بخشی از مقاله
مقدمه
نیاز به درک بهتر رفتار عناصر سنگین در محیطهای شهری و پیامد زندگی در شهر و حومه آن، با توجه به این حقیقت که 2/7 میلیارد نفر یا به بیانی %47 جمعیت جهان در شهرها زندگی میکنند، به خوبی توجیه میشود( Eduardo .(et al, 2005 تراکم جمعیت انسان در مناطق خاص، فرایندهای زیستزمین-شیمیایی موجود در این مناطق و سامانههای آبی وابسته به آنها را به شدت تحت تأثیر قرار دادهاست(.(Panagiotopoulos et al, 2010 توسعه صنعتی به طور معمول به آلودگی بومسامانهها منجر میشود، چراکه بار آلودگی تخلیه شده در رودخانهها و دریاچهها، در خاک و آب زیرزمینی نفوذ کرده، و یا به صورت ریزگرد و هواویز به هوا گسیل میشود(.(Abernathy et al., 1984 منابع آب سطحی به دلیل دسترسپذیری آسان، و دفع انواع پساب در آنها درمقابل آلودگی آسیبپذیرتر هستند(.(Singh et al. 2002
ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی، و باکتریایی آب تعیینکننده کیفیت آن برای استفاده درمصارف خانگی، صنعتی و کشاورزی است. در هر برنامه آبرسانی، به ویژه در مواردی که هدف تأمین آب شرب است، کیفیت آب به مراتب از کمیت آن مهمتر میشود( CPHEEO, 1998و.( Blais et al 1993 از میان آلاینده-های مختلف، فلزات سنگین به دلیل پایداری محیطی، بازیافت زیستزمین-شیمیایی، تمرکز و سمناکی زیستشناختی، جذب-واجذب، پتانسیل اکسایش-
کاهش، تهنشست، انحلالپذیری، کیلیتی شدن و خطرات بومشناختی مورد توجه بیشتری قرار گرفتهاند(.(Zhiaho Wu et al, 2011 در بیشتر مواقع، منبع فلزات سنگین در رودخانهها آبشویی سنگ بستر، و تخلیه پسابهای شهری و صنعتی در رودخانه است(.(Soares et al, 1999 گونههای فلز سنگین در محیط آبگین، شامل گونههای حلشده در آب، کلوئید، و فاز رسوبی می-شود. جذب سطحی فلزات توسط رسوبات، فرایند مهمی است که میتواند به صورت بالقوه غلظت فلزات را در محیط آبگین طبیعی کاهش دهد( Comber et .(al. 1996 اگرچه بیشتر آلایندههایی که جذبسطحی رسوبات شدهاند به سختی در دسترس موجودات آبزی قرار میگیرند، اما تغییر برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آب در تماس با رسوب مانند pH، Eh، شوری، و کیلیت-های آلی میتواند موجب آزاد شدن فلزات و ورود آنها به فاز محلول شود، بنابراین با تغییر شرایط محیطی، رسوبات ممکن است خود به عنوان منبع آلودگی عمل کنند.
هدف اصلی این مطالعه تعیین اثر فعالیتهای انسان بر کیفیت آب و رسوبات بخشی از رودخانه زایندهرود است که در استان اصفهان جریان دارد. اجزاء غیرآلی اصلی و شش فلزی که به طور معمول در پسابهای شهری دیده می-شوند(Cd، Cr، Cu، Zn، Ni، و (Pb در آب رودخانه، پسابها و روانابهایی که به آن تخلیه میشوند و همچنین رسوبات رودخانه بررسی شد.
82
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
منطقه مورد مطالعه
حوضه آبریز زایندهرود با مساحت حدود 41550 کیلومتر مربع در مختصات جغرافیایی 02' و 50 تا 24' و 53 طول شرقی و 11' و 31 تا 42' و 33 عرض شمالی قرار گرفتهاست(جعفری، .(1376 رودخانه زایندهرود بزرگترین رودخانه مرکزی ایران است که مسافتی حدود 360 کیلومتر را از سرچشمه خود در ارتفاعات زردکوه استان چهارمحال و بختیاری تا باتلاق گاوخونی در استان اصفهان طی میکند. از آب رودخانه زایندهرود برای مصارف کشاورزی، خانگی، و صنعتی استفاده میشود. رودخانه زایندهرود به طور مستقیم پسابهای سطح شهر و سه تصفیهخانه فاضلاب شهری را دریافت میکند. همچنین در بخش-هایی از مسیر زایندهرود، زهابهای کشاورزی دراین رودخانه تخلیه میشود.
