آبیاری زیرسطحی و امکان استفاده از پساب شهری نیمه تصفیه شده

۱- چکیده

کشورهای خشک و نیمه‌خشک با منابع آبی قلیل، نیازمند راهکارهای مقرون‌به‌صرفه برای استفاده مجدد از پساب شهری هستند. این مقاله پیشنهاد می‌کند که پس از تصفیه اولیه (حوضچه ته‌نشینی + فیلتر شنی ساده)، با استفاده از آبیاری زیرسطحی با لوله‌های بتنی تراوا می‌توان آب پساب را مستقیماً و بصورت ایمن برای کشاورزی و فضای سبز فراهم کرد، بدون نیاز به سیستم‌های پرهزینه تصفیه کامل یا واردات گسترده تجهیزات. لذا استفاده توام از سیستم آبیاری زیرسطحی (ترجیحاً با لوله های بتنی تراوا) و هدایت پساب تصفیه اولیه شده (در حد حذف جامدات با استفاده از فیلترشنی و ته نشینی) روشی کارآمد برای مقابله با خشکسالی و کمبود آب است.

آبیاری زیرسطحی (SSI) روش مناسبی برای کاهش تماس محصولات و کشاورزان با آب بازیافت‌شده است و به‌همین‌دلیل ریسک‌های میکروبی و انگلی را کاهش چشمگیری می‌دهد. مطالعات میدانی در دیگر کشورها نشان داده‌اند که سیستم SSI با آب پساب تصفیه‌شده تا سطوح مشخص، عملکرد زراعی قابل‌قبولی دارد.

اما استفاده صرفاً از تصفیه اولیه (حذف جامدات + فیلتر شنی) بدون مراحل تکمیلیِ مناسب، می‌تواند احتمال باقی‌ماندن پاتوژن‌ها، ویروس‌ها، انگل‌ها یا برخی ریزآلاینده‌های شیمیایی را بالا ببرد؛ بنابراین نیاز به ارزیابی مداوم ریسک محلی و پایش مداوم آلایندگی های پساب وجود دارد.

راهبرد پیشنهادی (تصفیه اولیه + فیلتر شنی + آبیاری زیرسطحی با لوله‌های تراوا) یک گزینه فنی و اقتصادی جذاب برای بسیاری از مناطق ایران به جز مناطق مرطوب و با سطح بالای آبهای زیرزمینی مثل استانهای شمالی است، اما باید با چارچوب مدیریت ریسک، پایش میکروبی و شیمیایی، طراحی فیلترها و نگهداشت شبکه آبیاری همراه شود

(الزاماتِ بهداشتی مطابق WHO/FAO/EPA).

کلیدواژگان: پساب، آبیاری زیرسطحی، لوله‌های بتنی تراوا، تصفیه اولیه، بازچرخانی آب، WHO، FAO.

۲- مقدمه

فشار بر منابع آبی در ایران ایجاب می‌کند که گزینه‌های جایگزین تامین آب کشاورزی و فضای سبز بررسی جدی شوند. لذا نگارنده پیشنهاد می‌کند که پساب تصفیه‌شده اولیه را با استفاده از آبیاری زیرسطحی و لوله‌های بتنی تراوا در کشاورزی به‌کار برد تا از هزینه‌های بالای تصفیه کامل و واردات تجهیزات مربوطه جلوگیری شود. این دیدگاه در جهت «مناسب‌سازی فناوری» برای شرایط محلی است و نیاز به بررسی علمیِ مزایا و مخاطرات احتمالی دارد. اساس این ایده براین استوار است که عملکرد سیستم های تصفیه پساب چه در سیستم هوازی با هوادهی و چه در حالت بی هوازی، بر هضم فاضلاب توسط میکروبها و میکروارگانیسم ها و کاهش BOD آب استوار است. ولیکن این عمل با سهولت و سرعت بیشتر در محیط خاک با هزینه بسیار کمتر قابل انجام است.

در سطح جهانی، سازمان جهانی بهداشت (WHO)، سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FAO) و نهادهای ملی مانند EPA راهنمایی‌هایی برای استفاده ایمن از پساب در کشاورزی ارائه کرده‌اند که بر مدیریت ریسک، سطوح هدفِ بهداشتی و پایش تاکید دارند. 

