بررسی منشا آلودگی منابع طبیعی به آرسنیک در توابع شهرستان هشترود، استان آذربایجان‌شرقی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مسوول مکاتبات): استادیار گروه محیط زیست، واحد رودهن، دانشگاه آزاد اسلامی،رودهن، ایران.

2 استادیار گروه محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد رودهن، ایران.

چکیده

زمینه و هدف: آلودگی آرسنیک خاک‌ها و آب‌های سطحی و زیرزمینی به دلیل پتانسیل بالای آن برای ورود به زنجیره غذایی، تهدید بزرگی برای سلامت بشر می‌باشد. در منطقه هشترود واقع در استان آذربایجان شرقی،  شواهد مربوط به آلودگی آرسنیک به صورت ناراحتی های پوستی گزارش شده است. هم چنین این آلودگی ممکن است کاهش کمی و کیفی محصولات کشاورزی و یا ایجاد عوارض خاصی در دام­ها را در پی داشته باشد، که به دلیل عدم آگاهی، علت آن تشخیص داده نشده باشد ولی مربوط به آلودگی با آرسنیک باشد. اهداف پژوهش حاضر شامل  شناسایی میزان آلودگی منابع آب و خاک منطقه به وسیله آرسنیک و تعیین منشاء آلودگی می باشد.
روش بررسی: پس از انجام بررسی­های صحرایی و نمونه­برداری از منابع آب­های سطحی و زیرزمینی، خاک، رسوبات رودخانه و سنگ براساس موقعیت منابع موجود در منطقه و تجزیه ویژگی های فیزیکی و شیمیایی و نیز آرسنیک در آن ها، تجزیه و تحلیل های لازم صورت گرفت.
یافته ها: برای عنصر آرسنیک تفاوت قابل ملاحظه‌ای بین مقدار میانگین این عنصر با هم در نمونه‌ها و هم چنین با میانگین پوسته وجود دارد. حداکثر  مقدار آرسنیک (9500 میلی گرم در کیلوگرم خاک) در نمونه‌ خاکستر آتشفشانی مشاهده شده است.
نتیجه گیری: در این منطقه براساس شواهد و یافته های به دست آمده، آلودگی آرسنیک مرتبط با منابع ژئوژنیک (زمین‌زاد) و فعالیت‌های آتشفشانی در نظر گرفته شده است. براساس مطالعات انجام شده می‌توان این مکانیزم ها را عامل آلودگی به آرسنیک در منطقه دانست: آزاد شدن آرسنیک از واحدهای سنگی منطقه، جذب آرسنیک توسط کانی‌های اکسیدی تحت شرایط هوازی و اسیدی تا نزدیک به خنثی، واجذبی از سطوح اکسیدی در اثر افزایش pH به شرایط قلیایی و افزایش غلظت آرسنیک در محلول و ایجاد آلودگی.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره هجدهم، ویژه نامه شماره2، پاییز 1395

 

بررسی منشا آلودگی منابع طبیعی به آرسنیک در توابع شهرستان هشترود، استان آذربایجان­شرقی

 

آزیتا بهبهانی­نیا[1]*

behbahani@riau.ac.ir

مریم فراهانی [2]

تاریخ دریافت:25/04/94

تاریخ پذیرش:28/08/94

 

چکیده

زمینه و هدف: آلودگی آرسنیک خاک‌ها و آب‌های سطحی و زیرزمینی به دلیل پتانسیل بالای آن برای ورود به زنجیره غذایی، تهدید بزرگی برای سلامت بشر می‌باشد. در منطقه هشترود واقع در استان آذربایجان شرقی،  شواهد مربوط به آلودگی آرسنیک به صورت ناراحتی های پوستی گزارش شده است. هم چنین این آلودگی ممکن است کاهش کمی و کیفی محصولات کشاورزی و یا ایجاد عوارض خاصی در دام­ها را در پی داشته باشد، که به دلیل عدم آگاهی، علت آن تشخیص داده نشده باشد ولی مربوط به آلودگی با آرسنیک باشد. اهداف پژوهش حاضر شامل  شناسایی میزان آلودگی منابع آب و خاک منطقه به وسیله آرسنیک و تعیین منشاء آلودگی می باشد.

روش بررسی: پس از انجام بررسی­های صحرایی و نمونه­برداری از منابع آب­های سطحی و زیرزمینی، خاک، رسوبات رودخانه و سنگ براساس موقعیت منابع موجود در منطقه و تجزیه ویژگی های فیزیکی و شیمیایی و نیز آرسنیک در آن ها، تجزیه و تحلیل های لازم صورت گرفت.

یافته ها: برای عنصر آرسنیک تفاوت قابل ملاحظه‌ای بین مقدار میانگین این عنصر با هم در نمونه‌ها و هم چنین با میانگین پوسته وجود دارد. حداکثر  مقدار آرسنیک (9500 میلی گرم در کیلوگرم خاک) در نمونه‌ خاکستر آتشفشانی مشاهده شده است.

نتیجه گیری: در این منطقه براساس شواهد و یافته های به دست آمده، آلودگی آرسنیک مرتبط با منابع ژئوژنیک (زمین‌زاد) و فعالیت‌های آتشفشانی در نظر گرفته شده است. براساس مطالعات انجام شده می‌توان این مکانیزم ها را عامل آلودگی به آرسنیک در منطقه دانست: آزاد شدن آرسنیک از واحدهای سنگی منطقه، جذب آرسنیک توسط کانی‌های اکسیدی تحت شرایط هوازی و اسیدی تا نزدیک به خنثی، واجذبی از سطوح اکسیدی در اثر افزایش pH به شرایط قلیایی و افزایش غلظت آرسنیک در محلول و ایجاد آلودگی.

