بخشی از مقاله
مقدمه
اثر انسان بر روی زیست کره بسیار وسیع و پیچیده بوده و اغلب منجر به تغییرات برگشت ناپذیری میشود. همه تغییرات انسان زاد تعادل طبیعی هر بوم سامانهای که به تدریج طی یک دوره طولانی تشکیل شده را بر هم میزند. بنابراین، این تغییرات اغلب منجر به فروکاهی محیط زیست انسانی میشود .(Stafilov et al, 2010) آلودگی زیست محیطی ایجاد شده بهوسیله معدنکاری و صنایع ذوب فلزات یک مسئله جهانی بوده و موجب افزایش نگرانی در میان دانشمندان شده است. علاوه بر نابودی پوشش گیاهی و فرسایش زمینهای کشاورزی که مستقیما بهوسیله فعالیتهای معدنکاری و ذوب فلزات سبب میشود، رها سازی فلزات سنگین یک مسئله جدی برای محیط زیست است ( Yang et .(al, 2009 فلزات سنگین به دلیل داشتن اثرات مضر، غالبا بخاطر ماندگاری و سمناکی، بر روی سلامتی انسان شناخته شده هستند .(Stafilov et al, 2010) صنایع ذوب سرب و روی یکی از منابع اصلی ورود آلایندههای فلزی به محیط زیست میباشد که منجر به آلودگی خاک و اثرات زیست محیطی مضر میشود .(Li et al, 2011) رفتار عناصر شیمیایی در خاک اساسا بوسیله ترکیب (از قبیل
مقدار و نوع کانیهای رسی، اکسی هیدروکسیدهای آهن-منگنز و ماده آلی) و خصوصیات فیزیکوشیمیایی ( از قبیل pH و شرایط احیا) آن و همچنین به وسیله فرایندهای واکنشی از قبیل جذب و رسوب/باز رسوب تعیین میشود. این خصوصیات پیوندهای شیمیایی تشکیل شده عناصر و توزیع آنها در فازهای اصلی و اجزای سیستم خاک را تعیین میکنند .(Nannoni et al, 2011)
تاکنون مطالعات متعددی برروی اثرات زیست محیطی ناشی از فعالیت کارخانههای ذوب فلزات صورت گرفته است. از جمله مطالعات انجام شده در ایران میتوان به موارد زیر اشاره کرد: مطالعه اثرات زیست محیطی کارخانه ذوب مس سرچشمه (راست منش، (1388، مطالعه اثرات زیست محیطی کارخانه ذوب سرب و روی معدن انگوران (قشلاقی، (1388، بررسی آلودگی فلزات سنگین حاصل از کارخانه ذوب آهن اصفهان برمنابع خاک و محصولات کشاورزی (صدرارحامی،(1385، غلظت منگنز و نیکل در خاک و گونههای گیاهی در منطقه استقرار کارخانه ذوب آهن اصفهان (هودجی و صدرارحامی، (1386 و بررسی تاثیر کارخانه سرب و روی زنجان بر آلودگی خاک تا شعاع 10 کیلومتری کارخانه (گلچین و شفیعی، .(1385
1
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×زمستان 91، شماره 6
ارزیابی خطرات زیست محیطی عناصر بالقوه سمناک، راهنمایی لازم برای ویژگی مناطق گرم، با رطوبت هوای نسبتاً بالا (که شامل یک فصل طولانی گرم و
اولویت بندی مشکلات زیست محیطی موجود، ارزیابی روشهای فنی برای مرطوب هوا و یک فصل کوتاه معتدل است) خلاصه می شود. متوسط بارندگی
پاکسازی یا کاهش غلظت آنها، و تخصیص بودجه برای پاکسازی را ارائه می دهد. سالیانه حدود 155 میلیمتر است. جهت وزش باد غالب از سمت جنوب غرب و
کارخانه فراوری و ذوب روی باعث ورود فلزات بالقوه سمناک از قبیل کادمیم به جنوب و سرعت متوسط آن 3/5 تا 5 متر بر ثانیه در پاییز و 5/5 تا 8 متر بر ثانیه
صورت ذرات معلق به جو و حمل آن تا مسافتهای طولانی میشود. از آنجا که در زمستان است (امری کاظمی .(1383 شرکت ذوب و احیای روی قشم در استان
کارخانه ذوب روی قشم در مجاورت ساحل خلیج فارس قرار دارد، ارزیابی اثرات هرمزگان، در 45 کیلومتری قشم و 25 کیلومتری بندرعباس در 26 درجه و 53
زیست محیطی حاصل از فعالیت این کارخانه بر روی محیط زیست ضروری است. دقیقه و 56 ثانیه شمالی و 55 درجه و 52 دقیقه و 22 ثانیه شرقی در مسیر جاده
اهداف این مطالعه عبارت است از: درگهان به لافت در شهرک صنعتی فراچین واقع شده است. ارتفاع این منطقه از
.1 تعیین غلظت فلزات سنگین As, Cd , Co, Pb, Sb , Se و Zn در ارتباط با سطح دریا 8/84 متر بوده و فاصله این کارخانه تا روستای لافت 10 کیلومتر می-
فعالیت کارخانه ذوب روی؛ باشد. این شرکت به همراه شرکت تولید روی بندرعباس از شرکتهای تابعه
.2 ارزیابی وسعت آلودگی خاک به فلزات سنگین در اثر فعالیت کارخانه؛ کالسیمین به شمار میروند. این کارخانه در سال 1377-78 توسط شرکت NFC
.3 ارزیابی خطر زیست محیطی فلزات سنگین در خاک با استفاده از شاخص خطر چین مورد بهره برداری قرار گرفت. خوراک این شرکت کنسانتره روی و محصول
زیست محیطی. خروجی این شرکت شمش روی میباشد.
