بررسي برخي پيامدهاي زيست محيطي نظام توليد شكر استان خوزستان
چكيده
اهميت بخش كشاورزي به عنوان مهمترين بخش در تامين مواد غذايي به خوبي روشن ميباشد.كشاورزي داراي اثرات اوليه و ثانويه بر محيط زيست بوده كه افزايش انتشار گازهاي گلخانه اي در جهان ناشي از مصرف بيرويه انواع مختلف حاملهاي انرژي است. اين مسئله سبب بروز پيامدهاي منفي براي محيط زيست از جمله گرمايش جهاني شده و اثرات زيست محيطي زيادي بر مناطق مختلف داشته است.عمدهترين پيامدهاي زيست محيطي در توليد شكر در مرحله زراعي توليد شكر شامل: تسطيح و آماده سازي زمين، آبياري اراضي تحت كشت، كاربرد سموم شيميايي و كود و سوزاندن مزارع جهت برداشت نيشكر از مزارع و نيز فاضلاب كارخانه فرآوري شكر ميباشد كه افزايش ازت و فسفر در محيطهاي اكوسيستمهاي آبي به تسريع رشد گياهان آبزي به ويژه پلانكتونهاي گياهي در رودخانه منجر ميشود. علاوه بر تغييرات اكولوژيك رودخانه و افزايش گياهان آبزي در حاشيه رودخانه، كاهش اكسيژن محلول نيز پديد ميآيد. به منظور بررسي ميزان آلودگي نظام توليد شكر استان خوزستان تحقيقي در دو واحد مختلف توليدي شكر صورت گرفت كه برخي پيامدهاي زيست محيطي توليد شكر همچون الودگي ناشي از مصرف كودها، سموم، دود ناشي از اتش زدن نيشكر در هنگام برداشت و آلودگي پساب كارخانه فراوري شكر بررسي شد كه نتايج بررسي آلودگي سموم مصرفي نشان داد كه ميانگين خطر مصرف سموم واحد A در دو سال 88 و 89 بيشتر از واحد B بوده ولي در دو سال 90 و 91 كمتر بوده است.نتايج تجزيه واريانس نشان داد كه تفاوت معني داري بين دو واحد توليدي وجود نداشته است و شاخصهاي مورد بررسي دو واحد تفاوت معني داري با هم نداشته اند.
كلمات كليدي:
آلودگي زيست محيطي، كارخانه شكر، رودخانه كارون، نيشكر
مقدمه
كشاورزي بزرگترين و قديميترين صنعت جهان است. توليد، فرآوري و توزيع مواد غذايي همگي محيط زيست را تغيير ميدهند. به دليل عظمت و وسعت اين صنعت اثرات آن بر محيط زيست غير قابل اجتناب بوده و ميتواند جنبههاي مثبت و يا منفي داشته باشد. براي مثال علفكشها و آفتكشهاي جديد در كوتاه مدت انقلابي در كشاورزي بوجود آوردهاند. امادر دورههاي طولاني اثرات نامطلوب بر محيط زيست ثابت شده است.كشاورزي داراي اثرات اوليه و ثانويه بر محيط زيست بوده كه اثرات اوليه آن تاثيراتي است كه در محل كشاورزي بهوقوع مي پيوندد و اثرات ثانويه در محل صورت نگرفته بلكه توسط باد و جريانهاي سطحي يا زيرزميني آب بر محيط وارد ميگرددكه اثرات كشاورزي شامل سه گروه محلي، منطقه اي و جهاني است. اثرات محلي در مكانهايي كه كشاورزي انجام ميگيرد، بوجود ميآيد وشامل فرسايش، از دست رفتن خاك و افزايش رسوبات در رودخانههاي محلي ميباشند. اثرات منطقه اي از تركيبي عمليات كشاورزي در مناطق بزرگ ناشي ميشود كه شامل بهوجود آمدن بيابانها، آلودگي در مقياس زياد، افزايش رسوبات در رودخانههاي اصلي مصب و دهانه رودخانهها و تغييرات در حاصلخيزي شيميايي خاكها در مناطق بزرگ ميباشند. اثرات جهاني آنهايياند كه باعث تغييرات اقليمي و نيز تغييرات وسيع بالقوه در چرخههاي شيميايي ميگردند.مشكلات اصلي ناشي از كشاورزي در زمينه مسائل زيستمحيطي شامل جنگلزدايي، كويرزدايي، فرسايش خاك، چراي مفرط، تخريب منابع آبي، تجمع فلزات سنگين، تجمع تركيبات آلي سمي، آلودگي آب و رشد بيش از حد جلبكها ميباشند(پاينده،.(1380افزايش انتشار گازهاي گلخانه اي در جهان ناشي از مصرف بيرويه انواع مختلف حاملهاي انرژي است. اين مسئله سبب بروز پيامدهاي منفي براي محيط زيست از جمله گرمايش جهاني شده و اثرات زيست محيطي زيادي بر مناطق مختلف داشته است. آثار سوء اين پديده به ويژه در نواحي گرمسير و نيمه گرمسير، نظير ايران نمود بيشتري دارد، مواردي چون گسترش نواحي بياباني، افزايش نياز به آب براي كشاورزي و افزوني برخي بيماريها، از جمله پيامدهاي زيستمحيطي آن است
(شاهحسيني،
.(1389اكسيدهاي گوگرد((SOx،اكسيد هاي نيتروژن((NOx،مونواكسيدكربن((CO،ذراتمعلق((PM،هيدروكربنها((HC و
دياكسيدكربن((CO2 از جمله گازهاي آلاينده و گلخانه اي هستند كه در اثر فعاليتهاي بخش انرژي بهويژه احتراق سوختهاي هيدروكربني به جو راه مييابند.گازهاي گلخانه اي مانندCO2سبب بروز پديده تغيير آب و هوا و گرمايش جهاني شده و از بعد جهاني حائز اهميت ميباشند. در صورتي كه گازهاي آلايندهاي مانند NOx،SOx و CO سبب بارش بارانهاي اسيدي، بروز مخاطرات بهداشتي و سلامتي براي انسان و ساير موجودات گرديده و عمدتا از ديدگاه منطقه اي و ملي مورد توجه قرار ميگيرند(ترازنامه انرژي، .