واژه­های کلیدی: آرسنیک، خاک، آب های زیرزمینی، خاکستر آتشفشانی.

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 18, No.2, Autumn 2016

 

 

 

 

 


Investigation of Natural Sources Contamination with Arsenic in the Suburbs of Hashtrood City, East Azerbayjan Province

 

Azita Behbahaninia[3]*

behbahani@riau.ac.ir

Maryam Farahani [4]

 

Abstract

Background and Objective: Soil surface water and ground water contamination with arsenic (As), due to its high potential for food cycle entrance, has high risk for human safety. Evidences of as pollution in Hashtrood, in East Azerbayjan, in the form dermal disorders have been reported. Also, this pollution can lead to decrease of agricultural products in terms of both quality and quantity or some lesions in farm animals. Due to lack of knowledge the reason for this remains unknown, but it may be related to as pollution. This study was conducted to investigate the level of soil and water contamination with As in Hashtrood city. 

Method: Based on the obtained information, the surface and ground waters, soil, river sediments, and rock were sampled and analyzed for physico-chemical and as in the laboratory.

Results: There are significant differences for mean as contents in the samples and crust. The maximum level of as was observed in fly ash samples. Consequently, as pollution was related to geogenic and volcanic eruptions in this region. According to the results, the mechanisms for As pollution in the region are known to be: As release from rock units, As sorption by oxide minerals in aerobic and acidic to neutral conditions, desorption from oxide surfaces with increase of pH, increase of As concentration in solution, and causing pollution.  

Keywords: Arsenic, Soil, Ground waters, Fly ash.

 

مقدمه

 

آلودگی با فلزات سنگین یکی از مشکلات زیست محیطی عمده در جوامع بشری است که سلامتی افراد جامعه را به خطر می­اندازد. در صورت حضور در آب و خاک، این عناصر می­توانند وارد گیاهان شده و خود را به چرخه و هرم غذایی منتهی به انسان برسانند که در این حالت بیماری­های ناشی از آن­ها در موجودات زنده بروز می­کند. آرسنیک یکی از مهم­ترین عناصر سنگین و بسیار سمی خاک‌ها و آب‌های سطحی و زیرزمینی است که به دلیل پتانسیل بالای آن برای ورود به زنجیره غذایی تهدید بزرگی برای سلامت بشر می‌باشد. آلودگی­های این عنصر می‌توانند منشاء زمین‌زاد و یا بشرزاد داشته باشند. وجود لایه‌ها و واحدهای زمین‌شناسی غنی از آرسنیک محلول در آب منشا زمین زاد این عنصر به شمار می رود که می‌تواند باعث آلودگی آب­های سطحی و زیرزمینی شود (1و2و3). مطالعات در جهان نشان می‌دهند که آتشفشان‌ها مهم‌ترین منبع طبیعی آرسنیک هستند. سالانه حدود 9/1 گیگا گرم آرسنیک به وسیله آتشفشان­ها و فرآیندهای مرتبط در اتمسفر پخش می­شود (4). کودها، آفت کش ها و فعالیت های معدن کاری از جمله منابع بشرزاد آرسنیک به شمار می روند. در سطح بین المللی کارهای زیادی در زمینه بررسی وجود و منشاء آرسنیک در منبع آب و خاک و مطالعه بیماری‌های مرتبط با آن انجام شده است. پرسون و همکاران (5)، رفتار آرسنیک را از نظر بیولوژیکی و شیمیایی در محیط بررسی کرده و اظهار داشتند که آلودگی آرسنیک در منابع آب یک مشکل جهانی است. منابع آلودگی آرسنیک طبیعی (ژئوژنیک)و بشرزاد (آنتروپوژنیک) هستند و مقیاس آلودگی محدوده ای از محلی تا منطقه‌ای دارد. فعالیت‌های آنتروپوژنیک مقادیر زیادی As در محیط آزاد می‌کنند و معمولاً منجر به آلودگی منابع آب زیرزمینی در مقیاس نسبتاً کوچک می‌شوند. در نواحی زیادی از جهان فرآیندهای بیوژئوشیمیایی باعث آزاد شدن طبیعی Asدر آب‌های زیرزمینی شده و می‌توانند مناطق بزرگی را تحت تأثیر قرار دهند. تأثیرات مضر آرسنیک برروی سلامت بشر ثابت شده‌اند و امروزه شواهد نشان می‌دهند که آرسنیک می‌تواند اثرات منفی برروی سیستم تولیدات کشاورزی داشته باشد. بنابراین اصلاح آب آلوده به آرسنیک بحرانی است. گیاه پالایی یک روش با صرفهبرای برداشت آرسنیک از آب است. به علاوه نشان داده شده است که مواد ژئولوژیک طبیعی نیز برای حذف آرسنیک از آب مؤثرند. در پژوهشی که برروی میزان آرسنیک در آب­های زیرزمینی حوزه آبخیز ویلامت در اورگون آمریکا توسط سازمان زمین­شناسی آمریکا (6) انجام گرفت، وجود آرسنیک در آب­های زیرزمینی به وجود اکسیدهای آهن در منطقه ربط داده شد. شرایط احیا و غلظت بالای آهن محلول باعث انحلال اکسیدهای آهن می­شود ومتعاقب آن رهاسازی آرسنیک انجام می­گیرد. آرسنیک بر سطح اکسیدهای آهن جذب می­شود ویا با اکسیدهای آهن پدیده هم رسوبی[5] را باعث می­شود.