موقعیت جغرافیایی و آب وهوایی منطقه مواد و روشها
جزیره قشم با وسعت 1504 کیلومتر مربع بزرگترین جزیره خلیج فارس می- نمونه برداری از محیط زمین شیمیایی خاک از 0-5 سانتیمتر 23)نمونه) در
باشد که در مختصات 26 درجه و 30 دقیقه تا 27 درجه عرض شمالی و 55 درجه جهت باد غالب در منطقه و خلاف جهت آن و همچنین اطراف کومه باطله انجام
و 16 دقیقه تا 56 درجه و17 دقیقه طول شرقی واقع شده است. ارتفاع جزیره از شد (شکل .(1 برای برداشت هر نمونه خاک سطحی، مساحتی با ابعاد 1 متر مربع
سطح دریا صفر تا 380 متر میباشد. قشم در گروه سرزمینهای گرم و خشک قرار از خاک در نظر گرفته شد و پنج زیر نمونه از نقاط مختلف آن برداشت شده و
میگیرد و این در حالی است که رطوبت نسبی هوا در قشم بالاست. دمای متوسط مخلوط گردید تا از این طریق یک نمونه مرکب به وزن تقریبی 1 کیلوگرم به
سالیانه جزیره قشم حدود 26 درجه سانتیگراد است. آب و هوای جزیره قشم با دست آید.
×شکل.1 نقشه زمین شناسی منطقه (برگرفته از نقشه زمین شناسی 1:100000 قشم حقی پور و آقانباتی) و موقعیت نقاط نمونه برداری
2
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
سپس نمونهها در کیسههای پلاستیکی قرار داده و درب آن کاملا بسته شد و بر روی هر پاکت شماره و محل نمونه ثبت گردید، بعد از انتقال به آزمایشگاه، نمونههای خاک در دمای معمولی خشک گردید، پس از آن ذرات کوچکتر از 2 میلیمتر توسط الک جدا شدند. پس از آسیاب و همگن سازی نمونهها، برای تعیین غلظت عناصر سنگین به روش (ICP-MS) به استرالیا ارسال شدند. کسر کوچکتر از 2 میلیمتر و آسیاب نشده نمونهها برای تعیین بافت خاک به روش هیدرومتری استفاده شد. pH خاک به روش سوسپانسیون 1 :2/5خاک و آّب مقطر توسط pH متر تعیین شد. برای تعیین ماده آلی خاک از روش "والکلی - بلاک" (Mc Cleod 1975) استفاده شد. در این روش خاک را در سولفوریک اسید غلیظ و بی کرومات قرار داده و بعد از اتمام واکنش اکسایش - کاهش، بی کرومات باقیمانده با فرو آمونیم سولفات تیتر میگردد. در جدول (1) غلظت عناصر آرسنیک، روی، کادمیم، کبالت، آنتیموان، سلنیم و سرب و مقادیر pH و ماده آلی در نمونههای خاک منطقه مطالعاتی نشان داده شده است. در این جدول نمونه (Control point) Cpointدر فاصله 20 کیلومتری کارخانه در خلاف جهت باد برداشت و به عنوان زمینه محلی در محاسبات به کار گرفته شد. برای ارزیابی
×زمستان 91، شماره 6
وسعت آلودگی خاک به فلزات سنگین در منطقه شاخصهای زیر استفاده شد.جهت تفکیک خاکهای آلوده از غیرآلوده از ضریب زمین انباشت (Geoaccumulation Index) استفاده میشود. ضریب زمین انباشت در اصل بهوسیله مولر (Muller) در سال 1969، برای تعیین و تعریف آلودگی فلزی در رسوبات، بهوسیله مقایسه کردن غلظت فلزی حال حاضر با سطوح پیش از صنعتی شدن، تعریف شد .(Qingjie et al, 2008) این ضریب از فرمول زیر محاسبه میشود:
Igeo = log 2(Cn/ 1.5 Bn)
