ارزیابی خطر سلامتی و شناسایی سهم منابع آلاینده برخی فلزات سنگین در گرد و غبار خیابانی شهرستان بروجرد با استفاده از مدل ماتریس تجزیه مثبت (PMF)

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه محیط زیست، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

2 دانشیار، گروه کشاورزی و منابع طبیعی، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

3 استادیار، گروه کشاورزی و منابع طبیعی، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

4 دانشیار، گروه محیط زیست، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

5 دانشیار، گروه کشاورزی و منابع طبیعی واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

10.22069/ejsms.2026.23300.2178

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: از جمله اجزای پیچیده گرد و غبار خیابانی، فلزات سنگین می‌باشند که به دلیل سمیت بالا، پنهان شدن، پایداری و تجمع بیولوژیکی تبدیل به یک مشکل شهری و زیست محیطی شده است و توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. وجود فلزات سنگین در گرد و غبار خیابانی باعث می‌شود که آن‌ها در بدن انسان انباشته و در نتیجه تبدیل به خطرات بهداشتی و به خطر افتادن سلامتی شوند. مطالعه با هدف ارزیابی خطر سلامتی و شناسایی سهم منابع آلاینده برخی فلزات سنگین در گرد و غبار خیابانی شهرستان بروجرد با استفاده از مدل ماتریس تجزیه مثبت (PMF)انجام شد.
مواد و روش‌ها: 41 نمونه گرد و غبار خیابانی جمع‌آوری شد. نمونه‌ها به صورت ترکیبی (مخلوط 3 نمونه با هم در فاصله m5 تا 10) و با وزن تقریبی g 100 بدست آمدند و نمونه‌ها برای انجام آنالیز فلزات سنگین به آزمایشگاه منتقل گردیدند و در نهایت غلظت کل (شبه‌کل) فلزات As، Cd، Pb، Zn، Cu و Ni ابتدا از روش هضم اسیدی با استفاده از اسید نیتریک 4 نرمال عصاره‌گیری شد. از مدل ماتریس تجزیه مثبت (PMF) برای شناسایی و سهم آلاینده ها استفاده شد.
یافته‌ها: میانگین غلظت سرب، کادمیم، مس، نیکل، روی و آرسنیک به ترتیب 61/66، 97/0، 19، 76/49، 43/264 و 04/40 میلیگرم بر کیلوگرم بود. بنابر این روند غلظت فلزات سنگین بر اساس میانگین به این صورت است: Zn > Pb > Ni > As > Cu > Cd.. با توجه به نتایج PMF سهم هر فاکتور از کل سهم منابع به دست آمد. که منبع طبیعی (F1)، منبع پوشش لاستیک وسایل نقلیه (F2)، منبع گازهای صنعتی (F3) و منبع حمل و نقل (F4) به ترتیب 1/27 % ، 3/17 %، 6/29 % و 26 % از کل سهم را تشکیل می‌دهند. طبق نتایج ارزیابی خطر، مقدار HI فلزات سرب و آرسنیک برای کودکان بیشتر از حد آستانه (1= HI) به دست آمد که نشان‌دهنده این است که این فلزات ممکن است خطرات بیماری‌های غیر سرطانی بالایی برای کودکان داشته باشند، اما برای برای بزرگسالان مقدار HI برای همه فلزات کمتر از 1 محاسبه شد. خطر بیماری‌های سرطانی از طریق مسیر استنشاق برای کودکان و بزرگسالان نیز تقریباً ناچیز است.
نتیجه‌گیری: غلظت فلزات سنگین در گرد و غبار خیابانی منطقه مورد مطالعه بیشتر تحت تأثیر گازهای صنعتی بودند. با توجه به عبور و مرور وسایل نقلیه در شهرستان بروجرد، منبع حمل و نقل (F4) نیز 26% از کل سهم آلودگی در منطقه را تشکیل می‌دهند که عمدتاً شامل فلزات سرب و روی است. با توجه به سهم بالای این فلزات می‌توان احتمال داد غلظت بالای این فلزات می تواند بیشتر ناشی از ترافیک شهری باشد. به طور کلی نتایج این تحقیق اطلاعات مفیدی را برای مقامات محلی ارایه می‌دهد تا برای کنترل و کاهش انتشار آلودگی در شهرستان بروجرد، سیاست های پایدار را انتخاب و توسعه دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Health risk assessment and identification of the contribution of pollutant sources of some heavy metals in street dust in Boroujerd city using the Positive matrix factorization (PMF)

