بررسی زمین­شیمی فلزات سنگین و ترکیبات آروماتیک چندحلقه­ای(PAHs) در غبار خیابان کلان­شهر اصفهان(شعاع 50 کیلومتری)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                     صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1-مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………. 2

1-2-زمین­شیمی­زیست محیطی……………………………………………………………………………………………. 3

     1-3-زمین­شیمی شهری……………………………………………………………………………………………………….. 4

     1-4-منابع ورود طبیعی عناصر به محیط……………………………………………………………………………. 6

     1-5-منابع انسانزاد آلودگی…………………………………………………………………………………………………… 6

     1-5-1-سوخت فسیلی…………………………………………………………………………………………………………. 7

     1-5-2-سایر فعالیت­های صنعتی…………………………………………………………………………………………. 8

     1-5-2-1-متالورژی………………………………………………………………………………………………………………. 8

    1-5-2-2-تولید لوله­های سفلی و آجر…………………………………………………………………………………. 8

    1-5-2-3-تولید سیمان…………………………………………………………………………………………………………. 9

1-5-2-4- آلودگی ناشی از حمل ونقل……………………………………………………………………………….. 9

1-6- نهشت جوی آلاینده­ها…………………………………………………………………………………………………. 10

1-7- آلودگی محیط شهری…………………………………………………………………………………………………. 11

    1-8-غبار خیابان……………………………………………………………………………………………………………………. 12

    1-8-1-اثرات غبار بر سامانه­های محیطی و سلامت انسان……………………………………………….. 13

    1-8-2-فلزات سنگین در غبار خیابان در محدوده شهر……………………………………………………. 15

    1-8-2-1-روی………………………………………………………………………………………………………………………. 16

    1-8-2-2-سرب…………………………………………………………………………………………………………………….. 17

    1-8-2-3-مس………………………………………………………………………………………………………………………. 19

    1-8-2-4-آهن………………………………………………………………………………………………………………………. 21

    1-8-2-5-کادمیم…………………………………………………………………………………………………………………. 21

   1-8-2-6-کروم………………………………………………………………………………………………………………………. 23

    1-8-2-7-مولیبدن……………………………………………………………………………………………………………….. 25

    1-8-2-8-نیکل……………………………………………………………………………………………………………………… 26

    1-8-2-9-منگنز……………………………………………………………………………………………………………………. 27

    1-8-2-10-آرسنیک……………………………………………………………………………………………………………. 28

   1-8-2-11-آلومینیم……………………………………………………………………………………………………………… 30

   1-8-2-12-کبالت………………………………………………………………………………………………………………….. 31

    1-8-2-13-قلع…………………………………………………………………………………………………………………….. 33

  1-8-2-14-آنتیموان……………………………………………………………………………………………………………….. 35

  1-9-ترکیبات آروماتیک…………………………………………………………………………………………………………… 36

  1-10-هیدروکربن­های آروماتیک چند­حلقه­ای………………………………………………………………………. 37

  1-10-1-ویژگی­های شیمیایی هیدروکربن­های آروماتیک چند حلقه­ای……………………………… 38

  1-10-2-منشا هیدروکربن­های آروماتیک چندحلقه­ای………………………………………………………… 41

  1-10-3-ترکیبات PAH در محیط زیست……………………………………………………………………………. 49

  1-10-4-راه­های ورود ترکیبات PAHبه بدن………………………………………………………………………… 51

  1-10-5-تجزیه و فروکاهی ترکیباتPAH در غبار خیابان………………………………………………….. 52

  1-11-ضرورت انجام پژوهش…………………………………………………………………………………………………… 53

  1-12-مطالعات پیشین …………………………………………………………………………………………………………… 54

فصل دوم: منطقه مورد مطالعه

2 -1-جغرافیای منطقه مورد مطالعه…………………………………………………………………………………………. 57

2-2- هواشناسی منطقه……………………………………………………………………………………………………………… 59

2-3- صنعت………………………………………………………………………………………………………………………………… 60

2-4-منابع آلاینده شهری…………………………………………………………………………………………………………… 61

2-5-زمین شناسی منطقه………………………………………………………………………………………………………….. 62

2-5-1- زون ایران مرکزی………………………………………………………………………………………………………….. 62

2-5-2-زون سنندج – سیرجان………………………………………………………………………………………………… 64

2-5-3- زون زاگرس مرتفع یا زاگرس رورانده………………………………………………………………………….. 65

فصل سوم: بررسی زمین شیمی فلزات سنگین در غبار خیابان

3-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………. 73

3-2-اهمیت نمونه­برداری……………………………………………………………………………………………………………. 74

3-3-نمونه­برداری…………………………………………………………………………………………………………………………. 75

