لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 10
پژوهش‌های محیط‌زیست، سال 5، شماره 9، بهار و تابستان 1393، از صفحه 115 تا 124
ارزیابی و تحلیل میزان فلزات سنگین Cd, Hg, Ni, Pb هوای محیط استان‌های در معرض ریزگرد و غبار در ایران (مطالعه موردی: 5 استان)
چکیده
آلودگی هوا به لحاظ ماهیت سیال بودن هوا، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. مهم‌ترین مشکلات محیط‌زیستی در مناطق شهری و صنعتی که سلامت انسان‌ها را تهدید می‌کند ناشی از همین امر می‌باشد که از جمله این آلاینده‌ها، وجود ذرات معلق در هوا و ایجاد پدیده ریزگردهاست. پدیده ریزگردها نه تنها به مرزهای تقسیمات جغرافیایی درون کشوری محدود نمی‌شود، بلکه هم اکنون ماهیت فرامرزی و حتی منطقه‌ای به خود گرفته است. شناخت کمی و کیفی ریزگردها نقش مهمی در زمینه تعیین منشای، برنامه‌ریزی جهت مهار و مقابله با آنها ایفا می‌کند. در این راستا، با توجه به احتمال حضور فلزات به همراه ذرات گرد و غبار، آنالیز فیلترهای تفلونی و فایبرگلاس در ایستگاه‌های پایش آلودگی هوا در 5 استان مختلف ایران در زمان‌هایی که بیشترین آلودگی وجود داشت، جهت اندازه‌گیری فلزات انتخاب شد. هدف از تحقیق حاضر، پایش آلودگی فلزات هوابرد، به منظور تعیین میزان فلزات Pb, Ni Cd, و Hg در فیلترهای هوا (تفلونی و فایبر گلاس) می‌باشد. نمونه فیلترهای نصب شده در ایستگاه‌های پایش آلودگی هوای استان‌های همدان، سیستان و بلوچستان، هرمزگان، کرمان و زنجان در زمان‌هایی که بیشترین آلودگی وجود داشت، جمع‌آوری و میزان فلزات پس از هضم اسیدی توسط دستگاه جذب اتمی اندازه‌گیری شد. نتایج به‌دست آمده در این تحقیق نشان داد که میزان سرب و جیوه اندازه‌گیری شده در هر دو نوع از فیلترهای هوا (تفلونی و فایبر گلاس) در کلیه استان‌های هدف، براساس استانداردهای معتبر جهانی EU Target WHO, California, و Federal، زیر حد مجاز آلودگی می‌باشد. در خصوص میزان فلزات نیکل و کادمیوم اندازه‌گیری شده در فیلترهای فوق در بعضی از ایستگاه(ها براساس استانداردهای معتبر جهانی EU Target WHO، غلظت آنها زیر حد مجاز آلودگی و در بعضی دیگر، در محدوده استانداردهای معتبر جهانی مشاهده شد.
کلید واژه‌ها: ذرات معلق، پدیده ریزگردها، فیلترهای هوا (تفلونی و فایبرگلاس)، کادمیوم، سرب، نیکل، جیوه
(
( نویسنده مسوول: Email: Taba_az@yahoo.com
سرآغاز
سرزمین‌های خشک و نیم‌خشک و عرصه‌های بیابانی، پیوسته با پدیده فرسایش بادی روبرو هستند. گاهی عوارض این پدیده سطح وسیعی از این مناطق را تحت تأثیر قرار می‌دهد و دامنه آثار آن، از جمله جابه‌جایی ریزگردها، حتی به نقاط مرطوب و عرض‌های شمالی کره‌زمین هم کشیده می‌شود. کشور ایران به دلیل موقعیت جغرافیایی و قرار داشتن روی کمربند خشک کره زمین، پیوسته از آثار فرسایش بادی چه با منشایی داخلی یا خارجی، متأثر بوده است. این رویداد اغلب خسارت‌ها و صدمه‌هایی را به منابع زیستی، اقتصادی- اجتماعی و حتی فرهنگی وارد کرده است. هر چند رویداد فرسایش بادی در کشور سابقه دیرینه‌ای دارد، اما در سال‌های اخیر، بنا به عواملی از مسایل طبیعی مانند: خشکسالی‌ها و تغییر شرایط اقلیمی یا اثر عامل انسانی مانند: مدیریت نادرست منابع آب، خاک، پوشش گیاهی و بهره‌برداری ناپایدار از منابع اراضی، عوارض پدیده فرسایش خاک تشدید شده است. نتایج بررسی‌های انجام شده حاکی از آن است که بیشترین منشای به وجود آورنده ریزگردهای سال‌های اخیر در جنوب غرب و غرب کشور، به طورکلی مبدای خارجی داشته و منشا آن قسمت‌هایی از سرزمین‌های کشور عراق، سوریه و عربستان است. اگرچه کشور ما با پدیده ریزگردها یا طوفان‌های گرد و غبار که اغلب منشای داخلی دارد هم روبروست، ولی این پدیده بیشتر محلی بوده و از نظر زمانی هم به نسبت کوتاه مدت است (آرشیو وب فارسی واضح، 1390). بنابراین، با توجه به اهمیت پدیده ریزگردها و تأثیر آنها بر اتمسفر، تغییر درجه حرارت، اقلیم، میزان بارندگی، ایجاد خشکسالی و همچنین قابلیت آنها در انتقال فلزات، سموم، مواد رادیواکتیو، ارگانیسم‌ها مانند: باکتری‌ها و ویروس‌ها و در نتیجه ورود آنها به سیستم تنفسی و آثار سوء روی سلامتی انسان‌ها و سایر موجودات، اهمیت موضوع بیشتر آشکار می‌شوند. منابع ریزگردی در اقلیم‌هایی است که بارش و پوشش گیاهی ناچیز است. در خاورمیانه، عربستان یکی از 5 منطقه اصلی برداشت ریزگرد جهانی شناخته شده است. بر پایه تجزیه و تحلیل داده‌های هواشناسی، جنوب عراق و کویت بیشترین رخدادهای ریزگردی را در خاورمیانه داشته‌اند. بیشترین ریزگرد در شبه جزیره عربستان تولید می‌شود. منبع ریزگرد که در مرز یمن و عربستان واقع شده، پس از منطقه صحرای آفریقای مرکزی و غربی، سومین منطقه برداشت ریزگرد جهان است. طوفان ریزگردی در قسمت شمالی شبه قاره هند و مناطق اطراف آن هم رایج هستند. بیشترین فراوانی طوفان‌های ریزگرد در مرزهای بین ایران- افغانستان و پاکستان رخ می‌دهد و مناطق دیگر با فراوانی زیاد شامل ساحل دریای عمان در ایران (مکران)، دشت‌های سند پاکستان به سوی شمال‌غربی هند و حوضه ایندوگانگتیک است (رایگانی بهزاد، 1391).