نتایج بررسی تحرک آرسنیک در آب‌های زیرزمینی منطقه‌ای در کشورسوئد (7) نشان داد غلظت آرسنیک بین زیر حد تشخیص (mg/L5/0 >) و mg/L300 متغیر بوده است. غلظت آرسنیک چاه ها با گروه سنگ بستر مخصوص خودشان ارتباط داشتند و داده‌های آماری برای غلظت آرسنیک در هر گروه محاسبه شدند. آنالیزهای آماری نشان دادند که آب زیرزمینی با میزان آرسنیک بالا و سنگ آتشفشانی قلیایی همبستگی دارند، در حالی که غلظت پایین آرسنیک با سنگ‌های رسوبی ارتباط دارد.در پژوهشی میزان و گسترش آلودگیAs در خاک‌ها و رسوبات حومه فعالیت­های صنعتی در برزیل بررسی شد (8). با توجه به نتایج به دست آمده، این احتمال داده شد که ماهیان رودخانه وچهارپایان منطقه، ممکن است به وسیله آرسنیک آلوده شده و بدین وسیله سلامتی ساکنین منطقه به مخاطره بیفتد. نتایج بررسی توزیع و رفتار آرسنیک در خاک‌ها و آب‌های مجاور معدن طلا-آرسنیک (9) نشان داد  در آب‌های منطقه مقادیر pH حدود 8 و غلظت آرسنیک از 60 تا 4000 ppmتغییر می‌کند. ناحیه آلوده شده در شعاع m 500 و اثرات زیست محیطی آن به جز برای چرای احشام نسبتاً محدود می‌شود. آرسنیک در خاک‌ها و رسوبات نسبت به آب‌ها سریع تر کاهش می‌یابد. افزایش غلظت آرسنیک توسطpHقلیایی غالب در آب‌های سطحی و زیرزمینی و نیز حضور فازهای جامد ثانویه (اکسی-هیدروکسیدهای آهن و آلومینیوم، رس‌ها و کانی‌های کربناته) مورد توجه است. توزیع آرسنیک در خاک‌ها و رسوبات توسط چرخش آب‌های کم عمق و سطحی غنی از آرسنیک توسط خزش ثقلی مواد باطله یا انتقال به صورت اجزاء معلق در آب بیشتر تحت تأثیر قرار می‌گیرد.   

تائوچن و همکاران (10)، میزان عناصر نادر موجود در خاک­های ناحیه‌ای در چین را بررسی کرده و به روش آنالیز چند متغیره عناصر آلوده کننده (As، Cd، Cu، Hg، Pb و Zn) را از عناصر غیرآلاینده (Mn، Co، Cr و Ni) تفکیک کردند. همبستگی قابل توجهی که بین عناصر غیرآلاینده باAl2O3 ,Fe2O3 و SiO2 در کل خاک­ها یافت شد، نشان می­دهد منبع این عناصر اساساً توسط عواملی تشکیل خاک کنترل می­شوند.از طرفی همبستگی نسبتاً ضعیف عناصر آلوده کننده با یک دیگر و تغییرپذیری فاصله­ای بیشتر عناصر آلوده­کننده مشخص می کند که غنی شدگی و ناهمگنی فاصله­ای­شان توسط ورودی­های آنتروپیک (انسانی) تحت تأثیر قرار گرفته است.

حسین آناوار (11)، در آب‌های زیرزمینی بنگلادش رخدادهای ژئوشیمیایی آرسنیک را مورد مطالعه قرار داده است. در این مطالعه به منظور بررسی شرایط ژئوشیمیایی آکیفر زیرسطحی، منبع آرسنیک و مکانیزم آزاد شدن آرسنیک در آب زیرزمینی بنگلادش پارامترهای آرسنیک کل، کربن آلی حل شده،آهن، آنیون‌ها و کاتیون‌های اصلی در آب‌ چاه هاکه برای آشامیدن مردم به کارمی‌رفتند، اندازه‌گیری شدند. فازهای جامد آرسنیک کل، اکسیدAl, FeوMnو محتوی کربن آلی در رسوبات برای پی بردن به روابط متقابل آن‌ها تعیین شدند. غلظت آرسنیک در آب زیرزمینی از 03/0 تا 75/0  mg/l متغیر بود که از حداکثر حد مجاز آرسنیک تعیین شده برای آب آشامیدنی توسط سازمان بهداشت جهانی (mg/l 01/0) و بنگلادش (mg/l 05/0) تجاوز کرده است. نتایج نشان دادند که اکسیداسیون پیریت غنی از آرسنیک نقشی در افزایش غلظت آرسنیک ندارد، اما وابستگی تمرکز آرسنیک به فرآیندهای احیا کننده را منعکس می‌کند. لیچینگ شیمیایی متوالی نشان می‌دهد که As بیشتر در 3 فاز حضور دارد: 1- فاز اکسیدی آهن و منگنز 2- مواد آلی 3- فازهای سولفید و سیلیکات. رابطه بسیار قوی بین غلظت‌های بی‌کربنات و As در آب زیرزمینی بنگلادش و مقادیر بالای pH (03/8 تا 7/8)رسوبات Ganges این فرضیه را تأئید می‌کند. 

