فلزات سنگین

رشد روزافزون جمعیت، گسترش فاضلاب های صنعتی و شهری و عدم تصفیه صحیح به طور قابل توجهی منجر به افزایش سطح فلزات سنگین در اکوسیستم خاک گشته است. پیشگیری از اثرات فلزات سنگین بر سلامت اکوسیستم خاک نیازمند انتخاب شاخص های زیستی مناسب است. تحقیق حاضر به بررسی تأثیرات فلزات سنگین و پارامترهای محیطی مؤثر خاک روی جنس های دم فنریان از بندپایان می پردازد. بدین منظور در دو مرحله از ایستگاه هایی در محیط پیرامون تصفیه خانه های فاضلاب صنعتی و شهری چرمشهر، خین عرب و پرکندآباد شهرستان مشهد در ایران نمونه برداری انجام شد. 28 نمونه خاک که هر نمونه از اختلاط چهار زیر نمونه به دست آمده بودند، از تعداد 14 ایستگاه جمع آوری گردیدند. درمجموع 15 جنس از دم فنریان از منطقه مطالعاتی شناسایی شد. تمامی این جنس ها برای اولین بار از شهرستان مشهد گزارش شده اند. نتایج حاصل از مقایسه غلظت پارامترهای شیمیایی و جنس های دم فنریان نشان داد بین آن ها همبستگی وجود دارد. تعداد جنس با دو فلز آهن و کروم همبستگی منفی داشت و از بین عناصر دیگر مورد آنالیز، تنها کربن کل دارای همبستگی مثبت و معنی داری با تعداد جنس دم فنریان است. نتایج تحلیل تطابق متعارفی نشان داد که واکنش فراوانی هر یک از جنس های دم فنریان نسبت به پارامترهای محیطی متفاوت است. بنابراین با وجود اینکه دم فنریان به عنوان شاخص های زیستی مناسب توصیه می گردند، باید به این امر توجه داشت که تنوع زیستی به طور متفاوتی به عوامل غیر زیستی محیط پاسخ می دهد و این مهم باید در مدیریت اکوسیستمی مد نظر قرار گیرد.

امروزه یکی از مهم ترین مشکلات جهانی محیط زیست بخصوص در اکوسیستم های آبی، آلودگی ناشی از فلزات سنگین است. با توجه به این که رسوبات منبع اصلی برای ذخیره ی فلزات سنگین می باشند، در این مطالعه رسوبات رودخانه گاماسیاب از نظر آلودگی به فلزات سنگین کروم، مس، نیکل، روی، آهن و منگنز مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از لایه بندی، نتایج در جی آی اس، با دو روش کریجینگ و فاصله یابی وزنی معکوس، نقاط درون یابی شدند که نتایج حاصل، برتری روش فاصله یابی وزنی معکوس را نشان داد. از شاخص ژئوشیمیایی مولر، ریسک اکولوژیکی و آنالیزهای آماری برای سنجش وضعیت آلودگی فلزات سنگین در رسوبات استفاده شد. نتایج محاسبه شاخص ژئوشیمیایی مولر بیانگر آن بود که در فصل بهار رسوبات رودخانه گاماسیاب از نظر آلودگی به تمام عناصر در طبقه غیر آلوده و در فصل تابستان از نظر آلودگی به تمام فلزات به جز فلز نیکل در طبقه غیر آلوده قرار دارند. نتایج شاخص ریسک اکولوژیک نشان داد که رودخانه گاماسیاب از نظر غلظت فلزات سنگین مورد مطالعه در طبقه ریسک اکولوژیکی کم قرار می گیرد. بررسی نقشه پهنه بندی شاخص ریسک اکولوژیک و نقشه پهنه بندی و آنالیز نقاط داغ نشان می دهد که در فصل بهار نقاط با آلودگی بالا در بخش شرقی رسوبات رودخانه و در فصل تابستان در بخش غربی متمرکز شده اند.