بطور خلاصه میتوان گفت با عبور فاضلاب، از فیلتر شنی ساده (در صورت نیاز: فیلتراسیون سریع یا آهسته) برای کاهش کدورت و ذرات معلق و حذف جامدات و با اعمال هوادهی اولیه، با هدایت پساب تصفیه‌شده به شبکه آبیاری زیرسطحی (لوله‌های بتنی تراوا با اتصالات کام و زبانه، تا آب مستقیماً به ناحیه ریشه گیاه برسد و از تماس محصول با سطح یا آلاینده‌های جوی جلوگیری شود). در این روش هضم میکروبی فاضلاب توسط میکروارگانیسم های خاک بسهولت و سرعت انجام میپذیرد. 

نکته نوآورانه، استفاده از لوله‌های بتنی تراوا (که در داخل کشور قابلیت ساخت دارند) به‌عنوان جایگزینِ سیستم‌های وارداتیِ زیرسطحی/سطحی با نازل‌های حساس به گرفتگی میباشد. این رویکرد می‌تواند هزینه‌های ارزی و وابستگی به واردات را شدیداٌ کاهش دهد.

 ۳- تحلیل علمی و مقایسه با تجربیات بین‌المللی

در کشورهای پیشرفته، استفاده گسترده از پساب تصفیه‌شده (آبهای خاکستری) در کشاورزی انجام میپذیرد و مطالعات میدانی نشان داده‌اند که آبیاری زیرسطحی با پساب تصفیه‌شده می‌تواند به‌صورت پایدار اجرا شود، اما اغلب با سطوح تصفیه بالاتر (بیوشیمیایی) و فیلترینگ مناسب و برنامه نگهداری دقیق برای جلوگیری از گرفتگی نازل‌ها. مطالعات میدانی نشان می‌دهد که آبیاری زیرسطحی (SSI  ) با پساب می‌تواند بهره‌وری آب را افزایش دهد و ریسک تماس مستقیم را کاهش دهد. 

نتایج تحقیقات و مطالعات پیشین نشان می‌دهند که استفاده از پساب غیرتصفیه یا کم‌تصفیه شده، می‌تواند با خطر انتقال پاتوژن‌ها (باکتری‌ها، ویروس‌ها، انگل‌ها) و نیز آلودگی‌های شیمیایی همراه باشد؛ WHO توصیه می‌کند که برای هر موقعیت باید ارزیابی ریسک انجام شود و هدف‌های بهداشتی (health-based targets) تعیین و پایش گردد. به‌ویژه کودهای مایع حاصل از پساب و وجود نیتروژن/فسفر باید پایش شوند تا از رسوب بیش از حد در خاک و آلایندگی احتمالی منابع زیرزمینی جلوگیری شود. 

 ۴- پارامترهای فنی و عملیاتی که باید دراین خصوص نظر گرفته شوند:

۴.۱- کیفیت اولیه پساب: کدورت، جامدات معلق (TSS)، مواد آلی، بار میکروبی. 

۴.۲- فیلتراسیون و حفاظت از خطوط: در عمل، استفاده از فیلترهای یک یا دومرحله ای (ته نشینی، فیلترشنی، حذف مواد معلق) و سیستم شستشوی معکوس برای جلوگیری از گرفتگی لازم است. 

۴.۳- پایش خاک و آب زیرزمینی: برای اجتناب از نشت نیترات و فسفر به سفره‌های آب زیرزمینی و تجمع فلزات سنگین یا میکروآلاینده‌ها، لازم است ولکین درخصوص فاضلاب خانگی از سطح اهمیت کمتری برخوردار است زیرا بطور معمول فاضلاب خانگی (فاضلاب شهری) حاوی مواد شیمیایی مضر و فلزات سنگین نمیباشد.