در ایران نیز در استان های کردستان و آذربایجان شرقی (شهرستان هشترود) مقادیر بالای عنصر آرسنیک گزارش شده است (12، 13، 14، 15). در استان کردستان، امجدی پهنه بندی میزان و نحوه انتشار آرسنیک در منابع آب‌های بیجار و قروه استان کردستان و ارایه راهکارهای اجرایی لازم جهت بهره‌برداری صحیح از آب‌های منطقه را بررسی نمود (16). با توجه به مطالعات منطقه‌ای انجام شده در خصوص میزان آرسنیک در آب‌های زیرزمینی، مشخص شد که در بعضی از نواحی و روستاها غلظت این آلاینده بسیار بیش از حد استاندارد بود که متعاقباً اثرات بهداشتی شدیدی را برای افراد بومی منطقه داشته است.

با توجه به گزارش شبکه بهداشت روستای گوپوز از توابع شهرستان هشترود، در نمونه های گرفته شده از ساکنین حوزه آبخیز این منطقه، میزان آرسنیک بالاتر از حد مجاز بوده به نحوی که بیشتر اهالی با معضل بیماری ناشی از افزایش این عنصر مواجه هستند. هم چنین این آلودگی ممکن است کاهش کمی و کیفی محصولات کشاورزی و یا ایجاد عوارض خاصی در دام­ها را در پی داشته باشد که به دلیل عدم آگاهی، علت آن تشخیص داده نشده باشد ولی مربوط به همین آلودگی با فلزات سنگین باشد. در رابطه با میزان آرسنیک و فلزات احتمالی همراه آن در خاک های این حوزه تا کنون کاری انجام نشده است. در این راستا  مقاله حاضر تهیه شده است تا میزان آلودگی به آرسنیک و منشا زمین شناسی ورود این عنصر به منابع آبی این منطقه  را تعیین نماید.

 


روش بررسی


موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه

منطقه مورد مطالعه با وسعت 95 کیلومتر مربع بین طول­های˝00 ΄48˚46 تا ˝00 ΄55˚46 شرقی و عرض­های ˝00  ΄25  ˚37 تا ˝00  ΄30  ˚37 شمالی در 20 کیلومتری غرب هشترود در جنوب شرقی استان آذربایجان شرقی واقع شده است. این منطقه جزء شهرستان هشترود محسوب می­شود. روستاهای ذوالبین، سعادتلو ، قوپوز و قزللو در محدوده مورد مطالعه قرار دارند. شکل (1)، موقعیت منطقه مورد مطالعه را نشان می دهد.

نمونه برداری از آب­های منطقه

عملیات نمونه­برداری آب در  فصل مرطوب و از آب­های سطحی منطقه انجام گرفته است. 18 ایستگاه نمونه­برداری بر پایه بررسی­های آب­شناختی، زمین­شناختی و ریخت­شناختی انتخاب شدند. در هر ایستگاه ویژگی های دما، قابلیت هدایت­الکتریکی و اسیدیته آب در سرزمین اندازه­گیری شدند. 18 نمونه آب بعد از برداشته شدن و رساندن اسیدیته آن ها به زیر 2 با اسید نیتریک غلیظ، به آزمایشگاه ارسال شدند. در آزمایشگاه درصد سدیم، کلسیم و منیزیم و نیز فلز آرسنیک  نمونه­ها اندازه گیری شد (17 و 18).

نمونه برداری از خاک­های منطقه

علاوه بر 16 نمونه خاک (عمق 15-0 سانتی متری) که مطابق با شبکه طراحی شده نمونه­برداری شدند، 3 نمونه در اطراف روستای قوپوز (HS17, HS18, HS19) و 2 نمونه (HS20) در نزدیکی روستای قزلار برداشت شد. حدود دو کیلوگرم نمونه خاک با بیلچه برداشت شده، داخل نایلون برای حمل به آزمایشگاه قرار گرفت. در آزمایشگاه، نمونه ها بعد از هوا خشک و کوبیده شدن، از غربال دو میلی متری عبور داده شده و ویژگی های درصد رس، اسیدیته، هدایت الکتریکی، درصد کربن آلی، درصد گچ و ظرفیت تبادل کاتیونی و میزان آرسنیک آن­ها اندازه گیری گردید (17 و 18).

 

 

 

 

 

 

شکل 1- موقعیت منطقه مورد مطالعه

Figure 1- Location of the study area   

     


نمونه برداری از سنگ­های منطقه

به هنگام نمونه‌برداری از منابع آب و خاک از رخنمون‌های سنگی موجود در محدوده مطالعاتی نیز نمونه‌برداری صورت گرفت. تعداد 12 نمونه سنگی برداشت شد که مورد تجزیه عنصری به روشICP-OES  و تجزیه کانی شناسی به روش XRD   قرار گرفتند (18). 

 

 


نمونه برداری از رسوبات آبراهه ای منطقه          

در این مطالعه از رسوب آبراهه‌ای نمونه تهیه نشد، بلکه از نتایج نمونه‌های رسوب آبراهه‌ای تهیه‌شده توسط سازمان زمین‌شناسی استفاده گردید. نتایج تعداد 25 نمونه‌ رسوب که در آزمایشگاه به‌روش ICP-OES مورد تجزیه قرار گرفته‌ بودند،  بررسی شدند.

