Document Type : پژوهشی
Authors
1 Associate Professor, M.Ardabili University, Ardabil, Iran
2 M.Sc. Graduated of Medical Geography, Urmia University, Urmia, Iran
3 M.Sc. Graduated of Remote Sensing & GIS, Tabriz University, Tabriz, Iran
Abstract
According to the economic and industrial growth and the production of different kinds of compounds and chemical materials which provided by human for their welfare using natural resources and in this direction , they came undesirably materials such as toxic and heavy metals into nature which result in serious risks and problems for both them and their surrounding environment. The research area of this, study is the city of Khorramabad that is located in west of Iran, central of Lorestan province; In this study, in order to determine the quality of drinking water of studied area, 23 fountains and wells circles related with heavy elements including (chrome, molybdenum, copper, zinc, barium, cobalt, aluminum, lead, cadmium, nickel) during three years (2011-2013) was used. In order to determine the rate of minimum and maximum concentration of elements among studied area’s fountains and wells, Excel software was used. Then, in the software of geographic information system (GIS), The map interpolation method of each heavy elements in each supplier resources of drinking water has produced and amount of each element and parameter and stated amounts by Iran national organization, world Health organization (WHO), America’s environment organization (EPA) have been compared and the rate of pollution of each water resource should be determined. With respect to present data or information, the rate of maximum and minimum of heavy pollutions and elements in each of studied water resources determined. the results showed that the concentration mean of chrome, molybdenum, copper, zinc, cobalt, lead, cadmium and nickel is lower than national standards level, world health organization (WHO) and America’s standard (EPA), but in Motahari’s fountain, the rate of chrome heavy metal is higher than standard level (WHO). The mean of barium element concentration in resources was lower than national standard level and was higher than standard level (WHO) and (EPA) standard in all resources. The concentration of aluminum element is lower than national standard and is higher than standard level (EPA).
Keywords
کیفیت آب آشامیدنی یک نگرانی مشترک برای مردم در سراسر جهان است. انسان میتواند روزها یا حتی هفته‌ها بدون غذا زنده بماند، اما تنها حدود 4 روز بدون آب زنده بماند (میهائلا[1]، 2007). اکثر جمعیت روستایی در ایران وابسته به منابع آبهای زیرزمینی برای مقاصد شرب می‌باشند (تقیپور[2]، 2012). همگام با رشد صنعتی و اقتصادی و تولید انواع مختلف ترکیبات و مواد شیمیایی و غیره که بشر برای رفاه و آسایش خود با استفاده از منابع طبیعی به دست آورده و در این راستا به طور ناخواسته موادی چون انواع فلزات سنگین را طبیعت وارد میکند. آلودگی با فلزات سنگین باعث آسیب به سیستم عصبی و کلیهها و باعث اختلال در سوخت و ساز بدن میشود (میهائلا، 2007). در بسیاری از نقاط جهان غلظت فلزات سنگین در آب آشامیدنی بالاتر از حد استاندارد و دستورالعملهای بینالمللی میباشد (فرنادز[3]، 2013). به همین دلیل بررسی و ارزیابی کیفیت آبهای زیرزمینی که به طور مستقیم و بدون تصفیه مورد مصرف شرب قرار میگیرد و در معرض آلودگی به فلزات سنگین هستند بسیار ضروری به نظر میرسد (یوسفی فلکدهی، 1389). ویژگی عناصر سنگین مورد بررسی در این تحقیق مورد نظر قرار گرفته است.