نویسندگان [English]

  • Parvin Goudarzi yaghoubi 1
  • Javad Varvani 2
  • Bahman Shams 3
  • Hamid Torangzar 4
  • Abbas Ahmadi 5
1 Phd student, Department of Environment ,Arak Branch,Islamic Azad University,Arak,Iran
2 Associate Professor, Department of Agriculture and Natural Resources, Arak Branch, Islamic Azad University,, Arak , Iran
3 Assistant Professor, Department of Agriculture and Natural Resources, Arak Branch, Islamic Azad University,, Arak , Iran
4 Associate Professor, Department of Environment ,Arak Branch,Islamic Azad University,Arak,Iran
5 Associate Professor, Department of Agriculture and Natural Resources, Arak Branch, Islamic Azad University,, Arak , Iran
چکیده [English]

Abstract
Background and Objective: Among the complex components of street dust are heavy metals, which have become an urban and environmental problem due to their high toxicity, concealment, persistence, and bioaccumulation, and have attracted much attention. The presence of heavy metals in street dust causes them to accumulate in the human body and thus become health hazards. The study aimed to assess the health risk and identify the contribution of pollutant sources of some heavy metals in street dust in Borujerd city using the using the Positive matrix factorization (PMF).

Materials and Methods: 41 street dust samples were collected. The samples were obtained as a composite (mixture of 3 samples together at a distance of 5 to 10 m) and with an approximate weight of 100 g and the samples were transferred to the laboratory for heavy metal analysis and finally the total (semi-total) concentration of As, Cd, Pb, Zn, Cu and Ni metals was first extracted by acid digestion method using 4 N nitric acid. The Positive matrix factorization (PMF) was used to identify and contribute the pollutants.

Results: The average concentrations of lead, cadmium, copper, nickel, zinc and arsenic were 66.61, 0.97, 19, 49.76, 264.43 and 40.04 mg/kg respectively. Therefore, the trend of heavy metal concentrations based on the average is as follows: Zn > Pb > Ni > As > Cu > Cd. According to the PMF results, the share of each factor in the total share of sources was obtained. Of which natural source (F1), vehicle tire coating source (F2), industrial gas source (F3) and transportation source (F4) constitute 27.1%, 17.3%, 29.6% and 26% of the total share, respectively. The trend of changes in total CDI is as follows: Zn > Pb > Ni > As > Cu > Cd. The highest and lowest CDI values ​​in both age groups for all heavy metals were in the order of ingestion > dermal absorption > respiration. Also, the total CDI values ​​were higher for children than adults. According to the risk assessment results, the HI value of lead and arsenic metals for children was higher than the threshold (HI=1), indicating that these metals may have high risks of non-cancerous diseases for children, but for adults, the HI value for all metals was calculated to be less than 1. The risk of cancer through inhalation for children and adults is also almost negligible.
Conclusion: The concentrations of heavy metals in street dust in the study area were mostly influenced by industrial gases. Overall, the results of this study provide useful information for local authorities to select and develop sustainable policies to control and reduce pollution emissions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Street dust
  • Positive matrix factorization (PMF)
  • health risk
  • Boroujerd