 ۴.۴- خطر میکروبی: فیلتراسیون شنی و ته‌نشینی ممکن است بسیاری از باکتری‌ها و ذرات معلق را کاهش دهند اما حذف کامل ویروس‌ها و برخی انگل‌ها را تضمین نمی‌کنند؛ با استفاده از آبیاری زیرسطحی و عدم وجود آب در سطح، عمده این خطر کاهش می یابد.

 ۴.۵- گرفتگی شبکه آبیاری: آب پساب به‌واسطه ذرات و توده‌های بیولوژیکی می‌تواند باعث گرفتگی لوله‌ها و منافذ تراوا شود؛ لذا طراحی فیلتر و برنامه شستشوی منظم ضروری است.

۴.۶- ریزآلاینده‌ها و فلزات سنگین: اگر منابع آلاینده (صنایع) وارد شبکه شوند، ممکن است بقایای فلزات سنگین یا آفت‌کش‌ها تهدیدکننده شوند. لذا ارزیابی منبع پساب و شناسایی آلاینده‌های شیمیایی ضرورت دارد.

۴.۷- نفوذ به آب‌های زیرزمینی: در خاک‌هایی با نفوذپذیری بالا یا در شرایط آبیاری نامناسب، صرفاً درصورت بالابودن سطح آب زیرزمینی، نیترات و فسفر ممکن است به سفره‌های آب زیرزمینی برسند؛ لازم است نرخ آبیاری و میزان بار بازگردانی مواد مغذی کنترل شود.

 ۵- توصیه‌های فنی و مدیریتی (برای اجرای پایلوت/مقیاس):

(پیشنهاد شده برای تصمیم‌گیرندگان محلی، شهرداری ها، تصفیه‌خانه‌ها و بهره‌برداران کشاورزی)

۵.۱- شناسایی منبع پساب و نمونه‌برداری پایه: اندازه‌گیری پارامترهای TSS، BOD/COD، E. coli / کلیفرم‌ها، ویروس‌ها (در صورت امکان) ، فلزات سنگین و نیتروژن/فسفر. این کار مبنای تعیین سطح تصفیه لازم است.

۵.۲- طراحی SSI محلی: اگر از لوله‌های بتنی تراوا استفاده می‌شود، طراحی لایه خاک، عمق دفن، فاصله خطوط و قابلیت دسترسی برای نگهداری باید طراحی مهندسی شود تا عملکرد ریشه‌ای و تهویه خاک و ایمنی اجرا تضمین شود.

۵.۳- اجرای پروژه پایلوت کوچک (مثلاً چند هکتار یا باغ نمونه) با پایش کامل؛ ثبت مشکلات گرفتگی، رشد محصول، شاخص‌های بهداشتی بهره‌برداران و پارامترهای خاک و آب زیرزمینی.

۵.۴- اصلاح طراحی بر مبنای نتایج پایلوت (نوع فیلتر، فاصله خطوط، نیاز به ضدعفونی).

۵.۵- تدوین دستورالعمل‌های ملی/استانی بر اساس نتایج و پیروی از خطوط راهنمای WHO/FAO/EPA.

۶- تحلیل موضوع:

ما جهان سومی ها عادت کرده ایم به کپی کاری و تقلید از جهان غرب. آنها چه چیزی به ما میفروشند؟ سیستم های قابل حمل با قابلیت صادرات راحت تا به سهولت به ما بفروشند!

مثال: 

1.  لوله های آبیاری قطره ای، بارانی و نازل ها و تاسیسات مربوطه 
2. تصفیه خانه فاضلاب

 مطمئین باشید اگر سیستمی قابل حمل نباشد و بالتبع قابل وارادات نباشد آنها به ما توصیه نمیکنند!! اینجاست که خودمان باید درموردش بیندیشیم و تولیدش کنیم. سیستم آبیاری قدیمی خودمان چه بوده؟ آبیاری زیرسطحی با آبیاری کوزه ای یا تنبوشه های سفالی

مثال ها: تخت جمشید (تمدن پیش از اسلام) و کاخ الحمرا گرانادا، اسپانیا در دوره تمدن اسلامی که در هر دو از سیستم سفالی برای آبیاری زیرسطحی و انتقال آب استفاده شده است. 

