تغییرات فصلی غلظت و شدت آلودگی برخی عناصر سنگین در گرد و غبار خیابانی اصفهان و تعدادی از شهرهای اطراف

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه خاکشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان

2 گروه خاکشناسی-دانشکده کشاورزی- دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

سابقه و هدف: ذرات معلق در هوا که معمولاً با نام آئروسل شناخته می‌شوند می‌توانند حامل ذرات و عناصر آلاینده و مضر باشند. گرد و غبار خیابانی به ذراتی در اندازه‌های کوچکتر از 70 میکرومتر که بر اثر تعلیق مجدد ذرات حاصل از فعالیت‌های انسانی یا طوفان‌های گرد و غباری وارد محیط‌های شهری می‌شوند، گفته می‌شود. این ذرات میزبان آلاینده‌های مختلف از جمله فلزات سنگین بوده که از منابع مختلف انسان‌زاد و طبیعی تولید می‌شوند. منابع و مقادیر این فلزات در فصل‌ها و شهرهای مختلف می‌تواند بسیار متفاوت باشد. اهداف این تحقیق شامل بررسی تغییرات فصلی غلظت و شدت آلودگی برخی از عناصر سنگین در نمونه‌های گرد و غبار خیابانی و خاک‌های اطراف شهرها در تعدادی از شهرهای استان اصفهان و همچنین مقایسه آن‌ها با تعدادی از شهرهای سایر نقاط ایران و جهان بوده است.
مواد و روش‌ها: نمونه‌های گرد و غبار خیابانی در نیمه اول از ماه دوم هر یک از چهار فصل در سال 1398 به تعداد 80 نمونه برای اصفهان و 40 نمونه برای هر یک از شهرهای فلاورجان، نجف‌آباد، شهرضا، خمینی‌شهر و نطنز بوسیله ابزارهای مناسب از سطوح معابر شهری به میزان متوسط 300 گرم برداشت و در ظروف پلاستیکی نگهداری شد. سپس از کلیه نمونه‌ها با روش هضم با اسید نیتریک 6 نرمال عصاره‌گیری شده و مقادیر غلظت کل عناصر سنگین مس، روی، سرب و کبالت در عصاره‌ها بوسیله دستگاه جذب اتمی اندازه‌گیری شد. در نهایت شاخص‌های زمین‌انباشتگی و آلودگی نمرو در نمونه‌ها محاسبه و تغییرات فصلی و مکانی غلظت و شدت آلودگی فلزات سنگین بررسی شد.
یافته‌ها: تغییرات مکانی و فصلی غلظت و شدت آلودگی عنصر مس و سرب نشان داد که بیشترین آلودگی این عنصر در شهر اصفهان و همچنین در فصل بهار اتفاق افتاده است. همین بررسی برای عنصر روی حاکی از آن بود که بیشترین آلودگی گرد و غبار خیابانی مربوط به شهر فلاورجان در فصل بهار بوده است. برای عنصر کبالت بیشترین آلودگی برای شهر شهرضا و در فصل زمستان بدست آمد. در تمامی عناصر کمترین مقدار غلظت و شدت آلودگی برای شهر نطنز در فصل تابستان بدست آمده و عنصر سرب در فصل پاییز کمترین غلظت را نشان داد. به غیر از عنصر کبالت، کمترین مقدار غلظت و شدت آلودگی عناصر سنگین این مطالعه در خاک‌های اطراف شهرها اندازه‌گیری شد. مقایسه نتایج بدست آمده با داده‌های گزارش شده برای سایر شهرهای جهان نمایانگر آلودگی بیشتر گرد و غبار خیابانی کلان‌شهر اصفهان نسبت به سایر شهرهای بزرگ دنیا می‌باشد. غلظت عناصر مورد مطالعه در گرد و غبار خیابانی شهر اصفهان برای عنصر مس تقریباً مشابه اهواز و هوانیان (چین) و برای عنصر روی کمتر از آویلیس (اسپانیا) و ژوژو (چین) بوده، برای عنصر سرب کمتر از ژوژو و هولودائو (چین) بوده و برای عنصر کبالت بالاتر از همه شهرهای مورد مطالعه به غیر از بزرگراه رباط-ساله (شمال غربی مراکش) و هوانیان ارزیابی شد.
نتیجه‌گیری: از نتایج حاصله و بررسی‌های انجام شده در این مطالعه و مقایسه با سایر مطالعات می‌توان بیان داشت که میانگین غلظت عناصر مس، روی و سرب در گرد و غبار خیابانی بیشترین مقدار را در همه شهرها در مقایسه با نطنز نشان می‌دهد. این امر وجود ترافیک بالاتر، جمعیت بیشتر و به طبع تراکم ماشین‌آلات، وجود ساخت و سازهای بیشتر و عظیم‌تر در شهرهای بزرگ، رفت و آمدهای ترانزیتی وسایل نقلیه، وجود طوفان‌های گرد و غباری اتمسفری شدیدتر در مناطق مرکزی استان اصفهان، خشکسالی و نبود باران کافی نسبت داده می‌شود. کم بودن مقادیر برخی عناصر سنگین در گرد و غبار خیابانی شهر نطنز احتمالاً بدلیل تراکم جمعیت کمتر، جنس مواد مادری متفاوت نسبت به سایر شهرهای مورد مطالعه و فعالیت‌های صنعتی کمترمی‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Seasonal changes in the concentration and pollution level of selected heavy metals in the street dust of Isfahan and its surrounding cities