3-4- تفسیر نتایج فلزات سنگین در نمونه­های غبار خیابان……………………………………………………. 77

3-4-1-تحلیل آماری داده­های نمونه­های غبار خیابان……………………………………………………………… 78

3-4-2- آمار توصیفی فلزات سنگین………………………………………………………………………………………… 79

3-4-3-ضریب غنی شدگی……………………………………………………………………………………………………….. 84

3-4-4- شاخص زمین انباشت………………………………………………………………………………………………….. 87

3-4-5-شاخص خطر بالقوه بوم­شناختی فلات سمناک…………………………………………………………… 89

3-4-6-ضریب و درجه آلودگی………………………………………………………………………………………………….. 96

3-4-7- شاخص آلودگی و شاخص تجمعی آلودگی………………………………………………………………. 100

3-4-8-نسبت و شاخص خطر………………………………………………………………………………………………….. 105

3-4-9- جذب روازنه شیمیایی………………………………………………………………………………………………… 112

3-5-تشخیص منبع احتمالی فلزات…………………………………………………………………………………………. 113

3-6-آزمون تحلیل آماری…………………………………………………………………………………………………………… 116

فصل چهارم: بررسی زمین­شیمی ترکیبات آروماتیک چند حلقه­ای در غبار خیابان

4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………….. 119

4-2- نمونه­برداری………………………………………………………………………………………………………………………. 119

4-3-تفسیر نتایج ترکیبات آروماتیک چند حلقه­ای در نمونه­های غبار خیابان…………………….. 124

4-3-1- روش­های آماری…………………………………………………………………………………………………………… 124

4-3-2- ضریب همبستگی………………………………………………………………………………………………………… 127

4-3-3- غلظت ترکیباتPAH در ایستگاه­های مختلف………………………………………………………….. 129

4-4-نفتالن…………………………………………………………………………………………………………………………………. 140

4-5-اسنفتیلن……………………………………………………………………………………………………………………………. 141

4-6- اسنفتن……………………………………………………………………………………………………………………………… 142

4-7- فلورن………………………………………………………………………………………………………………………………… 143

4-8- فنانترن……………………………………………………………………………………………………………………………… 143

4-9- آنتراسن…………………………………………………………………………………………………………………………….. 144

4-10- فلورانتن………………………………………………………………………………………………………………………….. 145

4-11-پایرن………………………………………………………………………………………………………………………………… 146

4-12- بنزو(a) آنتراسن…………………………………………………………………………………………………………….. 147

4-13-کرایزن……………………………………………………………………………………………………………………………… 148

4-14- بنزو(b+k)فلورانتن…………………………………………………………………………………………………………. 149

4-15- بنزو(a)پایرن…………………………………………………………………………………………………………………… 150

4-16-مجموع هیدروکربن­های آروماتیک چند حلقه­ای………………………………………………………….. 151

4-17-PAHهای سرطان­زا و غیر سرطان­زا……………………………………………………………………………… 152

4-18-تعداد حلقه­های ترکیباتPAH………………………………………………………………………………………. 156

4-19- ضریب هم­ارز سمناکی………………………………………………………………………………………………….. 161

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

 5-1-نتیجه­گیری………………………………………………………………………………………………………………………. 165

 5-2-پیشنهاد برای مطالعات آینده………………………………………………………………………………………….. 167

–        فهرست منابع و مأخذ

منابع فارسی………………………………………………………………………………………………………………………….. 168

منابع انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………………….. 168

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول ها

عنوان و شماره                                                                                                        صفحه

جدول 1-1- خصوصیات شیمیایی PAHs……………………………………………………………………………….. 39

جدول 1-2- توزیع PAHs در محیط زیست بر حسب درصد………………………………………………… 44

جدول2-1-  نام و ویژگی­ ایستگاه­های هواشناسی موجود در منطقه مورد مطالعه……………….. 59

جدول3-1- نام و مختصات محل نمونه­برداری غبار خیابان…………………………………………………….. 77

جدول3-2- نتایج آمار توصیفی غلظت عناصر در نمونه­های غبار خیابان………………………………. 80

جدول3-3- تقسیم­بندی غبار بر اساس ضریب غنی­شدگی…………………………………………………….. 85

جدول 3-4- ضریب غنی­شدگی نمونه­های غبار خیابان کلان­شهر اصفهان…………………………….. 86

جدول3-5- شاخص زمین انباشت و ارتباط آن با کیفیت غبار………………………………………………. 87

جدول 3-6-تعیین ضریب زمین­انباشت و کیفیت غبار خیابان……………………………………………….. 88

جدول 3-7- شاخص زمین­انباشت در نمونه­های غبار ذوب­آهن و معدن باما…………………………. 89

جدول 3-8- رده­بندی عناصر در نمونه­ها با توجه به شاخص خطر بالقوه بوم­شناختی…………. 90