(1391از آنجا كه توليد كشاورزي بر پايه محيط زيست بنا شده است همواره بين كشاورزي و محيط زيست رابطه دو طرفهاي وجود دارد كه حامل اثرات و پيامدهاي منفي و مثبت متعددي ميباشد. از جمله اقدامات تخريبي كه نقش بهسزايي در آسيب رساندن به ساختمان خاك، منابع آبي، محيط زيست، ميكروارگانيسمها ومواد آلي و معدني خاك دارد آتش زدن مزارع به منظور نابودي بقاياي گياهي، مبارزه با علفهاي هرز، آفات و صرف هزينه بهظاهر كمتر اقتصادي و زماني زمين جهت كشت بعدي ميباشد. همه ساله هزاران تن بقاياي كشاورزي در ايران سوزانده و يا دور ريخته ميشود. ضايعات اجباري و بقاياي كشاورزي و صنعتي كه در اكثر نقاط كشور به وفور يافت ميشود شامل بقاياي غلات، دانههاي روغني، حبوبات، سرشاخههاي درختان، مواد زائد كارخانجات صنايع تبديلي نظير چاي، قند، نيشكر و... ميباشد (عزيزي، .(1383 آلايندگي ناشي از كودها و سموم شيمياييكه به عنوان يك عامل كمكي توسط بشر وارد اكوسيستمها گرديده است هميشه بهعنوان يك موضوع مورد بحث مطرح بوده است.تاثير اين عواملرا ميتوان از سه بعد تاثير بر روي هوا و اقليم، تاثير بر روي خاك و موجودات آن و تاثير بر روي آبهاي زيرزميني و سطحي و در نتيجه موجوداتمصرفكننده آن بررسي كرد(ماكدو1 و همكاران، .(2008حجم عمدهاي از كودها و سموم مصرف گرديده وارد آب ميگردد كه اين آبها مجددا وارد چرخه گردش آب گرديده و از اين طريق وارد آب آشاميدني انسان، دام و موجودات مخصوصا موجودات آبزي گشته كيفيت زندگي آنها را تغيير ميدهد (ماكدو و همكاران، .(2008
عمدهترين پيامدهاي زيست محيطي در توليد شكر در مرحله زراعي توليد شكر شامل: تسطيح و آماده سازي زمين، آبياري اراضي تحت كشت، كاربرد سموم شيميايي و كود و سوزاندن مزارع جهت برداشت نيشكر از مزارع و نيز فاضلاب كارخانه فرآوري شكر ميباشد كه در مرحله خاكبرداري و جابجايي مقدار زيادي خاك زراعي، احداث كانالهاي آبرساني، كانالهاي روباز زهكشي و شستشوي خاك سبب از بين رفتن پوشش گياهي و فرسايش خاك شده و سبب افزايش مواد معلق در جريانهاي آب منطقه ميشود. مصرف انواع كودها جهت جبران مواد شسته شده از خاك ضروري ميباشد. كودهاي اوره و نيترات آمونيوم داراي قابليت انحلال زياد در آب هستند و باعث افزايش هدايت الكتريكي، PH و كل جامدات محلول در زهابها ميشوند. كودهاي فسفره مانند فسفات آمونيوم (با 46 درصد (P2O5 به كندي در آب حل ميشوند ولي توسط كلوئيدهاي خاك به خوبي جذب ميگردد.
افزايش ازت و فسفر در محيطهاي اكوسيستمهاي آبي به تسريع رشد گياهان آبزي به ويژه پلانكتونهاي گياهي در رودخانه منجر ميشود. علاوه بر تغييرات اكولوژيك رودخانه و افزايش گياهان آبزي در حاشيه رودخانه، كاهش اكسيژن محلول نيز پديد ميآيد.
در كاربرد سموم، چنانچه از تركيبات كلره نظير ديآلدرين، انورين و تيودان كه از بادوامترين حشرهكشها به شمار ميروند، استفاده شود به دليل خاصيت تجمعي در نسوج چربي بدن انسان و جانوران ميتواند باعث ايجاد مسموميت مزمن و نيز سرطان و مرگ شود. علفكشهاي مورد استفاده شامل توفوردي، لاسويا آلاكلر، اراديكان 8)ليتر در هكتار)، گزاپريم 5)كيلوگرم در هكتار) و رانداپ ميباشد. كودها، اغلب كودهاي اوره46درصد وفسفات آمونيوم 46)درصد فسفر و 18درصد ازت) استفاده ميشود (پاينده، .(1380 از ديگر منابع آلايندگي مزرعهاي، دود ناشي از سوزاندن مزارع نيشكر در هوا است كه تاكنون تحقيق جامعي در اين مورد انجام نشده است كه در مجموع خسارات اكولوژيكي، زيباشناسي، بهداشتي و آلودگي هوا را در بر ميگيرد و منبع ديگر آلودگي رودخانههاي منطقه ، فاضلابهاي صنعتي تخليه شده به رودخانه كارون است.سزمريك ساني1، 1994 و ريپولي2 و همكاران، 2000، افزايش قابل ملاحظهاي در ميزان مونواكسيدكربن و ازون در اتمسفر اطراف نيشكر در سائوپائولو (برزيل) در زمان سوزاندن پيش از برداشت را گزارش دادند (كايرشهف3 و همكاران، .(1988 در ارتباط با ارائه الگوها توسط وير4، پارك و همكارانش5 گزارش كردند كه سوزاندن نيشكر قبل از برداشت بزرگترين منبع توليد و انتشار گازهاي گلخانه اي در كشت نيشكر استراليا است.در برزريل، آلايندههاي انتخاب شده در اتمسفر شهر و نيز اطراف مزارع گوتاكازس6 را بررسي كردند، و نتيجه گرفتند كه دود وسايل نقليه و سوزاندن باگاس و بقاياي نيشكر دو منبع بزرگ آلودگي هوا بودند (داسسانتوس7، .(2002كامپوس مارتين8 و همكاران بيان ميكنند كه سولفور موجود در سوختها و روغنهاي مصرفي در ماشينها موجب ايجاد آلودگي محيط زيست مانند بارانهاي اسيدي و آلودگي هوا ميشود. امروزه بسياري از كشورها در قوانين محيط زيستي خود محدوديتهايي براي وجود سولفور در سوختهاي مورد استفاده در حمل و نقل دارند (ميت9و همكاران، .(2003 احتراق سوختهاي فسيلي بزرگترين انتشار دهنده آلايندهها، مصرف آنها رشد سريعي از سال 1970 تا كنون داشته است. انتشار جهاني گاز دي اكسيد كربن از سال 1970 تاكنون سريعتر از هر زمان ديگر بوده است (بينام، .(2007كارادمير(2005) 10 در تحقيقي آلودگي هوا بالقوه از احتراق سوخت در بويلرهاي صنعتي در شهركاكيلي11 تركيه در سال 2005 ارزيابي كردند كه بيان كردند عوامل انتشار محاسبه شده براي آلايندههايي شامل PM، NO2، SO2، CO و فرمالدهيد قابل مقايسه با دادههاي ديگر كشورها ميباشد.