در عکس های فوق لوله های سفالی تراوا در تخت جمشید  وکاخ الحمرا و لوله بتنی تراوا توسعه داده شده توسط مولف نشان داده شده است. مقایسه کنید با سیستم آبیاری زیرسطحی قطره ای وارداتی (SSDI) که نیاز به نازل های گران قیمت با قابلیت های ممانعت از نفوذ گل و ریشه و سیستم بسته شدن نازل ها در زمان فشار منفی (موقع قطع آبیاری) دارند. سیستم سبک و پرتابل و گران قیمتی است و پیشرو تکنولوژی آن اسرائیل است. و پس از چند دوره استفاده هم دچار گرفتگی میشود و نیاز به سیستم تصفیه آب و کیفیت بالای آب و اسیدشوئی و … دارد.

حال آن که تنبوشه های سفالی باستانی اصولاً نیاز به نازل های گران قیمت و واردات و خروج ارز مربوطه را نداشتند! و بصورت داخلی قابل تولید بودند و حتی با  فاضلاب خام هم قابلیت آبیاری دارند.

نگارنده با توسعه، طراحی و ساخت لوله های بتنی تراوا با اتصالات کام و زبانه در ابتدا و انتهای قطعات و تعبیه بالشتک در هر قطعه امکان آبیاری زیرسطحی حتی در زمین های شیبدار و حتی با پساب تصفیه خانه را میسر نموده است. و آن را در چند باغ و باغچه و گلخانه بکار گرفت که عملکرد بسیار عالی دارد. در عکس ذیل مکانیزم آبیاری زیرسطحی در زمین های شیب دار با استفاده از این لوله ها نشان داده شده است. 

سیستم های گران قیمت تصفیه فاضلاب هم مثال دیگری از فروش تکنولوژی گران قیمت غربی به کشور ماست. دلیل: چرا اروپایی ها و غربی ها دنبال سیستم تصفیه فاضلاب هستند پاسخ زیرا آنها باید آب فاضلاب را تصفیه کنند تا منابع آب سطحی (رودخانه ها) و آب های زیرزمینی شان با فاضلاب آلوده نشود. سیستم های تصفیه فاضلاب بسیار پر هزینه هستند و هضم میکروبی فاضلاب در سیستم مایع به کندی و به سختی انجام میشود ولی چرا ما در عمده سطح ایران سیستم تصفیه کامل را لازم نداریم؟ پاسخ زیرا ما عملا در نود درصد کشور آب جاری چندانی نداریم و سطح آب زیرزمین ما بسیار پایین است و در صورت استفاده از پساب تصفیه خانه در کشاورزی. بصورت آبیاری زیرسطحی تراوا، آب های تحت الارضی و زیرزمینی ما به فاضلاب آلوده نمیشوند. 

ما به چه سیستم تصفیه فاضلابی احتیاج داریم؟

ما به سیستم تصفیه فاضلاب خانگی در حد اولیه و صرفاً برای جداسازی جامدات معلق در فاضلاب نیاز داریم که حاصل آن پساب فاضلاب خام عاری از جامدات است. که با استفاده از یک حوضچه رسوب گیر و عبور از فیلتر شنی به سهولت و سرعت میسر میشود. آب خروجی همان کود مایع است. کافی است درصورت غلیظ بودن مقداری آب چاه یا آب رودخانه به آن اضافه شود و مستقیما به مزارع فرستاده شود و در سیستم آبیاری زیرسطحی مستقیماً به خاک وارد شود. خاک به سهولت و با سرعت، تجزیه مواد آلی باقیمانده را با میکروارگانیسم های هوازی و بی هوازی خود انجام میدهد. هم خاک تقویت میشود و به گیاه آب و کود مرغوب آلی رسانده میشود و محیط زیست هم آسیبی نمی بیند.

در خیلی از کشورهای پیشرفته دنیا از جمه اسرائیل، آفریقای جنوبی، هند، استرالیا، اسپانیا و … برای استفاده از آب فاضلاب در کشاورزی، استفاده از سیستم آبیاری زیرسطحی اجباری شده یا توصیه اکید میگردد. علت و فلسفه ضرورت استفاده از روش آبیاری زیرسطحی، ممانعت از ورود انگل ها و و میکروب ها به سطح خاک و عدم تماس مستقیم با سطح گیاه است. ضمناً سطح خاک خشک است و تبخیر سطحی وجود ندارد و این روش بالاترین راندمان آب کشاورزی را دارد راندمان آن بالای نود درصد است !