مراجع

  1. Chen, H., Zhan, C., Liu, S., Zhang, J., Liu, H., Liu, Z., Liu, T., Liu, X. & Xiao, W. (2022). Pollution characteristics and human health risk assessment of heavy metals in street dust from a typical industrial zone in Wuhan City, Central China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(17), p.10970. org/10.3390/ijerph191710970
  2. Gebremariam, D., Kuhilen, T., Seboka, H. & Grum, B. (2024). Effect of Sidewalk Design and Obstructions on Pedestrian Mobility: A Case Study of the Main Streets of Mekelle City, Northern Ethiopia. Advances in Civil Engineering, 2024(1), p.5672280. org/10.1155/2024/5672280
  3. Alharbi, H.A., Rushdi, A.I., Bazeyad, A. & Al-Mutlaq, K.F. (2024). Aliphatic and cyclic hydrocarbons in urban street dust from Riyadh city, Saudi Arabia: Levels, distribution, and Atmospheric Pollution Research, 15(11), p.102261. doi.org/10.1016/j.apr.2024.102261.
  4. He, Y., Zhang, Y., Peng, C., Wan, X., Guo, Z. & Xiao, X., (2021). Distribution characteristics and risk assessment of heavy metals in soil and street dust with different land uses, a case in Changsha, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(20), p.10733. org/10.3390/ijerph182010733.
  5. Delgado-Iniesta, M.J., Marín-Sanleandro, P., Díaz-Pereira, E., Bautista, F., Romero-Muñoz, M. & Sánchez-Navarro, A., (2022). Estimation of ecological and human health risks posed by heavy metals in street dust of Madrid City (Spain). International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(9), p.5263. org/10.3390/ijerph19095263.
  6. Mahmoud, N., Al-Shahwani, D., Al-Thani, H. & Isaifan, R.J. (2023). Risk assessment of the impact of heavy metals in urban traffic dust on human health. Atmosphere, 14(6), p.1049. org/10.3390/atmos14061049.
  7. Ma, Y., Zhang, Y. & Song, L. (2025). Ecological and health risk assessment and anthropogenic sources analysis of heavy metals in different types of urban road dust. Process Safety and Environmental Protection, p.106813. org/10.1016/j.psep.2025.106813.
  8. Asgari, A., Sobhanardakani, S., Cheraghi, M., Lorestani, B. & Sadr, M.K. (2025). Source apportionment, ecological and health risks of potentially toxic elements in street dusts across different land uses in city of Kermanshah, Iran. Scientific Reports, 15(1), p.2517. org/10.1038/s41598-025-86677-6.
  9. Ghanavati, N. (2018) Human health risk assessment of heavy metals in street dust in Abadan. Iranian Journal of Health and Environment. 2018;11(1):63-74. doi/full/10.5555/20193272040.
  10. Sposito, G., Lund, L.J., & chang, A.C. (1982). Trace metal chemistry in arid-zone field
    soils amended with sewage sludge: I. Fractionation of Ni, Cu, Zn, Cd, and Pb in solid phases.
    Soil Science Society of America Journal. 46: 260-265. org/10.2136/sssaj1982.03615995004600020009x.
  11. (1989). Risk Assessment Guidance for Superfund. Human Health Evaluation Manual, (Part A) Vol. 1. Office of Emergency and Remedial Response, Washington, DC, USA [EPA/540/1–89/002].
  12. (2011). Exposure Factors Handbook 2011 Edition (Final Report). U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC, USA, EPA/600/R-09/052F.
  13. Eziz, M., Mohammad, A., Mamut, A. & Hini, G. (2018). A human health risk assessment of heavy metals in agricultural soils of Yanqi Basin, Silk Road Economic Belt, China. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal. 24 (5): 1352-1366. org/10.1080/10807039.2017.1412818.
  14. Tian, S., Liang, T., Li, K. & Wang, L. (2018). Source and path identification of metals
    pollution in a mining area by PMF and rare earth element patterns in road dust. Science of
    the Total Environment    . 633: 958-966. org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.227.