در این مطالعه، بخشی از رودخانه زایندهرود(شعاع 50 کیلومتری از مرکز شهر اصفهان) مورد بررسی قرار گرفت(شکل .(1 زمین شناسی استان اصفهان بسیار پیچیده است و از نظر زونهای ساختاری-رسوبی ایران((Stocklin, 1977 بخشهایی از زون ایران مرکزی، بلوک لوت، کمان ماگمایی سهند-بزمان، زون دگرگونی سنندج-سیرجان و بخش کوچکی از زون چین خورده زاگرس را شامل میشود. محدوده مورد مطالعه که بخش کوچکی از استان اصفهان را شامل میشود، بخشهایی از ایران مرکزی، کمان ماگمایی سهند-بزمان، و زون دگرگونی سنندج-سیرجان را در بر میگیرد. بخشهای شرقی منطقه در محدوده زون ایران مرکزی و بخشهای غربی در 2 زون دیگر قرار میگیرد(برگه زمین-شناسی 1:250000 اصفهان). زمینشناسی منطقه به طور عمده شامل سنگ-های رسوبی(آهک، دولومیت، ژیپس، ماسهسنگ و شیل) و نهشتههای قدیمی زایندهرود است(شکل .(1 اصفهان از اواخر خرداد تا اوایل مهر ماه هوای گرم را با میانگین دمای 27 درجه سانتیگراد تجربه میکند و میانگین بارش سالانه در این استان 120 میلیمتر در سال است. در محدوده مورد مطالعه، رودخانه با طول حدود 130 کیلومتر از غرب به شرق جریان داشته و از شهرهایی چون زرینشهر، مبارکه، پیربکران، فلاورجان، دُرچه، و کلانشهر اصفهان عبور می-کند.
مواد و روشها
در این مطالعه به منظور تعیین نقاط نمونهبرداری، مواردی چون مطالعات پیشین، صنایع آلاینده، پسابهای تخلیهشده در رودخانه، و امکان نمونهبرداری از نقاط تعیینشده مدنظر قرار گرفت. در مجموع 16 نمونه آب(W1 تا (W16 و 9 نمونه پساب/رواناب(WW1 تا (WW9 در اردیبهشت سال 90 از رودخانه برداشته شد(شکل .(1 نمونهها با استفاده از بطریهای پلیاتیلن((HDPE که قبل از نمونهبرداری با آب مورد نمونهبرداری شسته شده بودند برداشته شدند. استفاده از بطریهای HDPE، آلودگی ظروف نگهدارنده را کمینه کرده و نگهداری نمونهها را بهبود میبخشد(.(Hall , 1998 پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب شامل دما، pH، Eh، و هدایت الکتریکی((EC همزمان با نمونهبرداری و با استفاده از دستگاه قابل حمل((Eutech instruments, PCD650 اندازهگیری شد. در هر ایستگاه نمونهبرداری دو نمونه 1 لیتری برداشته شد. بطری اول بدون آمادهسازی برای تعیین غلظت آنیون و کاتیونهای اصلی به آزمایشگاه شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان ارسال شد. نمونههای دوم نیز با استفاده از صافی 0/45 میکرومتر فیلتر شدند، و pH آنها پس از قرار گرفتن در بطریهای
×تابستان 91، شماره 4، جلد 1
پلیاتیلن استریل، با استفاده از اسیدنیتریک خالص(مرک) به زیر 2 رسانده شد، و برای تجزیه به روش ICP-MS و تعیین غلظت فلزات سنگین به آزمایشگاه Labwest استرالیا ارسال شد. در زمان نمونهبرداری به دلیل خشکسالی و بسته بودن دریچههای سد زایندهرود ، قطعههایی از مسیر رودخانه خشک بود و امکان برداشت نمونه آب وجود نداشت. در این مطالعه نمونههای آب و پساب به طور مجزا مورد بررسی قرار میگیرد، بنابراین ذکر این نکته لازم است که چهار نمونه پاییندست رودخانه، از پساب تصفیهخانه فاضلاب جنوب اصفهان منشأ میگیرند اما به دلیل طی مسیر طولانی در بستر رودخانه، رواناب رودخانه درنظر گرفته شدهاند. همزمان با نمونهبرداری از آب، 27 نمونه رسوب سطحی با استفاده از بیلچه پلاستیکی از 3 تا 5 سانتیمتر بالایی رسوبات بستر رودخانه که نهشت جدید را نشان میداد، برداشته و در کیسههای پلاستیکی پلیاتیلن نگهداشته شد(شکل .(1 پس از انتقال به آزمایشگاه، نمونهها در دمای اتاق خشک، و پس از همگنسازی با استفاده از هاون چینی، ذرات کوچکتر از 0/63 میکرومتر آنها برای تجزیه به روش ICP-MS الکشده، و به آزمایشگاه Labwest استرالیا ارسال شد.