یافته­ها

1-  نمونه های آب

میانگین اسیدیته نمونه های آب 3/8(قلیایی) ، هدایت الکتریکی 2/0 تا 8/2 دسی زیمنس بر متر و با توجه به مقادیر عناصر سدیم، کلسیم و منیزیم حاصل شده، نسبت جذب سدیم، 1/14 به دست آمد. براساس نمودار ویلکوس (برای تعیین کیفیت آب)، نمونه­های آب منطقه در 5 رده C2S1، C3S1، C3S2، C4S2 وC4S3 یا به عبارتی در محدوه کمی شور، تقریباً مناسب تا خیلی شور و مضر برای کشاورزی قرار می­گیرند.

2-  نمونه های خاک

یافته های تعیین ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک نشان دادند که میانگین اسیدیته خاک ها 2/8، هدایت الکتریکی 5/3 دسی زیمنس بر متر، درصد کربن آلی 73/0، درصد گچ 0/20، ظرفیت تبادل کاتیونی 1/16 سانتی مول بر کیلو گرم درصد رس 65 و درصد اکسید آهن 1/2 می باشد.  میانگین فراوانی آرسنیک در محدوده مطالعاتی ppm 95/127 است. بیشینه مقدار (ppm 1287) این عنصر مربوط به نمونه HS7 و کمترین مقدار (ppm 12) هم مربوط به نمونه HS16-2 است.


 

 

شکل 2- غلظت آرسنیک در نمونه‌های خاک منطقه مطالعاتی(حد بحرانی (mg/kg 50-20) آرسنیک به وسیله نوار قرمز نشان داده شده است  Kabata-Pendias و Pendias ،1984)

Figure 2- Concentration of As in the samples of soil in study area (critical level is, 20-50 mg/kg, Pendias 1984, red band)

 

 

یافته های حاصل از اندازه گیری میزان آرسنیک نمونه های خاک نشان می دهند که میزان عنصر آرسنیک در 11 نمونه (38/52 درصد) از خاک‌های منطقه نسبت به حد استاندارد (19) در محدوده بحرانی و 8 نمونه (1/38 درصد) نیز بالاتر از این محدوده (50 میلی‌گرم در کیلوگرم) واقع شده و حالت آلودگی نشان می‌دهد (شکل 2). براساس استانداردهای دیگر (20و 21)، تعداد 6 نمونه از خاک های منطقه (57/28 درصد) با مقدار آرسنیک بین 30 تا 50 میلی‌گرم در کیلوگرم در محدوده B تا C  قرار می‌گیرند (گروه B از خاک‌ها نیاز به بررسی بیش تر دارند و خاک‌های گروه C نیاز به پالایش دارند). میلی‌گرم در کیلوگرم داشته و جزء خاک‌های C محسوب می‌شوند. غلظت آرسنیک در یک نمونه خاک  1287 میلی‌گرم در کیلوگرم می‌باشد که در محدوده بسیار آلوده قرار می‌گیرد و نسبت به غلظت استاندارد (50 میلی‌گرم در کیلوگرم) حدود 26 برابر افزایش نشان می‌دهد. این نمونه در نزدیکی روستای قوپوز و منابع آب آلوده به این عنصر قرار دارد.

 

به منظور درک بهتر روابط و همبستگی بین عنصر آرسنیک و ویژگی های فیزیکی وشیمیایی نمونه‌های خاکماتریس ضرایب همبستگی بین عناصر و خواص فیزیکی وشیمیایی نمونه‌های خاک به دست آمد (جدول 1 )

 

جدول 1-  ماتریس ضرایب همبستگی بین آرسنیک  و ویژگی های فیزیکی وشیمیایی خاک  به روش اسپیرمن

Table 1- Matrix of correlation coefficients between As and soil physical and chemical characteristics by Spearman method

%OC

%Clay

%CaSO4

CEC

PH

EC

Fe2O3

Var

143/0

413/0

145/0

022/0

195/0

152/0

561/0

As

 


 


 

 

 هم چنین 8 نمونه (1/38 درصد)  تمرکز آرسنیک بیش از 50 یافته های این جدول نشان می دهند که  درصد اکسیدهای آهن، تنها ویژگی است که با میزان آرسنیک نمونه های خاک همبستگی مثبت  دارد.

3- نمونه های رسوبات آبراهه ای

متوسط عنصر آرسنیک در نمونه های رسوب محدوده مطالعاتی(02/63 گرم در تن) نسبت به متوسط آن در رسوبات آبراهه‌ای (6 گرم در تن) افزایش قابل توجهی را نشان می‌دهد.

4- نمونه های سنگ ها

متوسط عنصر آرسنیک نمونه های سنگ های محدوده مطالعاتی3/1063 میلی گرم در لیتر می باشد که  مقدار قابل توجهی  می باشد.

بحث و نتیجه گیری

1- منشاء آرسنیک در منطقه

  جهت مطالعه میزان آلودگی نمونه‌های آب به آرسنیک، مقادیر عناصر مختلف در نمونه‌ها با استانداردهای موجود مقایسه وشدت آلودگی آن‌ها تعیین شد. با توجه به این که منابع آب مورد مطالعه در منطقه برای شرب و کشاورزی مورد استفاده قرار می­گیرند، داده­های بدست آمده با استانداردهای EPA، WHO و ایران برای عنصر آرسنیک مقایسه شدند. نتایج به دست آمده از مقایسه غلظت عناصر در نمونه‌های مورد مطالعه با مقادیر استاندارد بیان گر آلودگی آب­های منطقه به عنصر آرسنیک است که در اکثر نمونه­ها بالاتر از حد استاندارد هستند.