نوروزي و همكاران (1389) طي تحقيقي نقش چشمهها و چاهكهاي انتشار گاز گلخانه اي متان در پديده گرمايش جهاني را بررسي كردند و بيان كردند كه با توجه به رشد بالاي جمعيت و افزايش نياز به محصولات كشاورزيبخصوص برنج و همچنين توسعه دامداريها تمركز متان يكي از مهمترين معضلات جامعه جهاني خواهد.حسيني زارع (1381) طي تحقيقي تاثير اراضي فارياب و طرحهاي توسعه نيشكر در خوزستان بر كيفيت آب رودخانه كارون را بررسي كردند كه نتايج تحقيق نشان داد آلايندههاي كشاورزي، صنعتي و شهري به ترتيب حجمي معادل 1886/45 و 218/92 و 181/33 ميليون مترمكعب پساب در سال به رودخانه تخليه مينمايند كه از لحاظ بار آلي الايندههاي صنعتي در مرتبه اول و شهري و كشاورزي در رتبه دوم و سوم قرار گرفتند.قدرتي (1391) طي تحقيقي با بررسي ميزان انتشار گازهاي گلخانه اي متان و دياكسيدكربن كارخانه خميرمايه دعبل ميزان گاز متان را 1/93 و گاز دياكسيدكربن 124766/17 تن در سال محاسبه كردند.نظري قهرودي (1384) در تحقيقيعوامل انتشار الايندههاي نيروگاههاي با سوخت فسيلي را بررسي كردند كه نتيجه گرفتند كه عوامل انتشار گاز مونواكسيدكربن در نيروگاههاي با سوخت مازوت از بين نيروگاههاي مورد مطالعه داراي بيشترين مقدار و عامل انتشار SO4 در نيروگاههاي با سوخت گاز طبيعي داراي حداقل مقدار خود بوده و فاكتور انتشار آلاينده NOXدر تمام نيروگاهها بيشترين مقدار را در نيروگاه صرفا با گاز طبيعي و كمترين مقدار را در نيروگاه با سوخت مازوت دارد.در توليد شكر در استان خوزستان تاكنون در زمينه بررسي آلودگيهاي زيست محيطي توليد شكر در طي مراحل اوليه توليد در مزرعهو فرآوري آن در كارخانه تحقيق جامعي صورت نگرفته است.بررسي سيستم توليدي شكر ازديدگاهآلايندگيهاي زيست محيطي در راستاي ارائه تصوير شفاف از وضعيت موجود و تعيين شكاف بين وضعيت موجود و مطلوب و همچنين مقايسه بين واحدهاي مختلف توليدي از اهميت بسياري برخوردار است و ميتواند زمينه بهبود وضعيت نظام توليد را فراهم آورد. با توجه به دامنه گسترده اجتماعي و اقتصادي، اين محصول ميتواند به عنوان يكي از عوامل اصلي رشد، پيشرفت و اشتغالزايي در استان خوزستان ايفاي نقش نمايد. از اين رو در اين تحقيق به منظور بررسي ميزان آلودگيهاي زيست محيطينظام توليد شكر در استان خوزستان در طي عمليات توليد مزرعهاي و فرآوري در كارخانه، تحقيقي جامع انجام گرفت.
مواد و روشها
آلودگي زيست محيطي در فرايند توليد شكر شامل آلايندگيهاي ايجاد شده در اثر استفاده از سموم و كودهاي شيميايي، آلودگيهاي ايجاد شده در اثر مصرف سوخت توسط ماشينها، آلودگيهاي ايجاد شده در اثر سوزاندن بقاياي نيشكر و آلودگيهاي كارخانه استحصال شكر شامل آلودگيهاي دودي ناشي از سوخت مصرفي ديگهاي بخار،آلودگيهاي منابع پسابها و آلودگيهاي الكتريسيته در كارخانه ميباشد. براي محاسبه ميزان آلودگي براي هر بخش، ميزان مصرف نهاده مربوطه به ازاي واحد سطح يا واحد محصول توليد شده محاسبه گرديده و با توجه به ميزان آلودگي به ازاي هر واحد از نهاده مصرفي (بدست آمده از شاخصهاي موجود)، ميتوان كل آلودگي ايجاد شده در اثر مصرف يك نهاده جهت توليد يك واحد از محصول را برآورد نمود. همچنين با در نظر گرفتن ميزان بقاياي سوزانده شده و آلودگي ايجاد شده در اثر سوزاندن هر واحد از بقايا، ميتوان كل آلودگي حاصل از سوزاندن بقايا را محاسبه نمود (سامي، .(1389
در رابطه با مزرعه نيشكر، آتش زدن مزرعه به عنوان منبع انتشار گازهاي CO2 و CH4 در نظر گرفته شده است. فاكتورهاي انتشار اعلام شده توسط سازمانهاي مختلف، يا براساس آتش زدن ني گياه نيشكر هستندو يا براساس آتش زدن تراش نيشكر(برگهاي متصل به ني، كه هيچگونه كاربردي در كارخانجات توليد شكر ندارند وفاقد مواد قندي هستند) ميباشند.در جدول((4 عوامل انتشار گازهاي CO2 و CH4 مربوط به سوزاندن ني نيشكر در طول دورهي برداشت درمزارع نيشكربرحسب گرم گازمنتشر شده، به ازاي هركيلوگرم ني سوزانده شده آورده شدهاند .(CEPA2, 2010)
جدول .(4) فاكتورانتشار CO2 و CH4حاصل از سوزاندن ني نيشكر
ضريب انتشار براساس سوزاندن تراش نيشكر فقط براي گاز CH4 داده شده و انتشار گاز CO2از سوزاندن تراش نيشكر ناچيز بيان شده است. در جدول (5) ضريبهاي انتشار گاز CH4بر حسب كيلوگرم گازCH4 منتشر شده در ميزان تراش سوزانده بر
حسب تن و همچنين بر حسب كيلوگرم گاز CH4 منتشر شده در ميزان مواد خشك سوزانده شده از مجموعه مقالات آورده شدهاند(قدرتي، 1391، EPA1، IPCC2، .(2010
پارامترهاي فيزيكوشيميايي
جامدات معلق((TSS
جامدات ميتوانند به دو صورت معلق و محلول در آب پراكنده باشند.جامدات در آب ممكن است شامل ذرات معدني يا آلي و يا
مايعات مخلوط شونده در آب باشند.
كدورت
ميزان جذب يا پراكنده شدن نور در آب به وسيله مواد معلق است(بهعلت اينكه جذب و پراكنده شدن نور بستگي به اندازه و خصوصيات سطحي مواد معلق دارد، كدورت يك معيار كمي از جامدات معلق نميباشد) واحدهاي اندازهگيري ميزان كدورت شامل جكسون،فرمازين((FTU1 و نفلومتري (NTU2) ميباشد (پورزماني و همكاران، .(1390
سختي
سختي به معني غلظت كاتيونهاي فلزي چندظرفيتي در محلول ميباشد. در حالت مافوق اشباع، كاتيونهاي سختي با آنيونهاي موجود در آب واكنش كرده و رسوب جامد تشكيل ميدهد. سختي به (سختي كربنات) و (سختي غير كربنات) بر حسب آنيوني كه همراه آن ميباشد تقسيم ميشود.
كل جامدات محلول((TDS3
موادي هستند كه به هنگام فيلتراسيون آب از صافي فايبرگلاس عبور كرده و در صورت حرارت دادن و تبخير تا دماي 180 درجه سانتيگراد در ظرف نمونه باقي ميمانند. طبقهبندي آبها از نظر مواد جامد محلول شامل وضعيت عالي با غلظت كمتر از 300 ميليگرم در ليتر، خوب با غلظت بين 300-600 ميليگرم در ليتر، متوسط با غلظت 600-900 ميليگرم در ليتر و ضعيف با غلظت
900-1200 ميليگرم در ليتر ميباشد.
اكسيژن محلول( (DO4
منشا حيات آبزيان اكسيژن محلول در آب بوده كه ميزان نگهداشت اكسيژن در آب متناسب با ميزان درجه حرارت بوده و هر قدر دماي آب بيشتر شود ظرفيت جذب اكسيژن كم شده و از سوي ديگر با اضافه شدن مواد آلي به آب رشد گياهان آبزي تسريع شده و فعاليت ميكروارگانيسمهاي هوازي افزايش يافته و در اين فرايند مقدار زيادي از اكسيژن محلول مصرف ميشود.معمولا اكسيژن محلول در نمونههاي آب توسط دستگاه اكسيژنمتر ديجيتالي اندازهگيري ميشوند و برحسب ميلي گرم بر ليتر گزارش ميشوند.
اكسيژن مورد نياز بيوشيميايي((BOD55
BODمقدار اكسيژن موردنياز باكتريها بوده كه تحت شرايط هوازي، مواد آلي قابل تجزيه شدن را تجزيه كنند كه در آزمايشها براي تعيين شدت آلودگي آبها مورد استفاده قرار ميگيرد. روش مانومتريك در اندازهگيري BODبا استفاده از دستگاه مانومتريك تحت شرايط كنترل شده آزمايشگاهي با روش استاندارد رقيقسازي مقايسه و منجر به حصول نتايج با دقت بالا ميگردد. در آزمايشات تعيين BODبايستي نمونه را از مجاورت با هوا حفظ كرد تا ميزان اكسيژن محلول در آب تغيير نكند. معمولا آزمايش BODدر 20 درجه سانتيگراد در مدت 5 روز انجام شود و نتيجه را به صورت BOD5نشان ميدهند كه بر حسب ميليگرم بر
ليتر بيان ميشود.
اكسيژن مورد نياز شيميايي (COD1)
نياز شيميايي اكسيژن، مقدار اكسيژن مورد نياز براي اكسيداسيون شيميايي كامل مواد آلي قابل اكسيداسيون موجود در يك نمونه آب بوده كه يكي از متداولترين آزمايشات براي تعيين شدت آلودگي فاضلابها و مقدار مواد آلي آبهاي طبيعي ميباشدكه بر حسب ميليگرم بر ليتر بيان ميشود.عموما CODفاضلابهاي صنعتي از BODآن بيشتر است چون مقدار تركيباتي كه بهصورت بيولوژيكي اكسيده ميشوند بيشتر است.براي اندازهگيري CODاز روش تقطير برگشتي باز استفاده ميشود.