کادمیوم: کادمیوم باعث تهوع، استفراغ، اسهال و انقباض عضلات، اختلال حواس و تشنج و شوک است (ناهید و همکاران، 1387). کروم: آثار سوء کروم در انسان در کوتاهمدت باعث التهاب و سوزش دهان و بینی و ریهها، التهاب پوست و ایجاد مشکلات در هضم غذا و آسیب دیدن کلیهها و کبد میشود (رجایی و همکاران، 1391). سرب: آثار سرب بر روی بدن از تغییرات بیوشیمیایی که در مقادیر کم آلودگی تا تأثیر بر روی سیستم عصبی و حتی مرگ در غلظتهای بالا میباشد (رجائی و همکاران، 1391). روی: روی باعث عوارضی چون دلپیچه، اسهال و تهوع است. منجر به بیماریهای سیستم عصبی، آسیب لوزالمعده و کاهش کلسترول مناسب میگردد (رجائی و همکاران، 1391). باریم: مقادیر بالای آن ممکن است باعث صدمه زدن به قلب و سیستم عصبی شود (کمرهئی و همکاران، 1388).
پالوپی و همکاران (1995)[4]، در بررسی کیفیت آب رودخانههای مجاور جاکاراتا اندونیزی با استفاده از شاخص کیفیت آب (WQI) بیان داشتند که در فصول بارانی سطح فلزات سنگین کمتر از استانداردهای اندونیزی است. در محدودهی فقیر و خیلی فقیر قرار دارد. میهائلا- کریستینا و همکاران[5] (2007) ، مطالعهای در مورد آلودگی آب با فلزات سنگین در رومانی انجام دادند. آنها به این نتیجه رسیدند که آلودگی با فلزات سنگین باعث آسیب به سیستم عصبی و کلیهها، اختلال در سوخت و ساز بدن میشود. صانعی و همکاران[6] (2009)، به بررسی تعیین فلزات سنگین در رودخانهی زایندهرود ایران پرداختند. نتایج این پژوهش نشان داد که رودخانهی زایندهرود یکی از آلودهترین سایت در این منطقه است. در این مطالعه غلظت عناصر (کادمیوم، مس، منگنز، نیکل، سرب، روی) به صورت فصلی و طی ماه اکتبر 2004 تا سپتامبر 2005 اندازهگیری شد. عامل این آلودگی به فعالیتهای صنعتی در منطقه یا روانابهای شهری در این منطقه نسبت داده شد. تقیپور و همکاران (2012)، به بررسی میزان خورندگی و پوسته پوسته شدن سیستم لولهکشی توزیع آب داخلی تبریز، پرداختند. در این مطالعه نشان دادهاند که آب خورنده باعث نفوذ فلزات سنگین به شبکهی آب آشامیدنی شود و در نتیجه سلامت عمومی را به خطر میاندازد. فرنادز و همکاران[7] (2013)، به بررسی آلودگی فلزات سنگین در آب آشامیدنی و تأثیراتی که بر روی سلامتی انسان میگذارند، پرداختند.
مواد و روش
منطقهی مورد مطالعه
محدودهی مطالعاتی این تحقیق شهر خرمآباد واقع در غرب ایران و مرکز استان لرستان میباشد. این محدودهی مطالعاتی بین طولهای ΄55˚47 تا ΄50˚48 شرقی و عرض‌های ΄40 ˚32 تا ΄20 ˚34 شمالی واقع شده است. محدودهی مطالعاتی خرمآباد یکی از محدوده‌های مطالعاتی حوضهی آبریز کرخه بوده و با وسعت 4/2501 کیلومترمربع در شرق حوضه واقع شده است (مشاوران سنگاب زاگرس، 1392).
شکل (1) موقعیت منطقه مورد مطالعه
سنجش و اندازهگیری این آلایندهها (فلزات سنگین) توسط سازمان آب و فاضلاب شهری شهرستان خرمآباد اندازهگیری شده این اطلاعات براساس میکروگرم بر لیتر اندازهگـیری شده است با توجه بـه اینـکه چاههای تأمینکـنندهی آب شرب در سالهای مختلف تأسیس شدهاند، بنابراین آمار ثبت شده آنها از نظر طول دورهی آماری یکنواخت نیست. در حالی که برای استفادهی آماری لازم است سریهای آماری دارای طول یکسانی باشند. بدین منظور تعداد چاه‌هایی که بین این سال‌ها مشترک بود استخراج گردید که تعداد 23 چاه انتخاب گردید که مشخصات چاههای منتخب در جدول (1) آورده شده است.