ریزگردها یکی از اجزای مهم تشکیل‌دهنده آلاینده‌های هوا می‌باشند که یا تحت عنوان ذرات اولیه به طور مستقیم از طریق فرسایش بادی با منشای داخلی یا خارجی شامل فعالیتهای انسان‌ساخت و طبیعی مانند: وسایل نقلیه، فعالیتهای صنعتی، خانگی، فرسایش جاده‌های غیرآسفالتی و حریق وارد محیط می‌شوند و یا پس از ورود به محیط بر اثر واکنش با ترکیبات متعدد مانند: گازهای SO2 (دی‌اکسید سولفور) و NOx (اکسیدهای نیتروژن) که بیشتر توسط احتراق سوخت‌های فسیلی، صنایع و ترافیک به محیط منتشر می‌شوند، به‌صورت ذرات ثانویه (آئروسل) شکل می‌گیرند. در نواحی با فرسایش خاک زیاد، گرد و غبار به‌عنوان یک آلوده‌کننده عمده، کیفیت هوا را کاهش می‌دهد و سلامتی انسان‌ها را به خطر می‌اندازد. گردوغبار منجر به افزایش بیماری‌های مننژیت، تب دره، آسم، عفونت‌های چشمی، بیماری‌های ویروسی و صدمه به DNA سلول‌های پوست و ریه می‌شود. به‌علاوه، این پدیده بر میزان کوچ و زادآوری پرندگان، شرایط زیستگاهی حیات‌وحش و کاهش میزان رویش‌های علفی و تنوع گیاهی اثرگذار است. همچنین گردوغبار باعث کاهش کیفیت آب و سلامت هوا شده، بر روند رشد گیاهان تأثیر منفی داشته و شرایط رویشگاهی را با تنگناهای متعددی روبرو می‌سازد (آرشیو وب فارسی واضح، 1390). ریزگردها معمولاً مخلوطی از ذرات جامد یا محلول و یا هر دوی آنها می‌باشند که به‌صورت معلق در هوا وجود دارند و قادرند تا مدت‌ها به‌صورت معلق باقی‌مانده و حتی به فواصل چند کیلومتر دورتر از منبع اصلی خود حرکت کنند و به همراه یکسری از ذرات معدنی تخلیه شده به اتمسفر منجر به افزایش غلظت بعضی مواد آلاینده دیگر از جمله فلزات‌سنگین شوند و آثار زیان‌آوری روی انسان و سایر موجودات بگذارند (شیخی و همکاران، 1389Adriaenssens, 2007; Jasminka et al., (2009; Popescu, 2011; Crintoaie & Mariana, 2011.
قرار‌گیری در معرض فلزات سنگین، باعث ایجاد محدوده وسیعی از اختلال‌ها در انسان و خطرهای اکولوژیکی می‌شود. بنابراین، این مساله حیاتی به نظر می‌رسد که انتشارات وارده به محیط‌زیست به شدت محدود و کنترل شوند. چون فلزات‌سنگین به روش‌های متنوعی وارد محیط می‌شوند. امروزه انتشارات هوابرد از نگرانی‌های ویژه به‌شمار می‌آیند. آلاینده‌ها وقتی وارد اتمسفر می‌شوند، قادر به انتقال به اکوسیستم‌های وسیع در فواصل دورتر از منبع اصلی می‌باشند Adriaenssens, 2007; ) (Popescu, 2011.
مواد خطرناک موجود در هوای محیط که توسط شبکه‌های گوناگون پایش هوا و از بررسی‌های انجام گرفته شناسایی شده و از ترکیب‌های اصلی نگران‌کننده به‌شمار می‌آیند، شامل: دی‌اکسیدسولفور، اکسیدنیتروژن، ازن، ذرات ریز PM10, PM) (2.5، دوده، VOC (ترکیبات آلی فرار)، هیدروکربن‌های پلی‌آروماتیک، فلزات‌سنگین (در مواد معلق و مواد ته‌نشست)، باران اسیدی، فلوئورید‌هیدروژن، دی‌اکسین، PCB 126 و سموم در آب باران، می‌باشند .(Adriaenssens, 2007)
فلزات‌سنگین، فلزات پایدار یا متالو‌ئیدهای پایداری هستند که چگالی آنها بیش از g/cm3 5/4 است (اسماعیلی ساری، 1381; سپهرنیا و فراهانی، 1391). فلزات‌سنگین اجزای طبیعی سازنده پوستۀ زمین و پایدار هستند و نمی‌توانند تخریب یا تجزیه شوند. بنابراین، به تجمع در خاک و رسوب‌ها تمایل داشته و طول عمر بالایی دارند بنابراین، در زنجیره غذایی باقی‌مانده و در نهایت باعث اختلال‌های عصبی و حرکتی در موجودات زنده می‌شوند (اسماعیلی ساری،1381(Crintoaie & Mariana, 2011; . با این‌حال، فعالیتهای انسان، به شدت چرخه‌های بیوشیمیایی، زمین‌شناسی و تعادل بعضی از فلزات‌سنگین را دگرگون کرده است. منابع اصلی انسان‌ساز فلزات‌سنگین شامل منابع نقطه‌ای صنعتی مانند: معادن، ریخته‌گری، کارخانجات ذوب فلزات و منابع انتشار مانند فرآورده‌های جانبی احتراق، ترافیک و غیره می‌باشند. فلزات‌سنگین به نسبت فرار بوده و آن‌هایی که به ذرات هوابرد می‌چسبند، می‌توانند به‌طور گسترده در مقیاس‌های بسیار وسیع پراکنده شوند (سپهرنیا و فراهانی، 1391؛ Mukesh, (2000. از منابع اصلی دیگر فلزات‌سنگین موجود در اتمسفر، صنایع غیرفلزی، ترکیبات سوخت فسیلی، پساب و ترافیک می‌باشند که در هوای قابل تنفس، ذرات‌معلق و ذرات‌رسوبی پدیدار می‌شوند (Adriaenssens, 2007).