 

  1. Benhaddya, M.L. & Hadjel, M. (2014). Spatial distribution and contamination assessment of heavy metals in surface soils of Hassi Messaoud, Algeria. Environmental Earth Sciences. 71 (3): 1473-1486. org/10.1007/s12665-013-2552-3.
  2. Guan, Q., Wang, F., Xu, C., Pan, N., Lin, J., Zhao, R., Yang, Y. & Luo, H. (2018). Source apportionment of heavy metals in agricultural soil based on PMF: A case study in Hexi Corridor, northwest China. Chemosphere. 193: 189-197. org/10.1016/j.chemosphere.2017.10.151.
  3. Wang, F., Guan, Q., Tian, J., Lin, J., Yang, Y., Yang, L. & Pan, N. (2020). Contamination characteristics, source apportionment, and health risk assessment of heavy metals in agricultural soil in the Hexi Corridor. Catena. 191: 1-10. org/10.1016/j.catena.2020.104573.
  4. Suryawanshi, P.V., Rajaram, B.S., Bhanarkar, A.D. & Rao, C.C. (2016). Determining heavy metal contamination of road dust in Delhi, India. Atmósfera. 29 (3): 221-234.

   doi.org/10.20937/ATM.2016.29.03.04 

  1. Amato, F., Cassee, F.R., van der Gon, H.A.D., Gehrig, R., Gustafsson, M., Hafner, W., Harrison, R.M., Jozwicka, M., Kelly, F.J., Moreno, T. & Prevot, A.S. (2014). Urban air quality: the challenge of traffic non-exhaust emissions. Journal of Hazardous Materials. 275: 31-36. org/10.1016/j.jhazmat.2014.04.053.
  2. Souto-Oliveira, C.E., Babinski, M., Araújo, D.F., Weiss, D.J. & Ruiz, I.R. (2019). Multi-isotope approach of Pb, Cu and Zn in urban aerosols and anthropogenic sources improves tracing of the atmospheric pollutant sources in megacities. Atmospheric Environment. 198: 427-437. org/10.1016/j.atmosenv.2018.11.007.
  3. Dehghani, S., Moore, F., Keshavarzi, B. & Beverley, A.H. (2017). Health risk implications of potentially toxic metals in street dust and surface soil of Tehran, Iran. Ecotoxicology and environmental safety, 136, pp.92-103. org/10.1016/j.ecoenv.2016.10.037.
  4. Torghabeh, A.K., Jahandari, A. & Jamasb, R. (2019). Concentration, contamination level, source identification of selective trace elements in Shiraz atmospheric dust sediments (Fars Province, SW Iran). Environmental Science and Pollution Research. 26 (7): 6424-6435. org/10.1007/s11356-018-04100-2.
  5. Mihankhah, T., Saeedi, M. &Karbassi, A. (2020). A comparative study of elemental pollution and health risk assessment in urban dust of different land-uses in Tehran’s urban area. Chemosphere. 241: 1-12. org/10.1016/j.chemosphere.2019.124984.
  6. Keshavarzi, B., Tazarvi, Z., Rajabzadeh, M.A. & Najmeddin, A. (2015). Chemical speciation, human health risk assessment and pollution level of selected heavy metals in urban street dust of Shiraz, Iran. Atmospheric Environment, 119, pp.1-10. org/10.1016/j.atmosenv.2015.08.001.
  7. Moradi Baseri, M., Kamani, H., Ashrafi, S., Bazrafshan, E., & Kord Mostafapour, F. (2018) Non-carcinogenic risk assessment of Hg and Cu in streets dusts of Zahedan city. Iranian Journal of Health and Environment, 11 (3) :391-402 (In persian).
  8. Hou, S., Zheng, N., Tang, L., Ji, X., Li, Y. & Hua, X. (2019). Pollution characteristics, sources, and health risk assessment of human exposure to Cu, Zn, Cd and Pb pollution in urban street dust across China between 2009 and 2018. Environment international, 128, pp.430-437. org/10.1016/j.envint.2019.04.046
  9. Jiang, Y., Shi, L., Guang, A.L., Mu, Z., Zhan, H. & Wu, Y. (2018). Contamination levels and human health risk assessment of toxic heavy metals in street dust in an industrial city in Northwest China. Environmental Geochemistry and Health. 40 (5): 2007-2020. org/10.1007/s10653-017-0028-1.

Jahandari, A. (2020). Pollution status and human health risk assessments of selected heavy metals in urban dust of 16 cities in Iran. Environmental Science and Pollution Research. 27 (18): 23094-23107. doi.org/10.1007/s11356-020-08585-

مجله مدیریت خاک و تولید پایدار

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 26 بهمن 1404

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار