پایان نامه پهنه بندی آلودگی فلزات سنگین روی و کادمیوم در حوضه دریاچه نئور اردبیل

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.A)

در مهندسی منابع طبیعی

گرایش:

آلودگیهای محیط زیست

1 مقدمه

افزایش فعالیتهای صنعتی توأم با تولید آلاینده ها از جمله فلزات سنگین یکی از مشکلات جدی در حال گسترش پیش روی انسان عصر حاضر است. فلزات سنگین از نظر شیمیایی به فلزاتی با جرم اتمی و چگالی زیاد نسبت داده می شود.  برخی از این فلزات مانند کبالت، مس، آهن، منگنز، مولیبدن، نیکل و روی از عناصر ضروری برای رشد و متابولیسم طبیعی گیاهان بوده و در صورت افزایش غلظت به مقادیر بالای بهینه به راحتی می توانند منجر به مسمومیت شوند. دیگر فلزات سنگین از قبیل آرسنیک، کادمیوم، جیوه، سرب یا سلنیم برای گیاه ضروری نمی باشند (راسکیو، 2011). فلزات سنگین در حوزه های علمی مختلف دارای تعاریف مشخصی است. بطور مثال، درسنگ شناسی به فلزاتی این واژه اطلاق می گردد که با دی تیزون واکنش می دهند و به مفاهیمی چون سمیت و حضور پایدار در محیط زیست نیز استناد دارد (U EPA). در فرآیند میزان فلزات در اعضای بالاتر در زنجیره غذایی می تواند تا چندین برابر آنهایی که در آب یا هوا یافت می شوند، برسد و در نتیجه تهدیدی بر سلامتی گیاهان و جانورانی که از این مواد غذایی استفاده می کنند، محسوب می شود ( توکلی محمدی، 1390).