خطر مصرف كودها
در اين مطالعه براي برآورد آلايندگي كودهاي نيتروژنه از شاخص خطر كودهاي نيتروژنه((SLNR استفاده ميشود كه با توجه به سه عامل ميزان مصرف كودهاي نيتروژنه، تكرار دفعات مصرف و نوع كود مصرفي كه در توليد نيشكر بعلت غيرمحرك بودن كود فسفات و محرك بودن كود نيتروژن خطر مصرف كود نيتروژن حساب شده و مقداري از اين در ساقه نيشكر وارد كارخانه فرآوري شده كه به ازاي 765 كيلوگرم ساقه نيشكر خروجي از مزارع يك كيلوگرم نيتروژن خالص خارج ميگردد (سامي و همكاران، (2014، مقداري نيز توسط آتش زدن نيشكر در هنگام برداشت آن تبديل به گاز نيتروژن شده كه به ازاي هر يك كيلو گرم بقاياي اتيش زده شده 5/7 گرم اكسيد نيتروژن توليد شده كه جهت محاسبه نيترژن خالص بايد اين هم ارز در مقدار وزن مولكولي نيترژ ضرب گرديده تا مقدار نيتروژن خالص در دود بقايا معلوم گردد(كاستلانوس2، (2014 و مقداري از آن نيز توسط آب شستشو و وارد آبها شده كه با محاسبه اين سه مقدار ميزان آلايندگي كودهاي نيتروژنه مورد ارزيابي قرار گرفتند (سامي، .(1389
بررسي برخي پيامدهاي زيست محيطي نظام توليد شكر استان خوزستان
چكيده
اهميت بخش كشاورزي به عنوان مهمترين بخش در تامين مواد غذايي به خوبي روشن ميباشد.كشاورزي داراي اثرات اوليه و ثانويه بر محيط زيست بوده كه افزايش انتشار گازهاي گلخانه اي در جهان ناشي از مصرف بيرويه انواع مختلف حاملهاي انرژي است. اين مسئله سبب بروز پيامدهاي منفي براي محيط زيست از جمله گرمايش جهاني شده و اثرات زيست محيطي زيادي بر مناطق مختلف داشته است.عمدهترين پيامدهاي زيست محيطي در توليد شكر در مرحله زراعي توليد شكر شامل: تسطيح و آماده سازي زمين، آبياري اراضي تحت كشت، كاربرد سموم شيميايي و كود و سوزاندن مزارع جهت برداشت نيشكر از مزارع و نيز فاضلاب كارخانه فرآوري شكر ميباشد كه افزايش ازت و فسفر در محيطهاي اكوسيستمهاي آبي به تسريع رشد گياهان آبزي به ويژه پلانكتونهاي گياهي در رودخانه منجر ميشود. علاوه بر تغييرات اكولوژيك رودخانه و افزايش گياهان آبزي در حاشيه رودخانه، كاهش اكسيژن محلول نيز پديد ميآيد. به منظور بررسي ميزان آلودگي نظام توليد شكر استان خوزستان تحقيقي در دو واحد مختلف توليدي شكر صورت گرفت كه برخي پيامدهاي زيست محيطي توليد شكر همچون الودگي ناشي از مصرف كودها، سموم، دود ناشي از اتش زدن نيشكر در هنگام برداشت و آلودگي پساب كارخانه فراوري شكر بررسي شد كه نتايج بررسي آلودگي سموم مصرفي نشان داد كه ميانگين خطر مصرف سموم واحد A در دو سال 88 و 89 بيشتر از واحد B بوده ولي در دو سال 90 و 91 كمتر بوده است.نتايج تجزيه واريانس نشان داد كه تفاوت معني داري بين دو واحد توليدي وجود نداشته است و شاخصهاي مورد بررسي دو واحد تفاوت معني داري با هم نداشته اند.
كلمات كليدي:
آلودگي زيست محيطي، كارخانه شكر، رودخانه كارون، نيشكر
مقدمه
كشاورزي بزرگترين و قديميترين صنعت جهان است. توليد، فرآوري و توزيع مواد غذايي همگي محيط زيست را تغيير ميدهند. به دليل عظمت و وسعت اين صنعت اثرات آن بر محيط زيست غير قابل اجتناب بوده و ميتواند جنبههاي مثبت و يا منفي داشته باشد. براي مثال علفكشها و آفتكشهاي جديد در كوتاه مدت انقلابي در كشاورزي بوجود آوردهاند. امادر دورههاي طولاني اثرات نامطلوب بر محيط زيست ثابت شده است.كشاورزي داراي اثرات اوليه و ثانويه بر محيط زيست بوده كه اثرات اوليه آن تاثيراتي است كه در محل كشاورزي بهوقوع مي پيوندد و اثرات ثانويه در محل صورت نگرفته بلكه توسط باد و جريانهاي سطحي يا زيرزميني آب بر محيط وارد ميگرددكه اثرات كشاورزي شامل سه گروه محلي، منطقه اي و جهاني است. اثرات محلي در مكانهايي كه كشاورزي انجام ميگيرد، بوجود ميآيد وشامل فرسايش، از دست رفتن خاك و افزايش رسوبات در رودخانههاي محلي ميباشند. اثرات منطقه اي از تركيبي عمليات كشاورزي در مناطق بزرگ ناشي ميشود كه شامل بهوجود آمدن بيابانها، آلودگي در مقياس زياد، افزايش رسوبات در رودخانههاي اصلي مصب و دهانه رودخانهها و تغييرات در حاصلخيزي شيميايي خاكها در مناطق بزرگ ميباشند. اثرات جهاني آنهايياند كه باعث تغييرات اقليمي و نيز تغييرات وسيع بالقوه در چرخههاي شيميايي ميگردند.مشكلات اصلي ناشي از كشاورزي در زمينه مسائل زيستمحيطي شامل جنگلزدايي، كويرزدايي، فرسايش خاك، چراي مفرط، تخريب منابع آبي، تجمع فلزات سنگين، تجمع تركيبات آلي سمي، آلودگي آب و رشد بيش از حد جلبكها ميباشند(پاينده،.(1380افزايش انتشار گازهاي گلخانه اي در جهان ناشي از مصرف بيرويه انواع مختلف حاملهاي انرژي است. اين مسئله سبب بروز پيامدهاي منفي براي محيط زيست از جمله گرمايش جهاني شده و اثرات زيست محيطي زيادي بر مناطق مختلف داشته است. آثار سوء اين پديده به ويژه در نواحي گرمسير و نيمه گرمسير، نظير ايران نمود بيشتري دارد، مواردي چون گسترش نواحي بياباني، افزايش نياز به آب براي كشاورزي و افزوني برخي بيماريها، از جمله پيامدهاي زيستمحيطي آن است
(شاهحسيني،
.(1389اكسيدهاي گوگرد((SOx،اكسيد هاي نيتروژن((NOx،مونواكسيدكربن((CO،ذراتمعلق((PM،هيدروكربنها((HC و
