Z. F., Zhang, R.-C., Wang, Z.J., & Xu, S. (2019). Identification of sources and transformations of nitrate in the Xijiang River using nitrate isotopes and Bayesian model. Science of the Total Environment, 646, 801-810. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.07.345

Mahlknecht, J., Torres-Martínez, J.A., Kumar, M., Mora, A., Kaown, D., & Loge, F.J. (2023). Nitrate prediction in groundwater of data scarce regions: The futuristic fresh-water management outlook. Science of The Total Environment, 905, 78-93. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166863

Mirbagheri, S. A., Ahmadi, S., & Biglari-Joo, N. (2014). Denitrification of nitrate-contaminated groundwater in an anoxic rotating biological contactor: a case study. Desalination and Water Treatment, 57(10), 4694-4700. https://doi.org/10.1080/19443994.2014.994106

Mohseni-Bandpi, A., & Elliott, D.J. (1998). Groundwater denitrification with alternative carbon sources. (1998). Water Science and Technology, 38(6), 54-62. https://doi.org/10.1016/s0273-1223(98)00597-6

Murphy, D.J., Dillon, P., Donovan, M.O., Shalloo, L., & Ruelle, E. (2024). Nitrate leaching on Irish grassland dairy farms: A review. European Journal of Agronomy, 153, 267-279. https://doi.org/10.1016/j.eja.2023.127042

Nassery, H. R., Alijani, F., & Mirzaei, L. (2009). Environmental characterization of a karst polje: an example from Izeh polje, southwest Iran. Environmental Earth Sciences, 59(1), 99–108. https://doi.org/10.1007/s12665-009-0008-6

Nejatijahromi, Z., Nassery, H. R., Hosono, T., Nakhaei, M., Alijani, F., & Okumura, A. (2019). Groundwater nitrate contamination in an area using urban wastewaters for agricultural irrigation under arid climate condition, southeast of Tehran, Iran. Agricultural Water Management, 221, 397–414. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2019.04.015

Ortega-Martinez, E., Toledo-Alarcon, J., Fernandez, E., Campos, J.L., Oyarzún, R., Etchebehere, C., Cardena, R., Cabezas, A., Kook, L., Bakonyi, P., Magdalena, J.A., Trably, E., Bernet, N., & Jeison, D. (2024). A review of autotrophic denitrification for groundwater remediation: A special focus on bioelectrochemical reactors. Journal of Environmental Chemical Engineering, 12(1), 132-144. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.111552

Pan, Y., She, D., Ding, J., Abulaiti, A., Zhao, J., Wang, Y., Liu, R., Wang, F., Shan, J., Xia, Y. (2024). Coping with groundwater pollution in high-nitrate leaching areas: The efficacy of denitrification. Environmental Research, 250, 420-433. https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.118484

Qian, J., Wang, L., Liu, Y., Wu, B., & Wang, X. (2014). Distribution of nitrate and its implication for the contaminant source in groundwater of Huaibei Plain, Anhui Province. Geosciences Journal, 19(3), 537–545. https://doi.org/10.1007/s12303-014-0051-5

Sotoodehnia, S., Mahdavi Mazdeh, A., Banning, A., & Wohnlich, S. (2024). Evaluating heterotrophic and autotrophic denitrification rates–experiments using organics and different grades pyrites. Journal of Water Process Engineering, 65, 34-51 https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024.105729

WHO (World Health Organization). (2017). Guidelines for drinking-water quality.4th edition. ISBN: 978-92-4-154995-0. https://www.who.int/publications/i/item/9789241549950

Zaryab, A, Alijani F, Knoeller K, Minet E, Musavi SF, & Ostadhashemi Z. (2024). Identification of groundwater nitrate sources in an urban aquifer (Alborz Province, Iran) using a multi-parameter approach. Environmental Geochemistry and Health.;46(3), 100.234-248. https://doi.org/10.1007/s10653-024-01872-0. PMID: 38407701

Zendehbad, M., Cepuder, P., Loiskandl, W., & Stumpp, C. (2019). Source identification of nitrate contamination in the urban aquifer of Mashhad, Iran. Journal of Hydrology: Regional Studies, 25, 100618. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2019.100618