 با توجه به غلظت زیاد آرسنیک در محیط‌های خاکی منطقه می‌توان آلوده بودن خاک ها را به این عنصر  سمی از منبع مواد معدنی و سنگ‌های منطقه مورد توجه قرار داده و امکان ورود بیش از حد استاندارد آن را به چرخه غذایی دام‌ها و انسان‌ها  بررسی نمود.

بیشترین مقدار آرسنیک در رسوبات آبراهه ای 12584 گرم در تن در اطراف روستای سعادتلو منطبق بر نهشته‌های خاکستر آتشفشانی پلیوسن است.در جنوب روستای قوپوز نیز مقدار این عنصر بالا است، که علت این افزایش علاوه بر رخداد فرآیندهای هیدروترمالی، می‌تواند ناشی از فعالیت‌های کشاورزی در این بخش باشد.

     میزان بالای آرسنیک در نمونه‌های سنگی منطقه به ویژه در نمونه‌های برداشت شده از نزدیکی روستای قوپوز منطبق بر نهشته‌های آذرآواری سهند بالا است. حداکثر  مقدار این عنصر (9500 میلی گرم در لیتر) در نمونه‌ خاکستر آتشفشانی مشاهده شده است.   

با توجه به آتشفشانی بودن منطقه مطالعاتی و گسترش زیاد خاکسترهای آتشفشانی در منطقه می­توان منشاء آلودگی را در ارتباط با این ترکیبات دانست. براساس نتایج تجزیه نمونه‌های سنگی نیز مقادیر بالای آرسنیک در نمونه‌های خاکستر مشاهده شده است که می‌تواند تایید کننده این مطلب باشد که خاکسترهای آتشفشانی می‌توانند در بالا بودن غلظت آرسنیک در منطقه مورد مطالعه نقش داشته باشند. چشمه‌های آب گرم موجود در مناطق مجاور شاهدی بر انجام فعالیت‌های هیدروترمال درگذشته می‌باشد. وجود توده آتشفشانی مرتبط با

 

سهند که دهانه‌های پراکنده آن تا نزدیکی منطقه مورد مطالعه گسترش یافته است می‌تواند تأئیدی بر مطالب ذکر شده باشد. مطالعات انجام شده در مناطق مجاور محدوده مطالعاتی نیز نقش فعالیت‌های آتشفشانی را در افزایش میزان آرسنیک در این مناطق تأئید می‌کنند.درمناطق مجاور، افزایش آرسنیک در حدی بوده که کانی های  آرسنیک دار (اورپیمنت و رآلگار) در این مناطق تشکیل شده اند.  مطالعات انجام شده در آرژانتین (21) نیز نقش خاکسترها در آلودگی آب به آرسنیک را تایید می­کند.

 با توجه به این که در محدوده مطالعاتی هیچ گونه فعالیت آلوده‌کننده صنعتی و شهری دیده نمی‌شود، تنها منبع آنتروپوژنیک (بشرزاد) که می­توان برای این آلودگی فرض کرد استفاده از کود و سموم شیمیایی حاوی آرسنیک است، اما از طرفی چون کشاورزی به طور عمده به صورت دیم صورت می‌گیرد و کود و سموم مصرف زیادی ندارد و این سموم حتی در مناطق غیرآلوده مجاور محدوده مطالعاتی نیز استفاده می‌شوند، بنابراین عامل اصلی آلودگی محسوب نمی­شوند.

2- مکانیزم آلودگی

با توجه به pH  قلیایی خاک‌ها و آب‌های منطقه و حضور اکسید آهن در طبقات قرمزنئوزن، مکانیزم واجذبی می‌تواند توضیح احتمالی برای آلودگی آرسنیک در محدوده مطالعاتی باشد. با توجه به این که منطقه مورد مطالعه از لحاظ زمین‌شناسی جزء مناطق آتشفشانی- رسوبی جوان است و نیز گسترش نهشته‌های آتشفشانی سهند (خاکستر آتشفشانی) در محدوده مطالعاتی و محدوده pH قلیایی (23/9-86/7) در منطقه می باشد، و براساس مطالعات انجام شده می‌توان مکانیزم های زیر را عامل این آلودگی دانست (22):

1-       آزاد شدن آرسنیک از واحدهای سنگی منطقه

2-       جذب آرسنیک توسط کانی‌های اکسیدی تحت شرایط هوازی و اسیدی تا نزدیک به خنثی

3-       واجذبی از سطوح اکسیدی در اثر افزایش pH به شرایط قلیایی

4-       افزایش غلظت آرسنیک در محلول و ایجاد آلودگی

پیشنهادات

با توجه به شرایط منطقه بررسی شده، می توان با نصب سیستم تصفیه آرسنیک، جهت کاهش آلودگی منابع آبی منطقه به آرسنیک اقدام نمود. راه حل دیگر عبور ندادن مسیر آب های منطقه از تشکیلات زمین شناسی حاوی آرسنیک می باشد. همان گونه که در این پژوهش مشخص گردید، تشکیلات خاکستر آتشفشانی در منطقه، عامل ورود این عنصر به منابع آبی و خاکی هستند و در صورتی که بتوان مسیر آب را به گونه ای منحرف نمود که از این تشکیلات عبور نکند، می توان از الودگی آب های منطقه به آن کاست. کاربرد اصلاح کننده های گوناگون مانند آهک به صورت پخش بر روی سطح خاک، روشی برای پالایش خاک های آلوده به ارسنیک به شمار می رود.