دياكسيدكربن((CO2 از جمله گازهاي آلاينده و گلخانه اي هستند كه در اثر فعاليتهاي بخش انرژي بهويژه احتراق سوختهاي هيدروكربني به جو راه مييابند.گازهاي گلخانه اي مانندCO2سبب بروز پديده تغيير آب و هوا و گرمايش جهاني شده و از بعد جهاني حائز اهميت ميباشند. در صورتي كه گازهاي آلايندهاي مانند NOx،SOx و CO سبب بارش بارانهاي اسيدي، بروز مخاطرات بهداشتي و سلامتي براي انسان و ساير موجودات گرديده و عمدتا از ديدگاه منطقه اي و ملي مورد توجه قرار ميگيرند(ترازنامه انرژي، .(1391از آنجا كه توليد كشاورزي بر پايه محيط زيست بنا شده است همواره بين كشاورزي و محيط زيست رابطه دو طرفهاي وجود دارد كه حامل اثرات و پيامدهاي منفي و مثبت متعددي ميباشد. از جمله اقدامات تخريبي كه نقش بهسزايي در آسيب رساندن به ساختمان خاك، منابع آبي، محيط زيست، ميكروارگانيسمها ومواد آلي و معدني خاك دارد آتش زدن مزارع به منظور نابودي بقاياي گياهي، مبارزه با علفهاي هرز، آفات و صرف هزينه بهظاهر كمتر اقتصادي و زماني زمين جهت كشت بعدي ميباشد. همه ساله هزاران تن بقاياي كشاورزي در ايران سوزانده و يا دور ريخته ميشود. ضايعات اجباري و بقاياي كشاورزي و صنعتي كه در اكثر نقاط كشور به وفور يافت ميشود شامل بقاياي غلات، دانههاي روغني، حبوبات، سرشاخههاي درختان، مواد زائد كارخانجات صنايع تبديلي نظير چاي، قند، نيشكر و... ميباشد (عزيزي، .(1383 آلايندگي ناشي از كودها و سموم شيمياييكه به عنوان يك عامل كمكي توسط بشر وارد اكوسيستمها گرديده است هميشه بهعنوان يك موضوع مورد بحث مطرح بوده است.تاثير اين عواملرا ميتوان از سه بعد تاثير بر روي هوا و اقليم، تاثير بر روي خاك و موجودات آن و تاثير بر روي آبهاي زيرزميني و سطحي و در نتيجه موجوداتمصرفكننده آن بررسي كرد(ماكدو1 و همكاران، .(2008حجم عمدهاي از كودها و سموم مصرف گرديده وارد آب ميگردد كه اين آبها مجددا وارد چرخه گردش آب گرديده و از اين طريق وارد آب آشاميدني انسان، دام و موجودات مخصوصا موجودات آبزي گشته كيفيت زندگي آنها را تغيير ميدهد (ماكدو و همكاران، .(2008
عمدهترين پيامدهاي زيست محيطي در توليد شكر در مرحله زراعي توليد شكر شامل: تسطيح و آماده سازي زمين، آبياري اراضي تحت كشت، كاربرد سموم شيميايي و كود و سوزاندن مزارع جهت برداشت نيشكر از مزارع و نيز فاضلاب كارخانه فرآوري شكر ميباشد كه در مرحله خاكبرداري و جابجايي مقدار زيادي خاك زراعي، احداث كانالهاي آبرساني، كانالهاي روباز زهكشي و شستشوي خاك سبب از بين رفتن پوشش گياهي و فرسايش خاك شده و سبب افزايش مواد معلق در جريانهاي آب منطقه ميشود. مصرف انواع كودها جهت جبران مواد شسته شده از خاك ضروري ميباشد. كودهاي اوره و نيترات آمونيوم داراي قابليت انحلال زياد در آب هستند و باعث افزايش هدايت الكتريكي، PH و كل جامدات محلول در زهابها ميشوند. كودهاي فسفره مانند فسفات آمونيوم (با 46 درصد (P2O5 به كندي در آب حل ميشوند ولي توسط كلوئيدهاي خاك به خوبي جذب ميگردد.
افزايش ازت و فسفر در محيطهاي اكوسيستمهاي آبي به تسريع رشد گياهان آبزي به ويژه پلانكتونهاي گياهي در رودخانه منجر ميشود. علاوه بر تغييرات اكولوژيك رودخانه و افزايش گياهان آبزي در حاشيه رودخانه، كاهش اكسيژن محلول نيز پديد ميآيد.
در كاربرد سموم، چنانچه از تركيبات كلره نظير ديآلدرين، انورين و تيودان كه از بادوامترين حشرهكشها به شمار ميروند، استفاده شود به دليل خاصيت تجمعي در نسوج چربي بدن انسان و جانوران ميتواند باعث ايجاد مسموميت مزمن و نيز سرطان و مرگ شود. علفكشهاي مورد استفاده شامل توفوردي، لاسويا آلاكلر، اراديكان 8)ليتر در هكتار)، گزاپريم 5)كيلوگرم در هكتار) و رانداپ ميباشد. كودها، اغلب كودهاي اوره46درصد وفسفات آمونيوم 46)درصد فسفر و 18درصد ازت) استفاده ميشود (پاينده، .(1380 از ديگر منابع آلايندگي مزرعهاي، دود ناشي از سوزاندن مزارع نيشكر در هوا است كه تاكنون تحقيق جامعي در اين مورد انجام نشده است كه در مجموع خسارات اكولوژيكي، زيباشناسي، بهداشتي و آلودگي هوا را در بر ميگيرد و منبع ديگر آلودگي رودخانههاي منطقه ، فاضلابهاي صنعتي تخليه شده به رودخانه كارون است.سزمريك ساني1، 1994 و ريپولي2 و همكاران، 2000، افزايش قابل ملاحظهاي در ميزان مونواكسيدكربن و ازون در اتمسفر اطراف نيشكر در سائوپائولو (برزيل) در زمان سوزاندن پيش از برداشت را گزارش دادند (كايرشهف3 و همكاران، .(1988 در ارتباط با ارائه الگوها توسط وير4، پارك و همكارانش5 گزارش كردند كه سوزاندن نيشكر قبل از برداشت بزرگترين منبع توليد و انتشار گازهاي گلخانه اي در كشت نيشكر استراليا است.در برزريل، آلايندههاي انتخاب شده در اتمسفر شهر و نيز اطراف مزارع گوتاكازس6 را بررسي كردند، و نتيجه گرفتند كه دود وسايل نقليه و سوزاندن باگاس و بقاياي نيشكر دو منبع بزرگ آلودگي هوا بودند (داسسانتوس7، .(2002كامپوس مارتين8 و همكاران بيان ميكنند كه سولفور موجود در سوختها و روغنهاي مصرفي در ماشينها موجب ايجاد آلودگي محيط زيست مانند بارانهاي اسيدي و آلودگي هوا ميشود. امروزه بسياري از كشورها در قوانين محيط زيستي خود محدوديتهايي براي وجود سولفور در سوختهاي مورد استفاده در حمل و نقل دارند (ميت9و همكاران، .