جدول 3-9- ضریب و شاخص خطر بالقوه بوم­شناختی فلزات سنگین مهم در غبار خیابان.. 92

جدول 3-10- رده­بندی نمونه­های غبار خیابان با توجه به ضریب آلودگی و درجه آلودگی…. 96

جدول 3-11- ضریب و درجه آلودگی فلزات سنگین در نمونه­های غبار خیابان………………….. 98

جدول 3-12- مقادیر آستانه برای فلزات بالقوه سمی بر اساس استاندارد کیفیت زیست محیطی برای خاک    101

جدول 3-13- رده­بندی نمونه­های غبار خیابان بر اساس شاخص آلودگی……………………………. 102

جدول3-14- رده­بندی نمونه­های غبار خیابان بر اساس شاخص تجمعی آلودگی……………….. 102

جدول3-15- شاخص و شاخص تجمعی آلودگی فلزات سنگین در نمونه­های غبار خیابان… 104

جدول 3-16- ضریب خطر و خطر سرطان­زایی برای فلزات سنگین در غبار خیابان………….. 108

جدول3-17- جذب روزانه شیمیایی فلزات بالقوه سمناک در نمونه­های غبار خیابان………….. 113

جدول 3-18- نتایج ضریب همبستگی بین عناصر در نمونه­های غبار خیابان……………………… 115

جدول 4-1-نام و مختصات محل نمونه­برداری غبار خیابان……………………………………………………. 123

جدول 4-2- آمار توصیفی ترکیبات مختلف PAH در نمونه­های غبار خیابان……………………… 124

جدول 4-3- ماتریس همبستگی بین ترکیبات PAH در نمونه­های غبار……………………………… 128

جدول4-4- تقسیم­بندی PAHs بر اساس رده بندی آژانس بین­المللی تحقیقات سرطان….. 153

جدول 4-5- مجموعPAHsسرطان­زا و غیر سرطان­زا در نمونه­های غبار خیابان………………….. 156

جدول4-6- تعداد حلقه­های آروماتیکی ترکیبات مختلف PAH……………………………………………. 157

جدول 4-7- درصد ترکیبات PAH دو، سه، چهار، پنج و شش حلقه­ای در نمونه­های غبار. 160.

جدول 4-8- ضریب هم­ارز سمناکی ترکیبات PAH………………………………………………………………. 161

جدول4-9- ضریب سمناکی و ضریب هم­ارز سمناکی در نمونه­های غبار خیابان………………… 162

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                     صفحه

شکل 1-1- اجزای اصلی یک محیط شهری………………………………………………………………………………. 5

شکل 1-2- تفاوت میان غبارهای شهری و بین شهری……………………………………………………………. 14

شکل 1-3- ساختار شیمیایی بنزن……………………………………………………………………………………………. 37

شکل 1-4- ساختار رایج PAHs در محیط………………………………………………………………………………. 40

شکل 1-5- تفاوت غلظت PAH ها در فصول تابستان و زمستان…………………………………………… 49

شکل2-1- نقشه محدوده شهرستان­های واقع در شعاع 50 کیلومتری شهر اصفهان……………. 58

شکل 2- 2- روند تغییرات دما در منطقه مورد مطالعه در سال 1388………………………………….. 60

شکل 2-3 میانگین بارش ماهانه در منطقه مورد مطالعه در سال 1388……………………………….. 60

شکل 2-4- نقشه زمین شناسی تا شعاع 50 کیلومتری اصفهان……………………………………………. 71

شکل 3-1- نقشه ایستگاه­های نمونه­برداری از غبار خیابان در محدوده مطالعاتی………………….. 76

شکل 3-2- نمونه­برداری از غبار خیابان(فلزات سنگین)………………………………………………………….. 76

شکل 3-3- نمونه­برداری از غبار خیابان(فلزات سنگین)………………………………………………………….. 76

شکل 3-4- کدگذاری نمونه­های جمع­آوری شده……………………………………………………………………… 76

شکل 3-5- نمودارهای هیستوگرام عناصر در نمونه­های غبار خیابان……………………………………… 82

شکل 3-6- نمودار جعبه­ای ضریب زمین­انباشت عناصر در نمونه­های غبار خیابان………………. 88