منابع

1-      Azcue, J.M., Nriagu, J.D., “Arsenic: Historical Perspectives” chapter 1, in Arsenic in the environment part I, Edited by: Nriagu, J.O., John Wiley and Sons, Inc. 1994.

2-      Eisler, R., “A review of arsenic hazards to plants and animals with emphasis of fishery and wildlife resources” chapter 11, in Arsenic in the environment part II, Edited by: Nriagu, J.O., John Wiley and Sons, Inc. 1994.

3-      Smedley, P., Arsenic occurrence in groundwater in South and East Asia – Scale, causes and mitigation. Technical Report, Vol. II, The World Bank, Report no. 31303. 2004.

4-      Nriagu, J.O., “A global assessment of natural sources of atmospheric trace metals”. Nature. 1989, Vol. 338, pp. 47–49.

5-      Pierson, A. and van Moort, J.C., 2011. Geochemical exploration using acid insoluble residues of rocks for volcanic-hosted massive sulphide deposits, Rosebery area, western Tasmania. Journal of Geochemical Exploration. Vol. 66, pp. 55– 69.

6-      U.S. geological Survey.2001.As in ground water of Willamtte basin, Oregon.

7-      Marcus Stevensson, 2007, Mobilisation of geogenic arsenic into groundwater in Västerbotten County, Sweden, thesis of Uppsala University.

8-      Magalhaes, V.F. et al. As concentration and distribution in Engenho Inlet, Sepetiba Bay, Brazil, 2000. Water, Air and Soil pollution. Vol. 18, pp. 83-91.

9-      Hans-Rudolf Pfeifer, Anne Häussermann, Jean-Claude Lavanchy, Werner Halter, 2007, Distribution and behavior of arsenic in soils and waters in the vicinity of the former gold-arsenic mine of Salanfe, Western Switzerland, Journal of Geochemical Exploration 93, 121–134.

10-  Tao Chen, Xingmei Liu, Muzhi Zhu, Keli Zhao, Jianjun Wu, Jianming Xu, Panming Huang, 2013. Identification of trace element sources and associated risk assessment in vegetable soils of the urban-rural transitional area of Hangzhou, China. Environmental Pollution 151, 67-78.

11-  Hossain M. Anawar, Junji Akai, Kaori Komaki, Hiroshi Terao, Takahito Yoshioka, Toshio Ishizuka, Syed Safiullah, Kikuo Kato, 2003, Geochemical occurrence of arsenic in groundwater of Bangladesh: sources and mobilization processes, Journal of Geochemical Exploration 77, 109–131

12-  حسین پور فیضی، محمد علی،1385، بررسی اپید میولوژیکی ارتباط فلزات سنگین و وقوع بیماری های شایع در روستاهای مایان و قوپوز در استان آذربایجان شرقی، پارک علم و فناوری استان آذربایجان شرقی ، دانشگاه تبریز.

13-   درویش زاده.علی،1385، زمین شناسی ایران، انتشارات امیر کبیر.  

14-  قربانی. منصور، 1374،زمین شناسی ایران: آنتیموان، آرسنیک، جیوه، سازمان زمین شناسی کشور.

15- مسافری. محمد و مصداقی‌نیا. علی، 1384. حذف آرسنیک از آب آشامیدنی با استفاده از آلومینای فعال اصلاح شده، مجله آب و فاضلاب، شماره 55، ص 2-14.

16- امجدی. مهدی،1384، طرح پهنه بندی میزان و نحوه انتشار آرسنیک در منابع آب‌های بیجار و قروه استان کردستان و ارائه راهکارهای اجرایی لازم جهت بهره‌برداری صحیح از آب‌های منطقه، پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشگاه تهران،گروه مهندسی عمران، محیط زیست ،رشته مهندسی عمران – محیط زیست.

17-    Page, A. L., Methods of soil analysis, Part 1. 2ed, Physical methods, Agronomy Monog. 9, ASA, Madison, WI. 1996.

18-  Sparks, D. L.  Methods of soil analysis, Part 3. Chemical methods, 2ed, Agronomy Monog. 9, ASA, Madison, WI. 1996.

19-  Kabata-Pendias, A. and H. Pendias. 2001. Trace elements in Soils and Plants, Third ed. CRC Press, Boca Raton, Florida.

20-   Gieseler, G. 1987. Contaminated land in the EEC. Dornier system Gmbh, Fridrichshafen, FRG.

21-  Netherlands Ministry of Housing, 1991. Environmental quality standards for soils and water, Ministry of Housing, Physical planning and environment.

22-  Prosun Bhattacharya, Mattias Claesson, Jochen Bundschuh, Ondra Sracek, Jens Fagerberg, Gunnar Jacks, Raul A. Martin, Angel del R. Storniolo, Juan M. Thir, 2006. Distribution and mobility of arsenic in the Rı´o Dulce alluvial aquifers in Santiago del Estero Province, Argentina, Science of the Total Environment 358, 97– 120.