نویسندگان [English]

  • Behrooz Akbary 1
  • Hossein Khademi 2
1 Department of Soil Sci., College of Agric., Isfahan University of Technology
2 Department of Soil Sci. College of Agriculture Isfahan University of Technology
چکیده [English]

Background and objectives: Airborne particles, commonly known as aerosols, can carry polluting and harmful particles and elements. Street dust refers to particles smaller than 70 micrometers that enter urban environments due to the resuspension of particles from human activities or dust storms. These particles host various pollutants, including heavy metals, which are produced from various anthropogenic and natural sources. The sources and amounts of these metals can be seasonally and spatially highly variable. The objectives of this research were to investigate seasonal changes in the concentration and pollution level of selected heavy metals in street dust and soil samples around a few cities in Isfahan province, and also to compare them with selected cities in the world.
Materials and Methods: Street dust samples were taken in the first half of the second month of each of the four seasons in 2018 including 80 samples from Isfahan, and 40 samples for each of the cities of Flavarjan, Najafabad, Shahreza, Khomeinishahr and Natanz Each dust sample (about 300 g) was collected from the surface of pedestrian walkways and stored in plastic containers. All the samples were then extracted by digestion with 6N nitric acid, and the concentration of selected heavy elements including copper, zinc, lead, and cobalt was measured in the extracts by an atomic absorption spectrometer. Finally, the contamination indices including geoaccumulation index and Nemerrow pollution index were calculated in the samples and the seasonal and spatial changes in the concentration and rate of heavy metal pollution were investigated.
Results: Spatial and seasonal changes in the concentration and contamination level of copper and lead showed that the highest pollution rate of these elements happened in Isfahan in spring. They also indicated that the highest degree of street dust pollution with zinc was found for the city of Flavarjan in the spring season. As far as cobalt, the highest pollution level was found in Shahreza city in the winter season. For all the elements, the lowest concentration and level of pollution were obtained for Natanz city in the summer season, and lead showed the lowest concentration in fall. Besides, except for cobalt, soil samples taken from non-urban areas showed the least concentration and pollution level. The comparison of the obtained results with the data reported for other cities of the world showed a higher level of pollution of the street dust in the urban area of Isfahan compared to other big cities of the world. The concentration of copper in the street dust of Isfahan is almost similar to that in Ahvaz and Huainan (China), and that of zinc is lower than Avilés (Spain) and Zhuzhou (China). Furthermore, the concentration of lead is lower than that in Zhuzhou and Huludao (China). Also, cobalt concentration in the street dust of selected cities was higher than that in all the studied cities except for Rabat-Saleh highway (northwestern Morocco) and Huainan (China).
Conclusion: The results of this investigation and their comparison with those of other studies indicated that the mean concentration of copper, zinc, and lead elements in street dust was highest in all the cities, except for Natanz. This is mainly due of higher traffic, more population and the density of machinery, the presence of more and larger constructions in big cities, the transit of vehicles, and the presence of more intense atmospheric dust storms in the central areas of Isfahan province, drought and lack of sufficient rain. Lower concentration of selected heavy elements in the street dust of Natanz city is probably due to the lower population density, different types of parent materials as compared to other cities, and its low industrial activities.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heavy Metals
  • Urban Environment
  • Anthropogenic Pollution
  • Particulate Matter
  • Traffic