شکل 3-7- ضریب خطر بالقوه بوم­شناختی برای عنصر مس…………………………………………………. 93

شکل 3-8- ضریب خطر بالقوه بوم­شناختی برای عنصر سرب……………………………………………….. 93

شکل 3-9- ضریب خطر بالقوه بوم­شناختی برای عنصر روی…………………………………………………. 93

شکل 3-10- ضریب خطر بالقوه بوم­شناختی برای عنصر نیکل……………………………………………… 94

شکل 3-11- ضریب خطر بالقوه بوم­شناختی برای عنصر کروم……………………………………………… 94

شکل 3-12- ضریب خطر بالقوه بوم­شناختی برای عنصر کادمیم………………………………………….. 94

شکل 3-13- ضریب خطر بالقوه بوم­شناختی برای عنصر آرسنیک……………………………………….. 95

شکل 3-14- شاخص خطر بالقوه بوم­شناختی در نمونه­های غبار خیابان………………………………. 95

شکل 3-15- مدل نقطه­ای شاخص خطر بالقوه بوم­شناختی در نمونه­های غبار خیابان……….. 95

شکل3-16- مدل نقطه­ای شاخص خطر بالقوه بوم­شناختی در نمونه­های غبار خیابان…………. 99

شکل 3-17- نمودار جعبه­ای ضریب آلودگی عناصر در نمونه­های غبار خیابان…………………… 100

شکل 3-18- مدل نقطه­ای وضعیت آلودگی نمونه­های غبار خیابان……………………………………… 103

شکل 3-19- نمودار جعبه­ای شاخص آلودگی عناصر در نمونه­های غبار خیابان…………………. 105

شکل 3-20- مدل نقطه­ای شاخص تجمعی آلودگی در نمونه­های غبار خیابان…………………… 109

شکل 3-21- خطر سرطان­زایی عناصر در غبار خیابان………………………………………………………….. 109

شکل 3-22- شاخص خطر عناصر در غبار خیابان…………………………………………………………………. 111

شکل 3-23- مقایسه شاخص خطر و خطر سرطان­زایی در اصفهان با چین و آنگولا………….. 112

شکل 4-1- نقشه پهنه­بندی خطر بالقوه بوم­شناختی فلزات سنگین شهرستان اصفهان…….. 121

شکل 4-2- نقشه ایستگاه­های نمونه­برداری از غبار خیابان در محدوده مطالعاتی………………… 121

شکل 4-3- نمونه­برداری از غبار خیابان…………………………………………………………………………………… 121

شکل 4-4- نمونه­برداری از غبار خیابان( ترکیبات آروماتیک چند حلقه­ای)………………………… 122

شکل 4-5- آماده­سازی ظروف قبل از انجام نمونه­برداری………………………………………………………. 122

شکل4-6- شستشوی ظروف با محلولn-Hexan و سپس با محلول استون…………………………. 122

شکل 4-7- نمودارهای هیستوگرام ترکیبات PAH………………………………………………………………… 125

شکل 4-8- نمودار Scree برای داده­های مورد بررسی در تحلیل عاملی……………………………….. 130

شکل 4-9- نمایش سه بعدی تحلیل عاملی نمونه­های غبار خیابان………………………………………. 140

شکل 4-10- غلظت ترکیبات PAHs در ایستگاه­های مختلف………………………………………………. 141

شکل 4-11- غلظت نفتالن در ایستگاه­های مختلف……………………………………………………………….. 142

شکل 4-12- غلظت اسنفتیلن در ایستگاه­های مختلف………………………………………………………….. 143

شکل 4-13- غلظت اسنفتن در ایستگاه­های مختلف…………………………………………………………….. 144

شکل 4-14- غلظت فلورن در ایستگاه­های مختلف………………………………………………………………… 145

شکل 4-15- غلظت فنانترن در ایستگاه­های مختلف……………………………………………………………… 146

شکل 4-16- غلظت آنتراسن در ایستگاه­های مختلف…………………………………………………………….. 147

شکل 4-17- غلظت فلورانتن در ایستگاه­های مختلف……………………………………………………………. 148

شکل 4-18- غلظت پایرن در ایستگاه­های مختلف…………………………………………………………………. 149

شکل 4-19- غلظت بنزو(a) آنتراسن در ایستگاه­های مختلف……………………………………………….. 150

شکل 4-20- غلظت کرایزن در ایستگاه­های مختلف………………………………………………………………. 151

شکل 4-21- غلظت بنزو(b+k)فلورانتن در ایستگاه­های مختلف…………………………………………… 152

شکل 4-22- غلظت بنزو(a) پایرن در ایستگاه­های مختلف……………………………………………………. 155

شکل4-23- غلظت کل ترکیبات PAH در تمام ایستگاه­ها……………………………………………………. 159