سرب از جمله فلزات سنگین است که به طور طبیعی و به مقدار نادر (کمتر از ا% وزن بدن را تشکیل می دهد)، در خاک، آب، گیاه و حیوان و در همه مواد زیست شناسی (بیولوژیکی) وجود دارد. این فلز سنگین معمولاً از طریق غذاخوردن، استنشاق یا از طریق تماس پوستی جذب بدن می شود. سرب همچنین به طور طبیعی در پوسته زمین در کنار سنگ معدن سولفید روی و مس یافت می شود. منابع دیگر تولید سرب شامل لعاب سفالگری، باتری های سربی، رنگ های سربی، بنزین، لحیم کاری با سرب در لوله های آب و نیز دودی است که از اتومبیل ها خارج می شود. سرب موجود در خاک و اتمسفر می تواند موجب آلوده شدن آب شده و به طور مکرر وارد زنجیره غذایی موجودات آبزی گردد. در این پژوهش نمونه های دندانی از ۹ انسان عصر برنز محوطه گوهر تپه در شمال ایران را جهت تعیین سطح سرب در دندان های باستانی این محوطه با استفاده از دستگاه طیف بینی جذب اتمی آنالیز نمودیم. هدف از این مطالعه تعیین سطح سرب و آلودگی زیست محیطی در محوطه گوهر تپه است. 

گردوغبار شهری یکی از شاخص های آلودگی به فلزات سنگین در محیط زندگی است. حضور فلزات سنگین در خاک های آلوده چالشی برای محیط زیست محسوب می شود و با ورود به بدن موجودات زنده، می تواند عوارض جبران ناپذیری ایجاد کند؛ بنابراین شناخت مواد آلاینده و چگونگی انتقال، عملکرد و دسترس پذیری آن ها از اهمیت بالایی برخوردار بوده و تأثیرات آن ها بر سلامت انسان و دیگر جانداران به وضوح قابل توجه است. لذا مطالعه حاضر به منظور بررسی تأثیر فلزات سنگین (شامل سرب (Pb)، روی (Zn)، کروم (Cr) و آرسنیک (As)) در گردوغبار شهر بیرجند بر سلامت شهروندان انجام شده است. برای دستیابی به این هدف، 50 نمونه گردوغبار از مرکز شهر بیرجند جمع آوری شدند و با استفاده از روش طیف سنجی جفت شده پلاسمای القایی (ICP-OES) تحلیل شدند. با توجه به نتایج تحقیق میانگین غلظت فلزات مورد مطالعه به ترتیب Pb (93/16)، Zn (55/5)، Cr (04/1) و As (11/6) µg/m³ برآورد گردید. بر اساس میانگین مقادیر RI، فلزات کروم و روی دارای پتانسیل ریسک اکولوژیکی کم هستند و سرب ریسک متوسط و آرسنیک دارای پتانسیل ریسک اکولوژیکی زیاد است. خطر غیر سرطان زایی فلزات سنگین در شهر بیرجند بدون ریسک است؛ اما خطر غیر سرطان زایی برای دو عنصر کروم و آرسنیک برای کودکان بیشتر از بزرگ سالان است. مقادیر CR در کودکان بیشتر از بزرگ سالان است. این مقدار در کودکان برای کروم (4-10×58 /5)، آرسنیک (5-10×98 /5) و سرب (6-10×09 /9) و در بزرگ سالان کروم (4-10×18 /1) و آرسنیک (5-10×27 /1) می باشد که بیشتر از 6-10×1 می باشد. خطرپذیری سرطان برای کودکان تحت شرایط کنترل و نظارت وجود دارد؛ اما ریسک سرطان ناشی از این فلز در گردوغبار برای بزرگ سالان می تواند نادیده گرفته شود.