۷- خلاصه و نتیجه گیری:

در نود درصد کشور ما به غیر از قسمت هایی از استان های مازندان و گیلان، سطح آب زیرزمین پایین است و آب جاری سطحی زیادی وجود ندارد کافیست فاضلاب شهری به سیستم تصفیه خانه فاضلاب بسیار ساده منتقل شود یعنی در حد ته نشینی و جذب مواد جامد با استفاده از ته نشینی و حوضچه های فیلترشنی، فاضلاب شهری تصفیه اولیه گردد و آب حاصله مستقیماً به مزارع با سیستم آبیاری زیرسطحی اجباری ترجیحاً با استفاده از لوله های بتنی تراوا برای آبیاری زیرسطحی انتقال باید و بقیه سیستم تصفیه میکروبی، توسط میکروارگانیسم های هوازی و بی هوازی خاک به سهولت و سرعت انجام میپذیرد. و عملا پساب جامدات زدائی شده، به سهولت به کود مایع برای کشاورزی و بدون آلایندگی برای محیط زیست تبدیل میگردد و از آب کمیاب، استفاده بهینه با هزینه کم و راندمان بالا انجام میپذیرد و محصولات کشاورزی ارگانیک تولید میگردد و نیاز به ساخت تصفیه خانه های گران قیمت و سیستم های آبیاری زیرسطحی وارداتی گران قیمت نیز رفع میگردد. و عملاٌ در مصرف کمبودهای شیمیایی و انرژی و آب و هزینه های تصفیه ثانویه صرفه جویی فراوانی میگردد.

روش عملیاتی: در تصفیه خانه های موجود با اعلام ضرب العجل به بهره برداران پائین دست، لزوم استفاده اجباری از پساب تصفیه خانه برای کشاورزی صرفاً به روش آبیاری زیرسطحی ابلاغ گردد و به تدریج این موضوع نهادینه و اجباری گردد و به تدریج سیستم تصفیه فاضلاب خانگی به سیستم صرفاً جامدات زدائی کاهش یابد و پساب حاصله در کشاورزی و فضای سبز صرفاً با استفاده از آبیاری زیرسطحی مصرف گردد. در تصفیه خانه های جدید نیز به همین صورت، پساب، صرفاً به مزراعی که در آنها سیستم آبیاری زیرسطحی اجرا شده است تخصیص یابد. این موضوع مطمئناً با توجه به کمبود شدید آب کشاورزی و غنی بودن پساب تصفیه خانه از عناصر مغذی برای گیاهان، با استقبال کشاورزان و بهره برداران سیستم های زراعت و باغبانی و گلخانه ای روبرو میگردد.

لطفاً پیشنهادات یا انتقادات درخصوص این مطلب را برایم ایمیل بفرمائید.

[email protected]

با احترام

محمدامین گنجه ای

دکترای مهندسی عمران از دانشگاه صنعتی امیرکبیر

خرداد ۱۴۰۴

۸- فهرست منابع و مراجع:

۲٫ WHO. Guidelines for the safe use of wastewater, excreta and greywater in agriculture and aquaculture. World Health Organization. (مشروح راهنما و منابع مرتبط).

۳٫ FAO / Codex. Guidelines for the safe use and reuse of water in food systems (Codex/FAO guidance). (2024–۲۰۲۵ updates / guidance). 4

. EPA. Guidelines for Water Reuse. U.S. Environmental Protection Agency (2012). 6

. Review: Treated Wastewater Irrigation—A Review. Water (MDPI). 7

. Research reviews on health risks of wastewater irrigation (epidemiological evidence). PMC review. 8

. On-farm practices for the safe use of wastewater in urban and peri-urban agriculture (FAO handbook). 9. Article: Transition from irrigation with untreated wastewater to treated — Nature Water (2025).