جدول (1) مشخصات چاههای منتخب
|
کد |
اسم چاه |
کد |
اسم چاه |
|
1 |
پشتهی حسینآباد |
13 |
چاه ارم |
|
2 |
چ ش (3) دره گرم |
14 |
چاه حکمت |
|
3 |
چ ش (1) دره گرم |
15 |
چ ش (2) گلدشت |
|
4 |
چ ش (2) دره گرم |
16 |
چ ش (3) گلدشت |
|
5 |
چ ش (4) دره گرم |
17 |
چشمهی مطهری |
|
6 |
میدان تیر |
18 |
چ ش (1) گلدشت |
|
7 |
چ ش (2) فلک الدین |
19 |
چ جلب سیاحان |
|
8 |
چ ش (1) فلک الدین |
20 |
چ ش (5) دره گرم |
|
9 |
چاه اتکا |
21 |
چ جهاد کشاورزی |
|
10 |
چاه گرداب |
22 |
چ پشت بازار |
|
11 |
چشمهی گلستان (سپاه) |
23 |
چ شورا |
|
12 |
چشمهی گلستان (دانشگاه) |
- |
- |
برای تعیین میزان حداقل و حداکثر غلظت عناصر در بین چاهها و چشمه‌های تأمینکنندهی آب شرب شهرستان خرمآباد از نمودارهای که به وسیلهی نرمافزار EXCEL تولید شدهاند، استفاده گردید. سپس در نرمافزار سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) از طریق روش های درون یابی جبری یا قطعی، روشهای درونیابی زمین آماری، روش IDW، روش کریجینگ، روش اسپلاین (قهررودی تالی، 1384، بوث باب[8]، 2000 و وستون[9]، 1998). به تهیه و تولید نقشهی هر یک از پارامترها و عناصر شیمیایی موجود در هر یک از چاهها و چشمه‌های تأمینکنندهی آب شرب پرداخته، سپس به مقایسه 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 مشخص شود (جدول 2).
جدول (2) استانداردهای عناصر سنگین
|
|
استاندارد ملی |
استاندارد WHO |
استاندارد EPA |
|
Cr (mg/l) |
5./. |
5../0 |
055/0 |
|
Mo(mg/l) |
07/0 |
- |
- |
|
Cu (mg/l) |
1 |
7/1 |
- |
|
Zn (mg) |
15 |
3 |
5 |
|
Ba (mg/l) |
7/0 |
01/0 |
01/0 |
|
Co (mg/l) |
05/0 |
01/0 |
- |
|
Al (mg/l) |
2/0 |
- |
- |
|
Pb (mg/l) |
05/0 |
01/0 |
03/0 |
|
Cd (mg/l) |
003/0 |
003/0 |
05/0 |
|
Ni (mg/l) |
07/0 |
02/0 |
- |
بحث و نتایج
بیشترین میانگین غلظت فلز کروم در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چشمهی مطهری و چشمهی گلستان (سپاه) میباشد. میزان عنصر کروم 006/0 میلیگرم در لیتر بوده است و کمترین میزان غلظت آن مربوط به چاه اتکا، چاه پشت بازار و چاه جهاد کشاورزی که میزان آن 001/0 میلی گرم در لیتر بوده است. با توجه به شکل (3) بیشترین میانگین غلظت فلز روی در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چاه میدان تیر و چاه جهاد کشاورزی که مقدار فلز روی 1/0 میلیگرم در لیتر بوده است. کمترین میزان غلظت این فلز مربوط به چاه شمارهی (2) گلدشت و چاه ارم میزان آن 01/0 میلیگرم در لیتر بوده است. بیشترین میانگین غلظت فلز باریم در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چاه شمارهی (2) درهگرم میباشد که میزان آن 2/0 میلیگرم در لیتر بوده است. کمترین میزان غلظت این فلز مربوط به چاه شمارهی (4) درهگرم، چشمهی گلستان (دانشگاه) و چاه ارم که مقدار آن 05/0 میلی گرم در لیتر بوده است. با توجه به شکل (5) بیشترین میانگین غلظت فلز کبالت در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چشمه