1-2 بیان مسأله

تأمین امنیت غذایی سالم جمعیت در حال رشد جهان با توجه به محدود بودن منابع زمین، به نحوی که کمترین تخریب بر محیط زیست آن بگذارد، یکی از امورات مهم به شمار می آید. افزایش فعالیتهای صنعتی توأم با تولید آلاینده ها از جمله فلزات سنگین یکی از مشکلات جدی در حال گسترش پیش روی انسان عصر حاضر است (ترابیان، 1381). خاک یکی از منابع مهم وارزشمند طبیعت است. خاک، خاستگاه هستی ومیراث بشر برای آیندگان است  بدون داشتن خاک سالم حیات و زندگی روی زمین امکان پذیر نخواهد بود.95% غذای انسان از زمین حاصل می شود. برنامه ریزی برای داشتن خاکی سالم و تولید کننده لازمه بقای انسان است ورود مواد، موجودات زنده یا انرژی به درون خاک سبب تغییر کیفیت خاک می شود. در طی فرآیند های شیمیایی، مواد معدنی و آلی دچار تجزیه وتغییر می شوند و در ضمن فرایند های فیزیکی، مواد حاصل  جا به جا شده و افقهای مختلف خاک را بوجود می آورند. خاک مخلوط پیچیده ای از مواد معدنی، آلی، هوا و موجودات زنده است. خاک یکی از محصولات محیط است که دایما در معرض تغییر و تحول قرار دارد. خاک همیشه و در همه حال در مناطق خشک به آهستگی و یا در مناطق مرطوب سریع توسعه می یابد (ریان، 1383). آلودگی خاک بر اثر فعالیت های مختلف صنعتی، تولیدی ایجاد می شود.این موارد وارد کننده آلودگی به محیط زیست را می توان بصورت زیر دسته بندی کرد: صنایع و کارخانجات، منابع خانگی و تولیدی، منابع کشاورزی، وسایل نقلیه موتوری و ساختمان سازی و جاده سازی (موحدی راد، 1385). بسیاری از فلزات سنگین بخصوص  روی و کادمیوم در مقادیر کم در خاک وآب یافت می شوند. این عناصر کمیاب در نتیجه هوادیدگی سنگها بطور طبیعی وارد محیط می شوند. آنها می توانند شسته شده و به آبهای سطحی یا زیر زمینی وارد شوند ویا توسط گیاهان جذب شوند، آنها می توانند به شکل گاز وارد اتمسفر شوند یا با اجزای خاک مثل رس یا ماده آلی پیوند برقرار کنند.رفتار فلزات سنگین در خاک از این لحاظ که می توانند سبب آلودگی آبهای زیر زمینی وسطحی شده و همچنین می توانند وارد زنجیره غذایی شوند، مهم است (نوروزی، 1385). فلزات سنگین به دلیل غیر قابل تجزیه بودن و اثرات فیزیولوژیکی که بر موجودات زنده دارند، از اهمیت خاصی برخوردارند. این فلزات از طریق آب، هوا و خاک به واسطه­ی منابع مختلف طبیعی و مصنوعی به چرخه طبیعت وارد شده و اثرات کوتاه مدت و بلند مدت خطرناکی در آنها ایجاد می کنند (توکلی محمدی، 1390). این عناصر به دلیل تحرک کم به مرور در خاک انباشته می شوند و در نهایت باعث ورود آن ها به چرخه­ی غذایی و تهدید سلامت انسان و سایر موجودات می شوند (دیانی، 1388). عناصر سنگین از منابع مختلفی می باشند ممکن است در نهایت به خاک سطحی برسند و سرنوشت بعدی آنها به خصوصیات فیزیک و شیمیایی آنها و خاک بستگی دارد. متغیرهای اصلی خاک که در تحرک آلاینده ها دخالت دارند عبارتند از: پتانسیل اکسیداسیون واحیا، ماده آلی، کانی رسی و کربناتها ونمک (پروبست، 2005). همچنین زمین آمار شاخه ای از علم آمار است که در آن مختصات داده ها مربوط به جامعه تحت بررسی و به تبع آن ساختار فضایی داده های مربوطه، مورد مطالعه قرار می گیرد. برتری این شاخه از آمار نسبت به شعبه کلاسیک آن فراشمولی آن است. اساس این شاخه از آمار بر تعریف وتوسعه روابط متغیر ناحیه ای بنا گردیده است. در بسیاری از روش های متداول آمار کلاسیک مانند تجزیه و تحلیل واریانس، موقعیت جغرافیایی و مکانی نمونه های محیطی، علاوه بر مقادیر تعیین شده خصوصیات مورد نظر می بایستی موقعیت جغرافیایی مشاهدات نیز بطور همزمان در نظر گرفته شود (حسنی، 1389). بنابراین برای نیل به اهداف توسعه پایدار جمع آوری اطلاعات پایه زیست محیطی برای منابع حیاتی از جمله خاک ضروری است. دریاچه نئور به عنوان یکی از مخازن مهم ذخیره ی آب کشاورزی از اهمیت زیادی برخوردار است و در طول چند سال اخیر تغییرات زیادی بر روی کیفیت آب آن انجام گرفته است. در این پژوهش تغییرات مکانی و پهنه ای غلظت این عناصر از آب داخل دریاچه خاک اطراف آن به منظور ارزیابی میزان آلودگی بررسی شد.

1-3 سؤالات تحقیق

تغییرات مکانی غلظت فلزات کادمیوم و روی آب، خاک و گیاه در حریم دریاچه نئور با اندازه گیری آزمایشگاهی وتحلیل آماری دارای چه روندی می باشد؟

1-4 فرضیه های تحقیق

فرض می شود، رابطه ای بین کادمیوم و روی در خاک های مختلف، و خصوصیات خاک بصورت نظری وجود داشته باشد.

مقدار آلودگی فلزات سنگین کادمیوم و روی در فواصل مختلف از دریاچه تغییر می کند.