نتایج و بحث زمین شیمی آب
نتایج تجزیه نمونههای آب و پساب(آنیونها و کاتیونهای اصلی) و نیز خلاصه آماری هریک از آنها در جدول 1 آورده شدهاست. میانگینpH در نمونههای آب و پساب به ترتیب 7/19 و 7/17 است. هدایت الکتریکی نمونههای آب و پساب نیز به ترتیب در محدوده 474/4 تا 1740 میکروزیمنس بر سانتیمتر با میانگین 1268/7 ʽS/cm و 416/6 تا 4610 میکروزیمنس بر سانتیمتر با میانگین 2011 µS/cm قرار دارد. همچنین میانگین کل جامدات حلشده((TDS نمونههای آب 466/2 ppm و در نمونههای پساب645/28 ppm است. در نمونههای آب و پساب کاتیونها از روند Na+> Ca2+> Mg2+>K+ و آنیونها به ترتیب از روند HCO3-> SO42-> Cl->NO3- و-SO42-> HCO3-> Cl پیروی میکنند. شکل 2 نمودار پایپر غلظت یونهای اصلی در نمونههای آب رودخانه را نشان میدهد. سه تیپ هیدروشیمیایی آب شامل کلسیم-بیکربنات و سولفات((I، سدیم-کلر و سولفات((II، و سدیم-بیکربنات((IIIدر این نمودار قابل شناسایی است. تیپ آب نمونههای بالادست رودخانه تابع زمینشناسی منطقه است. نمودار پایپر نمونههای آب نشان میدهد که تیپ آب در زرینشهر(نمونه (W5 از کلسیم-بیکربنات و سولفات به سدیم-کلر و سولفات تغییر میکند. با توجه به اینکه این ایستگاه نمونهبرداری در پاییندست محل تخلیه پساب تصفیهخانه فاضلاب زرینشهر((WW5 به رودخانه قرار دارد و غلظت کلر و سولفات در این پساب بالا است، یکی از عوامل تغییر تیپ آب میتواند آمیختگی این پساب با آب رودخانه باشد. همچنین به دلیل تبخیر بالا، بر سطح خاکهای منطقه شورههایی وجود دارد که آب برگشتی کشاورزی موجب شسته شدن این شورهها و ورود آن به رودخانه میشود بنابراین آب برگشتی کشاورزی نیز می-تواند عامل دیگر در تغییر تیپ آب این منطقه باشد. همچنین تیپ آب 4 نمونه W13 تا W16 شبیه به نمونه پساب تصفیهخانه جنوب اصفهان((WW9 می-باشد(-.(Na+-HCO3
83
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×تابستان 91، شماره 4، جلد 1
شکل.1 نقشه زمینشناسی و موقعیت نقاط نمونهبرداری از آب، پساب و رسوب.
84
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
×تابستان 91، شماره 4، جلد 1
جدول -1 غلظت آنیونها و کاتیونها و پارامترهای فیزیکوشیمیایی نمونههای آب و پساب.