که Cn غلظت فلز در نمونه خاک مورد مطالعه، و Bn غلظت فلز در نمونه زمینه یا مرجع است. ضریب 1,5 برای حذف تاثیر لیتولوژیهای مختلف در منطقه است. ارزیابی آلودگی خاک همچنین با استفاده از ضریب آلودگی ( Contamination (Factor و درجه آلودگی (Contamination Degree) انجام میشود .(Hakanson 1980; Rastmanesh et al 2010; Iqbal et al 2011) ضریب آلودگی از رابطه زیر محاسبه میشود:
Cfi = Ci-1 / Cni
جدول .1 غلظت عناصر و برخی خصوصیات فیزیکوشیمیایی خاک در نمونههای مطالعه شده
OC% pH Zn(ppm) Se(ppm) Sb(ppm) Pb(ppm) Co(ppm) Cd(ppm) As(ppm) شماره نمونه
0/58 7/93 1970 0/09 9/4 238 19 28/6 56 TS1
402 0/43 1/9 53/3 12/3 4/77 19/3 TS2
0/29 7/55 302 0/35 1/7 55/3 11/6 3/97 17/8 TS3
3950 0/52 15/5 445 25/4 51 106 TS4
725 0/05 2/5 88/7 12/9 13 21/5 TS5
0/14 7/93 5210 0/2 18/6 608 35/1 137 132 TS6
0/47 7/8 1050 0/19 4/4 140 18/4 28/7 32/4 TS7
0/16 7/77 157 0/32 0/6 21/4 14/2 3/38 13/3 TS8
0/2 8/1 284 0/54 1 36/5 13/4 7/4 16/3 TS9
0/74 7/25 755 0/6 5/2 328 17/7 53/9 80 TS10
0/43 8/16 476 0/22 1/3 53/9 14/7 31/3 14/8 TS11
0/59 6/58 34600 0/64 19 940 46/4 223 135 TS12
226 0/19 0/8 115 13/1 5/24 11/1 TS14
746 0/29 2/9 77/7 18/1 13/9 21/7 TS15
0/38 7/53 1540 0/21 7/9 207 21/6 34/4 56/3 TS16
328 0/31 1/1 32/3 13/5 4/44 14/8 TS17
0/09 8/21 121 0/16 0/5 15/4 11/6 2/22 9/5 TS18
0/34 7/37 1580 0/86 10/1 179 18/4 20/9 48/1 TS19
16600 0/88 37/8 1620 53/1 157 204 TS20
0/38 7/01 1720 0/19 10/4 328 22/4 63/3 76/1 TS21
0/34 7/7 80/2 0/31 0/5 17/1 13/2 1/71 11/9 TS22
0/5 7/26 62/8 0/23 0/4 9/9 12/7 0/92 6/8 TS23
0/76 7/78 89 0/1 0/3 6/3 12/3 0/99 6/2 Cpoint
3
Cdeg
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
که Ci-1 غلظت فلز در نمونههای خاک و Cni مقادیر مرجع پیش از صنعتی شدن ( مقادیر زمینه) برای فلز هستند. مجموع ضرایب آلودگی برای همه عناصر تجزیه شده، درجه آلودگی محیط زیست را نشان میدهد که از رابطه زیر به دست می-
آید: Cf
در این مطالعه از مقدار زمینه محلی برای محاسبه شاخصهای بالا استفاده شده است.
روش ارزیابی خطر بوم شناختی بالقوه (Potential ecological risk) اولین بار به وسیله هاکانسون (Hakanson, 1980) معرفی شد و به طور گستردهای برای ارزیابی آلودگی خاک و رسوب به کار گرفته شد ( Li et al
2011 ; Dehghan et al 2009; Liu et al 2009; Krupadam et al .(2006 این شاخص از فرمول زیر محاسبه میشود:
5, (i 7i × Ci
که RI شاخص خطر بوم شناختی بالقوه برای منطقه مورد مطالعه، Ei ضریب خطر بوم شناختی بالقوه برای آلاینده (i)، Ti ضریب سمیت - پاسخ برای یک آلاینده است، همانگونه که به وسیله هاکانسون محاسبه شد :
Cd = 30, As = 10 , Co = Pb = 5, Zn = 1 Ci ضریب آلودگی برای آلایندههای مختلف است.