معضلات ناشی از تغییرات اقلیمی از مهم ترین بحران ها و تهدیدات محیط زیست حال حاضر جامعه بشری به خصوص در محیط های شهری است. در شهر تبریز و در سال های اخیر، به علت رشد جمعیت، مهاجرت فراوان از شهرهای دیگر، ترافیک، توسعه صنایع و مراکز تولیدی باعث افزایش تولید و پراکنش آلاینده ها شده است. بر این اساس، در این پژوهش به ارزیابی کیفیت وقوع گرد و غبار در سال های 1399 و 1400مورد توجه قرار گرفته است. میزان غلظت ذرات گرد و غبار در مناطق مختلف مکان های مورد مطالعه بسته به موقعیت جغرافیایی، شرایط توپوگرافی، اقلیمی و هم چنین منشا آن ها اعم از داخلی و خارجی متفاوت است. براساس نتایج به دست آمده از تحلیل نتایج آزمایشگاهی و مطالعات میدانی، در منطقه تبریز و در دوره انجام تحقیق، تراکم فلز سرب در گرد و غبار برای بزرگسالان متوسط و برای کودکان شدید و خطر فلز جیوه هم برای افراد مسن و هم برای کودکان هر دو شدید بوده است. اثرات نامطلوب فلز کادمیوم در کودکان و بزرگسالان نیز بسیار شدید بوده است. از طرف دیگر بالا بودن دمای هوا در مرکز شهر و تشکیل جزایر حرارتی در آن باعث ایجاد بادهای محلی از حومه به طرف مرکز شهر می شود. با انتقال آلودگی ها از حومه به مرکز شهر توسط این بادها، وضعیت آلودگی در مرکز شهر نیز افزایش می یابد.

محدوده ی مطالعاتی این تحقیق شهر خرم آباد واقع در غرب ایران مرکز استان لرستان می باشد؛ در این تحقیق برای تعیین کیفیت آب شرب منطقه ی مورد مطالعه از اطلاعات 23 حلقه چاه و چشمه در رابطه با عناصر سنگین شامل (کروم، روی، باریم، کبالت، آلومینیوم، سرب، کادمیوم، نیکل) در طی سه سال (1390-1392) استفاده گردید. برای تعیین میزان حداقل و حداکثر غلظت عناصر در بین چاه ها و چشمه های منطقه ی مورد مطالعه از نرم افزار EXCEL استفاده گردید. سپس در نرم افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) روش دون یابی نقشه ی هر یک از عناصر سنگین موجود در هر یک از منابع تأمین کننده ی آب شرب تهیه و تولید شدند و به مقایسه ی مقدار هر عنصر و پارامتر با مقادیر بیان شده توسط سازمان ملی ایران، سازمان بهداشت جهانی (WHO)، سازمان محیط زیست آمریکا (EPA) پرداخته شد که میزان آلودگی هر منبع آب مشخص شود. با توجه به اطلاعات و داده های موجود میزان بیشترین و کمترین مقدار عناصر و آلاینده های سنگین در هر یک از منابع آبی مورد مطالعه مشخص گردید. نتایج نشان داد که میانگین غلظت عنصر کروم، روی، کبالت، سرب، کادمیوم و نیکل پایین تر از حد استانداردهای ملی، سازمان بهداشت جهانی (WHO) واستاندارد (EPA) امریکاست، اما در چشمه ی مطهری میزان فلز سنگین کروم بالاتر از حد استاندارد (WHO) می باشد. میانگین غلظت عنصر باریم در منابع پایین تر از حد استاندارد ملی و در تمامی منابع بالاتر از حد استاندارد (WHO) و استاندارد (EPA) بوده است. غلظت عنصر آلومینیوم پایین تر از حد استاندارد ملی و بالاتر از حد استاندارد (EPA) می باشد.