می توان با استفاده از روش زمین آمار روند تغییرات و انباشت فلزات روی و کادمیوم را در آب و خاک دریاچه نئورمورد مطالعه نمود

مقادیر کادمیوم و روی در خاک اطراف دریاچه نئور بالاتر از حد استاندارد است.

مقادیر کادمیوم و روی در آب دریاچه نئور بالاتر از حد استاندارد است.

1-5 اهداف تحقیق

تعیین مقادیر فلزات کادمیوم و روی در خاک و آب اطراف دریاچه نئور شهر اردبیل

بررسی تغییرات میزان آلودگی کادمیوم و روی در بازه ی زمانی ده ساله دریاچه نئور به منظور بررسی روند افزایش یا کاهش آلودگی

بررسی تغییرات آلودگی فلزات کادمیوم و روی در فواصل حریم دریاچه

ایجاد رابطه مدل های تجربی برای پیش گویی غلظت کادمیوم و روی در دریاچه نئور از آزمایشگاه اندازه گیری طیفی و آنالیز شیمیایی استفاده می شود.

بررسی تغییرات فلزات کادمیوم و روی در رسوبات آبراهه ها و مناطق مورفولوژی حوضه

1-6 مفهوم آلودگی

قبل از تعریف آلودگی خاک، ابتدا آلودگی و ماده آلاینده را تعریف خواهیم کرد. آلودگی در لغت به معنی ناپاکی و آلایش است. به تفسیر، آلودگی را می توان این گونه تعریف کرد: هر گونه تغییر در ویژگی های هوا، خاک، آب و مواد غذایی را که اثر نامطلوبی بر روی محیط زیست، انسانها و سایر موجودات داشته باشد. به عبارت دیگر، ورود آلاینده ها به محیط باعث اختلال، ناپایداری و یا آسیب رساندن برای موجودات زنده در آن می شود را آلودگی می نامند. بر اساس نظر میلر هر گونه تغییر در ویژگی های هوا، خاک، آب و مواد غذایی را که اثر نامطلوبی بر روی محیط محیط زیست، انسانها و سایر موجودات داشته باشد. به عبارت دیگر، ورود آلاینده ها به محیط باعث اختلال، ناپایداری و یا آسیب رساندن برای موجودات زنده در آن می شود آلودگی می نامند. بر اساس نظر میلر هر گونه تغییر در ویژگی های هوا، خاک، آب و مواد غذایی که اثر نامطلوبی بر سلامت محیط زیست، فعالیت های انسان و سایر جانداران داشته باشد. آلودگی نامیده می شود (عرفان منش، 1385). بر اساس تعریف سازمان بهداشت جهانی، آلودگی عبارتست از وجود هر نوع موادی از قبیل گازها، ذرات، مواد شیمیایی یا مواد بیولوژیکی به میزان، شدت، مدت و حالتی که اثر نامطلوب بر سلامت انسان، محیط زیست و یا موجودات زنده گذارده و یا مانع استفاده بهینه از آنها گردد (فتائی، 1390).

هر گونه فلز(یا شبه فلز) اگر در جای ناخواسته و غیر معمول واقع شود یا در شکل و غلظتی که باعث اثر مضر روی محیط یا انسان شود می تواند آلاینده محسوب شود (مکینتیگر، 2003). از سوی دیگر، آلاینده به ماده ای گفته می شود که خارج از محل طبیعی خود قرار گرفته و یا دارای غلظتی بیش از حد طبیعی باشد به طوری که بر روی موجودات زنده اثر نامطلوب داشته باشد (دبیری، 1386).

آلاینده ها را از نظر کانون آلایندگی می توان در دو گروه طبقه بندی نمود:

1 منبع نقطه ای یا منبع مشخص(متمرکز و کانونی): آلودگی را از یک مکان مشخص وارد محیط می کنند. شناسایی، پایش و کنترل و تصفیه آن ها آسان امکان پذیر می باشد.

2 منبع غیر نقطه ای یا نامشخص(غیر متمرکز و بی کانون): به صورت پراکنده بوده و منبعی که آلودگی را وارد محیط می کند مشخص نیست. شناسایی، کنترل و تصفیه آن ها یا امکان ناپذیر است (فتائی، 1390).