×زمستان 91، شماره 6
در جدول (2) شاخصهای محاسبه شده در این مطالعه ارائه شده اند.در خاکها، اکسیدهای (هیدروکسیدها) آهن و آلومینیم توانایی تثبیت قوی بر روی فلزات سنگین دارند، که به طور قابل توجهی دسترس پذیری آنها در خاک را تحت تاثیر قرار میدهد. بنابراین، شاخصی به نام درجه اشباع فلزات (Saturation degree of metals) برای توصیف توانایی تثبیت اکسیدها (هیدروکسیدها) و دسترس پذیری فلزات سنگین در خاکها معرفی شد. این شاخص از فرمول زیر محاسبه میشود:
6 0 1000 × (&i / AWi) / (2i / OAWi)
که Ci غلظت فلز مورد نظر در خاک، AWi وزن اتمی فلز مورد نظر، Oi غلظت آهن یا آلومینیم در خاک، و OAWi وزن اتمی آهن یا آلومینیم است. SDM بالاتر دسترس پذیری بیشتر را نشان داده، در حالیکه SDM پایینتر تثبیت قوی فلزات سنگین در خاکها را نشان میدهد، که امکان تحرک یا تثبیت فلزات سنگین را پیشنهاد میکند .(Yang et al, 2009)
آزمون تحلیل عاملی یکی از روشهای تعیین ارتباط بین عناصر و دیگر پارامترهای مورد بررسی است. در این مطالعه از تحلیل مولفه اصلی (PCA) به عنوان روش استخراج و از varimax rotation برای نمایش بهتر دادهها استفاده شد.
جدول .2 رده بندی شاخصهای Igeo, Cf, Cdeg, Ei و RI
مقادیر کیفیت خاک مقادیر کیفیت خاک
0 > Igeo نا آلوده Ei < 40 خطر بوم شناختی پایین
0 1> Igeo > نا آلوده تا آلودگی متوسط (i < 80 40 خطر بوم شناختی متوسط
1 2 > Igeo > آلودگی متوسط (i < 160 80 خطر بوم شناختی قابل توجه
2 3 > Igeo > آلودگی متوسط تا شدید (i < 320 160 خطر بوم شناختی بالا
3 4 > Igeo > آلودگی شدید Ei 320 خطر بوم شناختی بسیار بالا
4 5 > Igeo > آلودگی شدید تا بینهایت آلوده
5 Igeo > آلودگی بینهایت
Cf <1
ضریب آلودگی پایین
&f < 3 1 ضریب آلودگی متوسط RI < 150 خطر بوم شناختی پایین
&f < 6 3 ضریب آلودگی قابل ملاحظه 5, < 300 150 خطر بوم شناختی متوسط
6 &f ضریب آلودگی بسیار بالا 5, < 600 300 خطر بوم شناختی قابل توجه
Cdeg < 8 درجه آلودگی پایین 5, 600 خطر بوم شناختی بسیار بالا
° < 16 8 درجه آلودگی متوسط
° < 32 16 درجه آلودگی قابل ملاحظه
° 32 درجه آلودگی بسیار بالا
4
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
بحث
نتایج آمار توصیفی مربوط به هفت فلز بالقوه سمناک آرسنیک، کادمیم، سرب، روی، کبالت، سلنیم و آنتیموان در جدول (3) آورده شده است.
با توجه به نتایج مشخص میشود که غلظت فلزاتی نظیر آرسنیک، کادمیم، سرب و روی در نمونههای خاک اطراف کارخانه بسیار بالا بوده، و فلز روی بیشترین میانگین و میانه را دارا است. تحرک عناصر در خاک تا حد زیادی به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک بستگی دارد. در این میان pH و ماده آلی خاک می-توانند تحرک فلزات را تغییر دهند pH .(Denaix et al, 2001) و مقدار ماده آلی نسبتا بالا تحرک فلزات را محدود میکنند .(Kapusta et al, 2011)
×زمستان 91، شماره 6
بر طبق جدول pH (1) خاک در محدوده خنثی تا بازی بوده، و بنابراین انتظار میرود که تحرک فلزات محدود شود. درصد ماده آلی در خاک نسبتا پایین بوده و بنابراین میتوان انتظار داشت که نقش کمتری در تحرک یا عدم تحرک فلزات داشته باشد. بر اساس شاخص زمین انباشت As در محدوده آلودگی متوسط تا خیلی بالا، Cd، Pb، Sb و Zn در محدوده آلودگی متوسط تا فوق العاده بالا، Se در محدوده نا آلوده تا آلودگی متوسط و Co در محدوده نا آلوده قرار میگیرند. شکل((2 نتایج محاسبه شاخص زمین انباشت را نشان میدهد.