برای کنترل آلودگی فلزات سنگین و محدود نمودن آثار مضر ناشی از آنها، دولت و عوامل قانون‌گذار باید به‌طور جدی به اجرای قوانین سخت‌گیرانه و دقیق بپردازند. دست‌یابی به این قوانین، مستلزم به‌کار‌گیری تکنیک‌های پایش صحیح به‌طور گسترده می‌باشد (Adriaenssens, 2007).
هدف از این تحقیق، بررسی و تعیین میزان فلزات Pb، Ni ،Cd و Hg در فیلترهای تفلونی و فایبرگلاس نصب شده در ایستگاه‌های پایش آلودگی هوا که در معرض ریزگرد و غبارها قرار داشته‌اند، می‌باشد.
مواد و روش‌ها
نمونه‌برداری فیلترها و انتقال آنها به آزمایشگاه
روش کار: در این مرحله فیلترهای تفلونی و فایبرگلاس نصب شده در آنالایزرهای ایستگاه‌های پایش کیفی هوا جهت آنالیز به آزمایشگاه جذب اتمی منتقل شدند. در این ایستگاه‌های پایش کیفی هوا، نمونه هوا از میان پراب‌های نمونه‌برداری به آنالایزرهای سنجش گازها و ذرات هدایت می‌شود. آنالایزر سنجش ذرات دارای پراب مجزا از پراب نمونه‌برداری آنالایزرهای سنجش گازها می‌باشدAnonymous, 2005; ) (Avie & William, 1999.
در این بررسی، استان‌های هدف شامل: سیستان و بلوچستان،کرمان، هرمزگان، زنجان و همدان بودند که ایستگاه‌های پایش کیفی هوای نصب شده در این استان‌ها شامل 3 مدل Horiba، Ecotec و Environment S.A می‌باشند.
دبی نمونه‌برداری آنالایزرها به تفکیک مدل ایستگاه، براساس جدول (1) می‌باشد.
فیلترهای به کار رفته در آنالایزرهای گازی، از جنس تفلون و فیلترهای به کار رفته در آنالایزرهای سنجش ذرات، از جنس فایبرگلاس است. روش آنالیز آنالایزرها، بر اساس جدول (2) می‌باشد.
- هضم فیلترهای هوا
به‌منظور هضم فیلترهای هوا جهت اندازه‌گیری فلزات، هر کدام از فیلترهای تفلونی، فایبرگلاس و همچنین نمونه فیلترهای خام (از هر کدام از فیلترهای فوق) به‌عنوان شاهد به طور جداگانه بر اساس راه‌کار مربوطه هضم شدند.