گلستان (سپاه) مقدار آن 004/0 میلیگرم در لیتر میباشد. کمترین غلظت این فلز مربوط به چاه شماره (4) دره گرم میباشد که مقدار آن 00009/0 میلیگرم در لیتر بوده است. با توجه به شکل (6) بیشترین میانگین غلظت فلز آلومینیوم در بین چشمهها و چاهها مورد مطالعه مربوط به چاه شمارهی (1) دره گرم است میزان غلظت فلز فوق 09/0 میلیگرم در لیتر است. کمترین غلظت این فلز مربوط به چاه شمارهی (1) گلدشت بوده میزان آن 01/0 میلیگرم در لیتر است. با توجه به شکل (7) بیشترین میانگین غلظت فلز سرب در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چاه شمارهی (1) درهگرم و میزان آن 01/0 میلیگرم در لیتر بوده است. کمترین مقدار غلظت این فلز مربوط به چاه پشت بازار مقدار آن 0006/0 میلیگرم در لیتر است. بیشترین میانگین غلظت فلز کادمیوم در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چاه شمارهی (2) گلدشت و چشمه مطهری میباشد. بیشترین مقدار غلظت عنصر کادمیوم 0003/0 میلیگرم در لیتر بوده و کمترین مقدار آن مربوط به چاه پشت بازار بوده مقدار آن 00003/0 میلیگرم در لیتر است. با توجه به شکل (9) بیشترین میانگین غلظت فلز نیـکل در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط بـه چاه شمارهی (3) درهگرم است که مقدار غلظت فلز نیکل 005/0 میلیگرم در لیتر است و کمترین مـقدار آن مربوط به چاه جـهاد کـشاورزی و میزان آن 0001/0 میلیگـرم در لیتر است.
شکل (2) نمودارتغییرات فلز کروم در منابع آبی
شکل (3) نمودار تغییراتفلز رویدر منابعآبی
شکل(4) نمودار تغییرات فلز باریم در منابع آبی
شکل (5) تغییرات فلزکبالت در منابع آبی
شکل (6) نمودار تغییرات فلز سرب در منابع آبی
شکل (7) نمودار تغییرات آلومینیوم در منابع آبی
شکل (8) نمودار تغییرات فلز کادمیوم در منابع آبی
شکل (9) نمودار تغییرات فلزنیکل در منابع آبی
با توجه به نقشههای تهیه شده برای هر فلز سنگین در این مطالعه به مقایسهی مقدار هر عنصر و پارامتر با مقادیر بیان شده توسط سازمان ملی ایران، سازمان بهداشت جهانی (WHO)، سازمان محیط زیست آمریکا (EPA) پرداخته شد.
نتایج نشان میدهد میانگین غلظت فلز کروم در تمامی چاهها و چشمه‌های مورد مطالعهی (شکل 10) پایینتر از حد استانداردها (جدول 2) میباشد و در چشمه مطهری مقدار این فلز بالاتر از حد استاندارد سازمان بهداشت جهانی است،
|
شکل (10) تغییرات میزان کروم |
شکل (11) تغییرات میزان روی |
میانگین غلظت عنصر روی (شکل 11) در تمامی چاهها و چشمه‌های (جدول 1)، پایینتر از حد استاندارد ملی، استاندارد سازمان بهداشت جهانی (WHO) و استاندارد سازمان محیط زیست آمریکا (EPA) میباشد. غلظت عنصر باریم در تمامی چاهها و چشمه‌های (شکل 12)، پایینتر از حد استاندارد ملی (جدول 2) بوده و در کلیهی پیکرههای آبی بالاتر از حد استاندارد (WHO)، استاندارد (EPA)، (جدول 2) میباشد. با توجه به (شکل 13) میانگین غلظت عنصر کبالت (شکل 18)، در تمام منابع آبی مورد مطالعهی (جدول 1)، پایینتر از استاندارد ملی و سازمان بهداشت جهانی (WHO) (جدول 2) میباشد.