صنایع رنگرزی یکی از مهم ترین منابع آلاینده محیط زیست بوده است که سالانه مقادیر زیادی پساب سمی و خطرناک حاوی فلزات تولید می کنند. آلودگی و انباشت فلزات سنگین در خاک و آب به سبب تجزیه ناپذیر بودن و انباشت آنها در محیط، فراوانی منابع آلاینده و سمّیت، مشکلی جدی در سطح جهان است. امروزه ارائه راه کارهای ایمن و سازگار با محیط زیست در صنایع رنگرزی دستبافته ها، یک مسئله مهم است و دانشمندان را ترغیب نموده تا با جدیت بیشتری درصدد یافتن راه حل باشند. در سال های اخیر افزایش آگاهی عمومی در مورد محیط زیست، اکولوژی و کنترل آلودگی سبب ترغیب صنایع نساجی به استفاده از مواد طبیعی شده است. در این راستا در این پژوهش برای اولین بار از پوست پسته و تاج خروس به عنوان زائدات صنایع کشاورزی برای رنگرزی زیست سازگار نخ پشمی استفاده شد. روش پژوهش از نظر هدف کاربردی است و به منظور به حداقل رساندن میزان مواد مصرفی و زباله های تولیدی، از روش آماری رویه پاسخ از روش آماری رویه سطح پاسخ و از روش طراحی باکس - بهنکن بر پایه روش فاکتوریل ناقص سه سطحی استفاده شد. اثر سه پارامتر غلظت رنگزا، غلظت سیتریک اسید و مدت زمان رنگرزی بر میزان قدرت رنگی نسبی نمونه ها مورد ارزیابی قرار گرفت و بر اساس آنها شرایط بهینه رنگرزی معرفی شد. نتایج حاصل از ضرایب همبستگی که اختلاف کمی را بین ضریب تنظیم شده (9832/0) و ضریب پیش بینی شده (9307/0) نشان داد و همچنین ضریب همبستگی بالای مدل (9927/0) نشان داد که روش رویه - پاسخ قادر است تا فرآیند رنگرزی پشم با رنگزای تاج خروس را با تعداد کمی از آزمایش ها، پیش بینی و بهینه سازی کند. همچنین تمامی متغیرهای مستقل مورد بررسی در این پژوهش، مربع غلظت رنگزا و تداخل همزمان متغیرهای غلظت رنگزا و سیتریک اسید، با سطح اطمینان 95% بر متغیر پاسخ (قدرت رنگی نسبی) معنی دار و مؤثر می باشند. استفاده از بیودندانه زیست سازگار پوست پسته در رنگرزی پشم با عصاره تاج خروس منجر به بهود میزان جذب رنگ توسط الیاف شده و ثبات های عمومی قابل قبولی را حاصل می سازد. استفاده از پوست پسته به عنوان یک بیودندانه زیست تخریب پذیر و پایدار جدید در صنایع رنگرزی نه تنها منجر به افزایش راندمان رنگرزی می شود، بلکه در به حداقل رساندن مشکلات زیست محیطی ضایعات کشاورزی و محصولات جانبی نیز مفید خواهد بود. بنابراین این روش می تواند به عنوان یک جایگزین عالی و اقتصادی برای دندانه های فلزی متداول درنظر گرفته شود و کمک شایانی به کاهش آلودگی محیط زیست و تولید مواد با ارزش افزوده بالا نماید.