1*- (مسوول مکاتبات): استادیار گروه محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد رودهن، ایران.

2- استادیار گروه محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد رودهن، ایران.

1- Assistant Professor Department of Environmental, Azad University, Rodehen Branch, Iran.

* ( Corresponding Author)

2- Assistant Professor Department of Environmental, Azad University, Rodehen Branch, Iran.

1-  Coprecipitation

2-  Non-pollutant elements

1-      Azcue, J.M., Nriagu, J.D., “Arsenic: Historical Perspectives” chapter 1, in Arsenic in the environment part I, Edited by: Nriagu, J.O., John Wiley and Sons, Inc. 1994.

2-      Eisler, R., “A review of arsenic hazards to plants and animals with emphasis of fishery and wildlife resources” chapter 11, in Arsenic in the environment part II, Edited by: Nriagu, J.O., John Wiley and Sons, Inc. 1994.

3-      Smedley, P., Arsenic occurrence in groundwater in South and East Asia – Scale, causes and mitigation. Technical Report, Vol. II, The World Bank, Report no. 31303. 2004.

4-      Nriagu, J.O., “A global assessment of natural sources of atmospheric trace metals”. Nature. 1989, Vol. 338, pp. 47–49.

5-      Pierson, A. and van Moort, J.C., 2011. Geochemical exploration using acid insoluble residues of rocks for volcanic-hosted massive sulphide deposits, Rosebery area, western Tasmania. Journal of Geochemical Exploration. Vol. 66, pp. 55– 69.

6-      U.S. geological Survey.2001.As in ground water of Willamtte basin, Oregon.

7-      Marcus Stevensson, 2007, Mobilisation of geogenic arsenic into groundwater in Västerbotten County, Sweden, thesis of Uppsala University.

8-      Magalhaes, V.F. et al. As concentration and distribution in Engenho Inlet, Sepetiba Bay, Brazil, 2000. Water, Air and Soil pollution. Vol. 18, pp. 83-91.

9-      Hans-Rudolf Pfeifer, Anne Häussermann, Jean-Claude Lavanchy, Werner Halter, 2007, Distribution and behavior of arsenic in soils and waters in the vicinity of the former gold-arsenic mine of Salanfe, Western Switzerland, Journal of Geochemical Exploration 93, 121–134.

10-  Tao Chen, Xingmei Liu, Muzhi Zhu, Keli Zhao, Jianjun Wu, Jianming Xu, Panming Huang, 2013. Identification of trace element sources and associated risk assessment in vegetable soils of the urban-rural transitional area of Hangzhou, China. Environmental Pollution 151, 67-78.

11-  Hossain M. Anawar, Junji Akai, Kaori Komaki, Hiroshi Terao, Takahito Yoshioka, Toshio Ishizuka, Syed Safiullah, Kikuo Kato, 2003, Geochemical occurrence of arsenic in groundwater of Bangladesh: sources and mobilization processes, Journal of Geochemical Exploration 77, 109–131

12-  حسین پور فیضی، محمد علی،1385، بررسی اپید میولوژیکی ارتباط فلزات سنگین و وقوع بیماری های شایع در روستاهای مایان و قوپوز در استان آذربایجان شرقی، پارک علم و فناوری استان آذربایجان شرقی ، دانشگاه تبریز.

13-   درویش زاده.علی،1385، زمین شناسی ایران، انتشارات امیر کبیر.  

14-  قربانی. منصور، 1374،زمین شناسی ایران: آنتیموان، آرسنیک، جیوه، سازمان زمین شناسی کشور.

15- مسافری. محمد و مصداقی‌نیا. علی، 1384. حذف آرسنیک از آب آشامیدنی با استفاده از آلومینای فعال اصلاح شده، مجله آب و فاضلاب، شماره 55، ص 2-14.

16- امجدی. مهدی،1384، طرح پهنه بندی میزان و نحوه انتشار آرسنیک در منابع آب‌های بیجار و قروه استان کردستان و ارائه راهکارهای اجرایی لازم جهت بهره‌برداری صحیح از آب‌های منطقه، پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشگاه تهران،گروه مهندسی عمران، محیط زیست ،رشته مهندسی عمران – محیط زیست.

17-    Page, A. L., Methods of soil analysis, Part 1. 2ed, Physical methods, Agronomy Monog. 9, ASA, Madison, WI. 1996.

18-  Sparks, D. L.  Methods of soil analysis, Part 3. Chemical methods, 2ed, Agronomy Monog. 9, ASA, Madison, WI. 1996.

19-  Kabata-Pendias, A. and H. Pendias. 2001. Trace elements in Soils and Plants, Third ed. CRC Press, Boca Raton, Florida.

20-   Gieseler, G. 1987. Contaminated land in the EEC. Dornier system Gmbh, Fridrichshafen, FRG.

21-  Netherlands Ministry of Housing, 1991. Environmental quality standards for soils and water, Ministry of Housing, Physical planning and environment.

22-  Prosun Bhattacharya, Mattias Claesson, Jochen Bundschuh, Ondra Sracek, Jens Fagerberg, Gunnar Jacks, Raul A. Martin, Angel del R. Storniolo, Juan M. Thir, 2006. Distribution and mobility of arsenic in the Rı´o Dulce alluvial aquifers in Santiago del Estero Province, Argentina, Science of the Total Environment 358, 97– 120.