|
شکل (12) تغییرات میزان باریم |
شکل (13) تغییرات میزان کبالت |
میانگین غلظت عنصر آلومینیوم (شکل 14) در همهی منابع آبی مورد مطالعهی (جدول 1)، پایینتر از حد استاندارد ملی و بالاتر از حد استاندارد (EPA) جدول (2) بوده است. طبق نتایج نشان داده شده، میانگین غلظت عنصر سرب (شکل 19)، در کلیهی چاهها و چشمه‌های مورد مطالعهی (جدول 1)، پایین تر از حد استاندارد ملی، استاندارد سازمان بهداشت جهانی (WHO) و استاندارد سازمان محیط زیست آمریکا (EPA) است.
|
شکل (14) تغییرات میزان آلومینیوم |
شکل (15) تغییرات میزان سرب |
میانگین غلظت عنصر کادمیوم (شکل 16) در کلیهی منابع آبی مورد مطالعهی (جدول 1) پایینتر از حد استاندارد ملی، استاندارد سازمان بهداشت جهانی (WHO) و استاندارد سازمان محیط زیست آمریکا (EPA) میباشد. غلظت عنصر نیکل (شکل 17)، در کلیهی چاهها و چشمه‌های مورد مطالعهی (جدول 1) پایینتر از حد استانداردها میباشد.
|
شکل (16) تغییرات میزان کادمیوم |
شکل (17) تغییرات میزان نیکل |
نتیجه‌گیری
نتایج بررسی نشان میدهد که بیشترین میانگین غلظت فلز کروم در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چشمه مطهری و چشمه گلستان (سپاه) میباشد. کمترین میزان غلظت آن مربوط به چاه اتکا، چاه پشت بازار و چاه جهاد کشاورزی بوده است. آثار سوء کروم در انسان در کوتاه مدت باعث التهاب و سوزش دهان و بینی و ریهها، التهاب پوست و ایجاد مشکلات در هضم غذا و آسیب دیدن کلیهها و کبد میشود. بیشترین میانگین غلظت فلز روی در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چاه میدان تیر و چاه جهاد کشاورزی که مقدار فلز روی بوده است. کمترین میزان غلظت این فلز مربوط به چاه شمارهی (2) گلدشت و چاه ارم میزان آن بوده است. مصرف کوتاه مدت روی باعث عوارضی چون دل پیچه، اسهال و تهوع است و در طولانی مدت منجر به بیماریهای سیستم عصبی، آسیب لوزالمعده و کاهش کلسترول مناسب میگردد. بیشترین میانگین غلظت فلز باریم در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چاه شمارهی (2) درهگرم و کمترین میزان غلظت این فلز مربوط به چاه شمارهی (4) درهگرم، چشمه گلستان (دانشگاه) و چاه ارم بوده است. مقادیر بالای آن ممکن است باعث صدمه زدن به قلب و سیستم عصبی شود. بیشترین میانگین غلظت فلز کبالت در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چشمهی گلستان (سپاه) بوده است. کمترین غلظت این فلز مربوط به چاه شمارهی (4) دره گرم بوده است. بیشترین میانگین غلظت فلز آلومینیوم در بین چشمهها و چاهها مورد مطالعه مربوط به چاه شمارهی (1) دره گرم است. کمترین غلظت این فلز مربوط به چاه شمارهی (1) گلدشت و بیشترین میانگین غلظت فلز سرب در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چاه شمارهی (1) درهگرم است. کمترین مقدار غلظت این فلز مربوط به چاه پشت بازار بوده است. آثار سرب بر روی بدن به میزان قرار گرفتن در معرض آلودگی بستگی دارد و به طور کلی اثرات شناخته شده سرب بر روی بدن از تغییرات بیوشیمیایی که در مقادیر کم آلودگی تا تأثیر بر روی سیستم عصبی و حتی مرگ در غلظتهای