افزایش آلودگی درنتیجه رشد صنعتی شدن و شهرنشینی به دلیل تاثیر بر سلامت انسان به یک نگرانی مهم در کشورهای در حال توسعه تبدیل شده است. از این رو در مطالعه حاضر به منظور بررسی آلودگی، 70 نمونه گردوغبار خیابانی از مراکز درمانی شهر یزد جمع آوری و در آزمایشگاه برای تعیین محتوای عناصر آهن، کبالت، منگنز، روی، کروم، سرب، کادمیوم، نیکل، مس، آرسنیک و آلومینیوم با استفاده از روش طیف سنجی القایی هضم شدند. الگوی مکانی غلظت فلزات با استفاده از روش درون یابی IDW در نرم افزار GIS تهیه شد. همبستگی زوجی بین فلزات با استفاده از همبستگی پیرسون و طبقه بندی فلزات مشابه از نظر منشأ احتمالی با استفاده از خوشه بندی سلسله مراتبی انجام شد. همچنین سطح آلودگی با استفاده از شاخص های فاکتور غنی شدگی، شاخص زمین انباشت، شاخص آلودگی و آلودگی یکپارچه تعیین شد. بر اساس نتایج، روند میانگین غلظت فلزات به ترتیب آهن (16/23587)، آلومینیوم (94/18074)، روی (54/602)، منگنز (7/445)، سرب (95/80)، مس (86/60)، کروم (83/46)، نیکل (09/34)، کبالت (2/10)، آرسنیک ( 29/0) و کادمیوم (21/0) میلی گرم بر کیلوگرم برآورد شد. بر اساس الگوی توزیع مکانی بیشترین مقادیر غلظت فلزات در  مراکز درمانی نزدیک به خیابان دوطرفه و ایستگاه خط واحد مشاهده شد. بیشترین مقدار غنی شدگی در عناصر روی و در نتیجه کلاس غنی شدگی زیاد مشاهده شد. همچنین بالاترین مقادیر شاخص زمین انباشت، درجه آلودگی و آلودگی یکنواخت نیز مربوط به عناصر روی و سرب بود. همبستگی معنی داری بین عناصر آلومنیوم-آهن-کبالت-منگنز-کروم، کادمیوم- کروم-سرب و نیکل-مس در سطح 1 درصد مشاهده شد در حالی که آرسنیک هیچ گونه همبستگی با سایر عناصر نداشت. بر اساس خوشه بندی سلسله مراتبی عناصر کبالت، منگنز، کروم، کادمیوم، سرب،  نیکل، مس و روی منشأ انسانی، در حالیکه آلومینیوم و آهن منشأ طبیعی داشتند.

فرونشست گرد و غبار به طور گسترده در مناطق خشک و نیمه خشک جهان اتفاق می افتد. به دلیل ریز بودن و بالا بودن جذب سطحی ذرات گرد و غبار، امکان انتقال آلودگی بالا با اتصال فلزات سنگین به آنها وجود دارد. یزد از جمله شهرهای صنعتی ایران است که کارخانجات و صنایع مختلف فولاد و کاشی و سرامیک در اطراف آن وجود دارد. این مطالعه به منظور بررسی آلودگی عناصر سنگین در گرد و غبار اتمسفر شهر یزد انجام شد. نمونه های گرد و غبار به صورت فصلی از پائیز 1397 تا تابستان 1398 و از 30 نقطه با استفاده از تله های رسوبگیر نصب شده در بام ساختمان های یک طبقه جمع آوری شد. غلظت عناصر سنگین تعیین و شاخص های ارزیابی آلودگی فلزات سنگین شامل شاخص زمین انباشتگی (Igeo)، شاخص جامع آلودگی نمرو INPI))، شاخص آلودگی تجمعی IPI)) و شاخص ریسک اکولوژیک اصلاح شده (MRI) برای ارزیابی سطح و میزان آلودگی گرد و غبار در منطقه محاسبه شدند. بر اساس نتایج شاخص آلودگی تجمعی دو فصل پائیز و زمستان دارای شاخص آلودگی زیاد و فصل بهار و تابستان دارای مقدار آلودگی متوسط است. بر اساس شاخص جامع آلودگی نمرو عناصر آرسنیک، کادمیوم و روی به ترتیب با میانگین 8/7، 7/3 و 9/6 در کلاس آلودگی شدید قرار دارند. مقادیر متوسط شاخص انباشتگی به ترتیب از بیشتر به کمتر روی>کروم> مس> سرب>آرسنیک>کبالت> آهن> نیکل> منگنز> کادمیوم می باشد. نتایج شاخص ریسک اکولوژیک اصلاح شده نیز در همه فصول بین 300 تا 600 بوده است و به همین دلیل منطقه در طبقه ریسک اکولوژیک قابل توجه قرار می گیرد.