(2003 احتراق سوختهاي فسيلي بزرگترين انتشار دهنده آلايندهها، مصرف آنها رشد سريعي از سال 1970 تا كنون داشته است. انتشار جهاني گاز دي اكسيد كربن از سال 1970 تاكنون سريعتر از هر زمان ديگر بوده است (بينام، .(2007كارادمير(2005) 10 در تحقيقي آلودگي هوا بالقوه از احتراق سوخت در بويلرهاي صنعتي در شهركاكيلي11 تركيه در سال 2005 ارزيابي كردند كه بيان كردند عوامل انتشار محاسبه شده براي آلايندههايي شامل PM، NO2، SO2، CO و فرمالدهيد قابل مقايسه با دادههاي ديگر كشورها ميباشد.نوروزي و همكاران (1389) طي تحقيقي نقش چشمهها و چاهكهاي انتشار گاز گلخانه اي متان در پديده گرمايش جهاني را بررسي كردند و بيان كردند كه با توجه به رشد بالاي جمعيت و افزايش نياز به محصولات كشاورزيبخصوص برنج و همچنين توسعه دامداريها تمركز متان يكي از مهمترين معضلات جامعه جهاني خواهد.حسيني زارع (1381) طي تحقيقي تاثير اراضي فارياب و طرحهاي توسعه نيشكر در خوزستان بر كيفيت آب رودخانه كارون را بررسي كردند كه نتايج تحقيق نشان داد آلايندههاي كشاورزي، صنعتي و شهري به ترتيب حجمي معادل 1886/45 و 218/92 و 181/33 ميليون مترمكعب پساب در سال به رودخانه تخليه مينمايند كه از لحاظ بار آلي الايندههاي صنعتي در مرتبه اول و شهري و كشاورزي در رتبه دوم و سوم قرار گرفتند.قدرتي (1391) طي تحقيقي با بررسي ميزان انتشار گازهاي گلخانه اي متان و دياكسيدكربن كارخانه خميرمايه دعبل ميزان گاز متان را 1/93 و گاز دياكسيدكربن 124766/17 تن در سال محاسبه كردند.نظري قهرودي (1384) در تحقيقيعوامل انتشار الايندههاي نيروگاههاي با سوخت فسيلي را بررسي كردند كه نتيجه گرفتند كه عوامل انتشار گاز مونواكسيدكربن در نيروگاههاي با سوخت مازوت از بين نيروگاههاي مورد مطالعه داراي بيشترين مقدار و عامل انتشار SO4 در نيروگاههاي با سوخت گاز طبيعي داراي حداقل مقدار خود بوده و فاكتور انتشار آلاينده NOXدر تمام نيروگاهها بيشترين مقدار را در نيروگاه صرفا با گاز طبيعي و كمترين مقدار را در نيروگاه با سوخت مازوت دارد.در توليد شكر در استان خوزستان تاكنون در زمينه بررسي آلودگيهاي زيست محيطي توليد شكر در طي مراحل اوليه توليد در مزرعهو فرآوري آن در كارخانه تحقيق جامعي صورت نگرفته است.بررسي سيستم توليدي شكر ازديدگاهآلايندگيهاي زيست محيطي در راستاي ارائه تصوير شفاف از وضعيت موجود و تعيين شكاف بين وضعيت موجود و مطلوب و همچنين مقايسه بين واحدهاي مختلف توليدي از اهميت بسياري برخوردار است و ميتواند زمينه بهبود وضعيت نظام توليد را فراهم آورد. با توجه به دامنه گسترده اجتماعي و اقتصادي، اين محصول ميتواند به عنوان يكي از عوامل اصلي رشد، پيشرفت و اشتغالزايي در استان خوزستان ايفاي نقش نمايد. از اين رو در اين تحقيق به منظور بررسي ميزان آلودگيهاي زيست محيطينظام توليد شكر در استان خوزستان در طي عمليات توليد مزرعهاي و فرآوري در كارخانه، تحقيقي جامع انجام گرفت.
مواد و روشها
آلودگي زيست محيطي در فرايند توليد شكر شامل آلايندگيهاي ايجاد شده در اثر استفاده از سموم و كودهاي شيميايي، آلودگيهاي ايجاد شده در اثر مصرف سوخت توسط ماشينها، آلودگيهاي ايجاد شده در اثر سوزاندن بقاياي نيشكر و آلودگيهاي كارخانه استحصال شكر شامل آلودگيهاي دودي ناشي از سوخت مصرفي ديگهاي بخار،آلودگيهاي منابع پسابها و آلودگيهاي الكتريسيته در كارخانه ميباشد. براي محاسبه ميزان آلودگي براي هر بخش، ميزان مصرف نهاده مربوطه به ازاي واحد سطح يا واحد محصول توليد شده محاسبه گرديده و با توجه به ميزان آلودگي به ازاي هر واحد از نهاده مصرفي (بدست آمده از شاخصهاي موجود)، ميتوان كل آلودگي ايجاد شده در اثر مصرف يك نهاده جهت توليد يك واحد از محصول را برآورد نمود. همچنين با در نظر گرفتن ميزان بقاياي سوزانده شده و آلودگي ايجاد شده در اثر سوزاندن هر واحد از بقايا، ميتوان كل آلودگي حاصل از سوزاندن بقايا را محاسبه نمود (سامي، .(1389
در رابطه با مزرعه نيشكر، آتش زدن مزرعه به عنوان منبع انتشار گازهاي CO2 و CH4 در نظر گرفته شده است. فاكتورهاي انتشار اعلام شده توسط سازمانهاي مختلف، يا براساس آتش زدن ني گياه نيشكر هستندو يا براساس آتش زدن تراش نيشكر(برگهاي متصل به ني، كه هيچگونه كاربردي در كارخانجات توليد شكر ندارند وفاقد مواد قندي هستند) ميباشند.در جدول((4 عوامل انتشار گازهاي CO2 و CH4 مربوط به سوزاندن ني نيشكر در طول دورهي برداشت درمزارع نيشكربرحسب گرم گازمنتشر شده، به ازاي هركيلوگرم ني سوزانده شده آورده شدهاند .(CEPA2, 2010)
جدول .(4) فاكتورانتشار CO2 و CH4حاصل از سوزاندن ني نيشكر
ضريب انتشار براساس سوزاندن تراش نيشكر فقط براي گاز CH4 داده شده و انتشار گاز CO2از سوزاندن تراش نيشكر ناچيز بيان شده است. در جدول (5) ضريبهاي انتشار گاز CH4بر حسب كيلوگرم گازCH4 منتشر شده در ميزان تراش سوزانده بر
حسب تن و همچنين بر حسب كيلوگرم گاز CH4 منتشر شده در ميزان مواد خشك سوزانده شده از مجموعه مقالات آورده شدهاند(قدرتي، 1391، EPA1، IPCC2، .(2010
پارامترهاي فيزيكوشيميايي
جامدات معلق((TSS
جامدات ميتوانند به دو صورت معلق و محلول در آب پراكنده باشند.جامدات در آب ممكن است شامل ذرات معدني يا آلي و يا
مايعات مخلوط شونده در آب باشند.