TDS(ppm) EC(ʽS) pH HCO3- Cl- So42-
(mg/l) (mg/l) (mg/l)
174/80 474/40 6/88 151 27 187
202/20 583/80 7/28 167 32 133
205/60 597/40 7/5 167 37 88
280/50 883/70 7/28 152 39 110
465/30 1470 7/3 167 160 223
533 1740 7/4 156 238 298
540/20 1620 7/1 189 231 289
538/80 1510 7/27 189 216 277
638/20 1700 7/54 178 216 283
560/80 1490 7/83 156 216 266
600/10 1380 8/25 114 210 194
425 1250 6/55 136 174 211
523 1410 7/12 377 53 200
543/20 1410 7/15 356 53 205
556/80 1380 7/41 388 53 186
671/70 1400 7/54 380 53 112
174/80 474/40 6/50 114 27 88
671/70 1740 8/25 388 238 298
466/20 1268/70 7/19 213/94 125/50 203/88
161/21 405 0/46 98/10 87/11 67/53
136/60 416/60 7/05 135 24 70
214/10 1210 7/33 262 61 106
1710 4610 7/67 874 745 857
418/80 1110 7/40 421 110 78
494/50 1660 7/67 337 75 371
285/90 851/40 6/63 162 69 114
748/70 2200 6/63 140 237 635
859/90 2620 7/23 259 117 644
507/90 2620 7/12 324 60 195
136/60 416/60 6/63 135 24 70
1710 4610 7/67 874 745 857
645/28 2011 7/17 323/78 166/44 341/11
488/61 1328/48 0/40 228/02 225/25 299/18
K+(mg/l) Na+(mg/l) Mg2+(mg/l) Ca2+(mg/l) Sample. No
6 59 15 56 W1
2/40 65 11 66 W2
2/50 29 13 68 W3
2/90 37 10 87 W4
4/60 155 4/40 128 W5
5/70 176 34 126 W6
4/50 175 28 134 W7
4/10 172 12 128 W8
5/50 175 31 140 W9
4/20 151 22 112 W10
5/60 145 23 97 W11
5/20 135 23 96 W12
17/30 112 23 80 W13
19/10 142 24 77 W14
19/20 148 20 83 W15
20/60 112 21 82 W16
2/40 29 4/40 56 کمینه
20/60 176 34 140 بیشینه
8/08 124/25 18/97 97/50 میانگین
6/65 50/29 9/17 26/95 انحراف معیار
2/90 50 7 48 WW1
11 76 14 105 WW2
5/20 802 54 218 WW3
4/60 125 17 56 WW4
13/60 158 36 134 WW5
3/50 22 21 82 WW6
18/90 224 28 164 WW7
9/70 220 42 200 WW8
16/60 105 23 74 WW9
2/90 22 7 48 کمینه
18/90 802 54 218 بیشینه
9/55 198 26/88 120/11 میانگین
5/91 236/99 14/81 62/45 انحراف معیار
85
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×تابستان 91، شماره 4، جلد 1
شکل .2 نمودار پایپر نمونههای آب.
نکته قابلتوجه درمورد پساب سه تصفیهخانه فاضلاب موجود در مسیر رودخانه تبدیل میشود((Chapman, 2003 و یکی از عوامل مهم غلظت بالای نیتریت
این است که غلظت کلر پساب تصفیهخانه زرینشهر بسیار بیشتر از تصفیهخانه- در آب، تصفیه ناقص میکروبیولوژیکی است. مقایسه سه نمونه پساب نشان می
های صفاییه و جنوب اصفهان است که این موضوع میتواند ناشی از فعالیت دهد که پساب تصفیهخانه زرینشهر با بیشترین غلظت کلر، کمترین غلظت
بیشتر واحد کلرزنی این تصفیهخانه نسبت به دو تصفیهخانه دیگر باشد. نقص نیتریت را دارد و تصفیهخانه جنوب اصفهان با کمترین غلظت کلر دارای
در واحد کلرزنی تصفیهخانه میتواند غلظت بالای نیتریت را در نمونهها به وجود بیشترین غلظت نیتریت میباشد(شکل .(3
آورد. نیترات دراثر فرایندهای زیستشیمیایی توسط نیتراتزدایی به نیتریت