جدول (1): دبی نمونه‌برداری آنالایزرها
به تفکیک مدل ایستگاه
دبی نمونه‌برداری
آنالایزر
مدل ایستگاه
ردیف
5/1 l/min
CO
Horiba
1
8/0l/min
SO2
8/0l/min
NOX
8/0 l/min
O3
1 m3/hr
ذرات
5/1 l/min
CO
Ecotec
2
57/0 l/min
SO2
57/0 l/min
NOX
5/0 l/min
O3
1 m3/hr
ذرات
3/1l /min
CO
Environment S.A
3
45/0 l/min
SO2
66/0 l/min
NOX
1 l/min
O3
07/0 l/min
Vocs
33/1 l/min
Hcs
1 m3/hr
ذرات
جدول (2): روش آنالیز آنالایزرهای سنجش ذرات
روش آنالیز
نوع پارامتر
Non-Dispersive Infra-Red (NDIR)
CO
UV فلورسانس
SO2
جذب ازن
O3
کمی لومینانس
NOx
کروماتوگرافی گازی
VOCs
یونیزاسیون شعله‌ای
HCs
کاهش جذب اشعه بتا
ذرات
روش هضم نمونه فیلترهای تفلونی: هضم نمونه‌ها توسط دستگاه مایکروویو (Berghof MWS-2) انجام گرفت. ابتدا، یک نمونه فیلتر تفلونی در ظروف مخصوص مایکروویو قرار داده و ml 5 اسید نیتریک 65 درصد و ml 2 اسید فلوئوریدریک غلیظ به آن اضافه شد و سپس به مدت 1 ساعت در دمای اتاق باقی ماند. پس از این مدت ظروف طبق برنامه دمایی و زمانی مشخص در مایکروویو براساس جدول (3) قرار داده شدند.
پس از این مـرحله و پس از خنک شـدن ظـروف، نمـونه‌هـا بـه
جدول (3): برنامه دمایی و زمانی مشخص دستگاه مایکروویو جهت هضم نمونه فیلترهای هوا
برنامه
انرژی %
زمان (دقیقه/ثانیه)
دما (C
1
100
00/10
50
2
100
00/10
100
3
100
00/22
200
ظروف حجمی مخصوص حاوی gr 8/0 اسید بوریک منتقل و در نهایت با آب دیونیزه به حجم ml 50 رسانده شدند. در این مرحله، نمونه آماده تزریق به دستگاه شد Avie & William,) 1999; Anonymous, 2003; Anonymous, 2004; Anonymous, 2005; Richard et at., 2010; Danadurai (et al., 2011.
روش هضم نمونه فیلترهای فایبرگلاس: هضم این نمونه‌ها نیز توسط دستگاه مایکروویو (Berghof-MWS-2) براساس راه‌کار هضم نمونه فیلترهای تفلونی انجام گرفت، ولی با این تفاوت که حداقل 10 سانتی‌متر از نمونه فیلتر فایبرگلاس در ظروف مخصوص مایکروویو قرار داده شد و سایر مراحل بر اساس راه‌کار پیش رفتAvie & William, 1999; ) Anonymous, 2003; Anonymous, 2004; Anonymous, (2005; Richard et at., 2010; Danadurai et al., 2011.
- اندازه(گیری فلزات در نمونه فیلترهای هضم شده
اندازه‌گیری فلزات Cd, Ni, Pb در فیلترهای تفلونی، فایبرگلاس و نمونه‌های شاهد پس از مرحله هضم توسط دستگاه جذب اتمی Varian 240در طول موج های مخصوص به هر فلز و لامپ مربوطه (کادمیوم در 8/228 نانومتر، نیکل در 232 نانومتر و سرب در 217 نانومتر) و اندازه‌گیری فلز Hg، توسط دستگاه مرکوری آنالایزر Milestone DMA 80 انجام شد (اسماعیلی ساری، 1381; بهرامی و همکاران، 1383 William & Winberry, 1999; Anonymous, 2003; Anonymous, 2004; Anonymous, 2005; Richard et at., 2010; (Danadurai et al., 2011;.
- محاسبات نهایی
نمونه فیلترهای تفلونی: پس از اخذ داده‌های میزان غلظت فلزات در محلول حاصل از هضم توسط دستگاه جذب اتمی، غلظت فلز در نمونه‌های فیلتر تفلونی به صورت زیر محاسبه شد که نتایج در جدول (4) قابل مشاهده می‌باشد.
تحقیق درباره ارزیابی و تحلیل میزان فلزات سنگین Cd, Hg, Ni, Pb هوای محیط استان‌های در معرض ریزگرد و غبار در ایران