كدورت
ميزان جذب يا پراكنده شدن نور در آب به وسيله مواد معلق است(بهعلت اينكه جذب و پراكنده شدن نور بستگي به اندازه و خصوصيات سطحي مواد معلق دارد، كدورت يك معيار كمي از جامدات معلق نميباشد) واحدهاي اندازهگيري ميزان كدورت شامل جكسون،فرمازين((FTU1 و نفلومتري (NTU2) ميباشد (پورزماني و همكاران، .(1390
سختي
سختي به معني غلظت كاتيونهاي فلزي چندظرفيتي در محلول ميباشد. در حالت مافوق اشباع، كاتيونهاي سختي با آنيونهاي موجود در آب واكنش كرده و رسوب جامد تشكيل ميدهد. سختي به (سختي كربنات) و (سختي غير كربنات) بر حسب آنيوني كه همراه آن ميباشد تقسيم ميشود.
كل جامدات محلول((TDS3
موادي هستند كه به هنگام فيلتراسيون آب از صافي فايبرگلاس عبور كرده و در صورت حرارت دادن و تبخير تا دماي 180 درجه سانتيگراد در ظرف نمونه باقي ميمانند. طبقهبندي آبها از نظر مواد جامد محلول شامل وضعيت عالي با غلظت كمتر از 300 ميليگرم در ليتر، خوب با غلظت بين 300-600 ميليگرم در ليتر، متوسط با غلظت 600-900 ميليگرم در ليتر و ضعيف با غلظت
900-1200 ميليگرم در ليتر ميباشد.
اكسيژن محلول( (DO4
منشا حيات آبزيان اكسيژن محلول در آب بوده كه ميزان نگهداشت اكسيژن در آب متناسب با ميزان درجه حرارت بوده و هر قدر دماي آب بيشتر شود ظرفيت جذب اكسيژن كم شده و از سوي ديگر با اضافه شدن مواد آلي به آب رشد گياهان آبزي تسريع شده و فعاليت ميكروارگانيسمهاي هوازي افزايش يافته و در اين فرايند مقدار زيادي از اكسيژن محلول مصرف ميشود.معمولا اكسيژن محلول در نمونههاي آب توسط دستگاه اكسيژنمتر ديجيتالي اندازهگيري ميشوند و برحسب ميلي گرم بر ليتر گزارش ميشوند.
اكسيژن مورد نياز بيوشيميايي((BOD55
BODمقدار اكسيژن موردنياز باكتريها بوده كه تحت شرايط هوازي، مواد آلي قابل تجزيه شدن را تجزيه كنند كه در آزمايشها براي تعيين شدت آلودگي آبها مورد استفاده قرار ميگيرد. روش مانومتريك در اندازهگيري BODبا استفاده از دستگاه مانومتريك تحت شرايط كنترل شده آزمايشگاهي با روش استاندارد رقيقسازي مقايسه و منجر به حصول نتايج با دقت بالا ميگردد. در آزمايشات تعيين BODبايستي نمونه را از مجاورت با هوا حفظ كرد تا ميزان اكسيژن محلول در آب تغيير نكند. معمولا آزمايش BODدر 20 درجه سانتيگراد در مدت 5 روز انجام شود و نتيجه را به صورت BOD5نشان ميدهند كه بر حسب ميليگرم بر
ليتر بيان ميشود.
اكسيژن مورد نياز شيميايي (COD1)
نياز شيميايي اكسيژن، مقدار اكسيژن مورد نياز براي اكسيداسيون شيميايي كامل مواد آلي قابل اكسيداسيون موجود در يك نمونه آب بوده كه يكي از متداولترين آزمايشات براي تعيين شدت آلودگي فاضلابها و مقدار مواد آلي آبهاي طبيعي ميباشدكه بر حسب ميليگرم بر ليتر بيان ميشود.عموما CODفاضلابهاي صنعتي از BODآن بيشتر است چون مقدار تركيباتي كه بهصورت بيولوژيكي اكسيده ميشوند بيشتر است.براي اندازهگيري CODاز روش تقطير برگشتي باز استفاده ميشود.
خطر مصرف كودها
در اين مطالعه براي برآورد آلايندگي كودهاي نيتروژنه از شاخص خطر كودهاي نيتروژنه((SLNR استفاده ميشود كه با توجه به سه عامل ميزان مصرف كودهاي نيتروژنه، تكرار دفعات مصرف و نوع كود مصرفي كه در توليد نيشكر بعلت غيرمحرك بودن كود فسفات و محرك بودن كود نيتروژن خطر مصرف كود نيتروژن حساب شده و مقداري از اين در ساقه نيشكر وارد كارخانه فرآوري شده كه به ازاي 765 كيلوگرم ساقه نيشكر خروجي از مزارع يك كيلوگرم نيتروژن خالص خارج ميگردد (سامي و همكاران، (2014، مقداري نيز توسط آتش زدن نيشكر در هنگام برداشت آن تبديل به گاز نيتروژن شده كه به ازاي هر يك كيلو گرم بقاياي اتيش زده شده 5/7 گرم اكسيد نيتروژن توليد شده كه جهت محاسبه نيترژن خالص بايد اين هم ارز در مقدار وزن مولكولي نيترژ ضرب گرديده تا مقدار نيتروژن خالص در دود بقايا معلوم گردد(كاستلانوس2، (2014 و مقداري از آن نيز توسط آب شستشو و وارد آبها شده كه با محاسبه اين سه مقدار ميزان آلايندگي كودهاي نيتروژنه مورد ارزيابي قرار گرفتند (سامي، .(1389