1-7 فلزات سنگین و اثرات آنها بر محیط زیست

فلزات سنگین در غلظت بالا، تهدیدی برای محیط زیست هستند. فلزات سنگین نمی توانند از نظر زیستی تجزیه شوند، بنابراین باید از بخش آلوده استخراج شوند، عواملی همچون غلظت فلزات سنگین، زمان تماس، عوامل فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی، میزان سمیت فلزات سنگین را مشخص می کند.

فلزات سنگین به خاطر حلالیت زیاد در محیط های آبی، می توانند بوسیله موجودات زنده جذب شوند. با ورود فلزات سنگین در زنجیره غذایی، غلظت های زیاد آنها ممکن است در بدن انسان اندوخته شود. اگر فلزات سنگین با غلظتی فراتر از غلظت مجاز وارد بدن انسان شوند می توانند اختلالات و بی نظمی مختلفی را در انسان ایجاد کنند (بابل،2004).

فلزات سنگین در بدن موجودات زنده دو نقش اساسی را بر عهده دارند. یکی شرکت در ساختمان مولکولهای حیاتی مانند شرکت فلزهای آهن و مس در مولکولهای هموگلوبین و هموسیانین و دیگری نقش کوانزیمی آنها که با اتصال به آنزیم های مختلف به عنوان فعال کننده آنزیم ها در تسریع واکنش ها عمل می کنند. از اینرو وجود فلزات در موجودات زنده به مقدار مشخص و مطلوب ضروری است و در صورت بروز تغییر در میزان آنها، واکنش های طبیعی بدن کند یا مختل شده و سبب ایجاد پاسخ های نامطلوب از جمله کاهش یا عدم رشد، کاهش تولید مثل، تضعیف سیستم دفاعی بدن موجود و غیره می شود.

فلزات سنگین و سمی عمدتا در اثر فعالیت های صنعتی، سبب آلودگی محیط زیست می شوند، اگر چه زائدات کشاورزی هم در آلودگی محیط نقش دارند. این آلایندهای محیط زیست به صورت ذرات جامد یا به صورت محلول وارد هوا، محیط های آبی و خاک می شوند.

اثرات فلزات سنگین بر عملکرد اکوسیستم به شکل های مختلفی بروز می کند و کنترل آنها از نظر بهداشتی و اقتصادی دارای اهمیت است.

فلزات سنگین اثرات مختلفی بر روی سلامتی انسان می گذارند از جمله می توان به کاهش رشد، سزطان، آسیب به اندام ها و سیستم عصبی و در نهایت مرگ اشاره کرد. در بیشترین حد مجاز، فلزات سنگین می توانند باعث آسیب پذیری مغزی غیر قابل برگشت شوند. این اثرات در کودکان به دلیل مصرف شیر نسبت به بزرگترها (چون غذای بیشتری برای وزن بدنشان نسبت به بزرگترها مصرف می کند) بیشتر است.

در جدول تناوبی هر چه به سمت گازهای نجیب پیش برویم، اکسید این فلزات پایدارتر و با مولکول های آلی، کمپلکس های پایدارتری را بوجود می آورند. فلزات با خاصیت الکترونگاتیویته زیاد مانند مس، نیکل و کبالت میل ترکیبی زیادی با گروه های آمین و سولفیدریل دارند. بدین ترتیب به نظر می رسد با ادامه روند استخراج منابع معدنی و تراکم این مواد خطرناک در محیط زیست، باید به دنبال روش هایی با کارایی بیشتر در سم زدایی و بازیابی این فلزات بود.

این فلزات در تمام اجزای محیط زیست وجود دارند. کانی های موجود در پوسته زمین، منبع و منشا اصلی این فلزات هستند. فراوانی برخی فلزات در پوسته زمین در جدول1 1 آمده است (دبیری، 1386).