بالا میباشد. بیشترین میانگین غلظت فلز کادمیوم در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چاه شمارهی (2) گلدشت و چشمه مطهری میباشد. بیشترین مقدار غلظت عنصر کادمیوم بوده و کمترین مقدار آن مربوط به چاه پشت بازار بوده است. آثار کوتاه مدت مصرف کادمیوم، تهوع، استفراغ، اسهال و انقباض عضلات، اختلال حواس و تشنج و شوک است و آثار طولانی مـدت مصرف کادمـیوم صدمه دیدن کلیهها و کـبد و استـخوان و خون میباشد. بیشترین میانگین غلظت فلز نیکل در بین چشمهها و چاههای مورد مطالعه مربوط به چاه شمارهی (3) درهگرم و کمترین مقدار آن مربوط به چاه جهاد کشاورزی بوده است. غلظت تمامی عناصر سنگین در کلیهی منابع آبی مورد مطالعه پایینتر از حد استانداردها میباشد اما غلظت فلز باریم بالاتر از حد استاندارد (WHO) و استاندارد (EPA) می باشد، غلظت بالای باریم باعث صدمه زدن به قلب و سیستم عصبی میشود. مطالعات متعددی در زمینه بررسی توزیع فلزات سنگین در منابع آب آشامیدنی انجام شده بود. این تحقیقات نشان میدهد که غلظتهای بالای عناصر عمدتا محدود به آبهای زیرزمینی میباشد. مطالعهای توسط جان سی روی مخازن آب آشامیدنی کانادا برای تعیین مقدار فلزات سنگین کادمیوم، کبالت، نیکل و... انجام داده است. این نمونهها شامل مقادیر جزیی از کادمیوم، کبالت، کروم، نیکل، سرب و روی بودهاند که در حین انتقال و توزیع آن تغییر معنیدار مشاهده نشد. در این بررسی کیفیت مخازن و آب آشامیدنی کانادا رضایتبخش توصیف گردید و در بیشینه سطح قابل قبول گزارش شده است. تحقیقات گین و همکاران نشان داد که غلظتهای فلزات سنگین در طول زمان تغییر میکند و مشخص شد چاههای موجود در یک محل میتواند به طور گستردهای دارای غلظت متفاوتی از فلزات باشند. در واقع غلظت فلزات سنگین در چاههای مرتبط با محل و عمق چاهها بوده و در چاههای کمعمقتر در نواحی مشخص زمینشناسی غلظت بالاتر بوده است. در مطالعهای که رجایی و همکاران در مورد ارزیابی ریسک سلامت فلزات سنگین منابع آب زیرزمینی دشت علیآباد کتول انجام دادند به این نتیجه رسیدند که اختلاف آماری معنیداری بین غلظت فلزات سنگین منطقه با استاندارد ملی و جهانی وجود ندارد و از مقایسه آن با استانداردها نشان داد که خطری از لحاظ بهداشتی منطقهی مورد مطالعه را تهدید نمیکند. این مطالعه با هدف بررسی پراکنش فضایی عناصر انجام شده و هدف بررسی علت آلودگی و یا منشأ آلودگی فلزات نبوده است برای بررسی علل و عوامل آلودگی نیاز به مطالعه جامعتری در شبکهی توزیع آب شهرستان خرمآباد میباشد اما با تحقیقاتی که انجام شد فقط مقادیر سه فلز سنگین باریم، کروم و آلومینیوم بالاتر از حد استانداردهای ذکر شده بوده است که به اختصار علل هر یک را ذکر میکنیم علت بالا بودن عنصر باریم دفع زبالهها در اطراف منابع و برخی از مقادیر باریم محلول شده در آب به خاطر فرایندهای صنعتی بوده است. استفاده از نمکهای آلومینیوم به عنوان منعقدکنندهها در تصفیه آب ممکن است باعث افزایش غلظت این فلز سنگین در منابع تأمینکنندهی آب شرب شهرستان شده است. علت بالا بودن عنصر کروم در چشمهی مطهری منشأ زمینشناسی دارد.
)