بررسی تأثیر عناصر سنگین بر کیفیت آب‌های استحصالی شهر خرم‌آباد با استفاده از استاندارهای (ملی، سازمان بهداشت جهانی و EPA)

کیفیت آب آشامیدنی یک نگرانی مشترک برای مردم در سراسر جهان است. انسان می‌تواند روزها یا حتی هفته‌ها بدون غذا زنده بماند، اما تنها حدود 4 روز بدون آب زنده بماند (میهائلا[1]، 2007). اکثر جمعیت روستایی در ایران وابسته به منابع آب‌های زیرزمینی برای مقاصد شرب می‌باشند (تقی­پور[2]، 2012). همگام با رشد صنعتی و اقتصادی و تولید انواع مختلف ترکیبات و مواد شیمیایی و غیره که بشر برای رفاه و آسایش خود با استفاده از منابع طبیعی به دست آورده و در این راستا به طور ناخواسته موادی چون انواع فلزات سنگین را طبیعت وارد می‌کند. آلودگی با فلزات سنگین باعث آسیب به سیستم عصبی و کلیه­ها و باعث اختلال در سوخت و ساز بدن می­شود (میهائلا، 2007). در بسیاری از نقاط جهان غلظت فلزات سنگین در آب آشامیدنی بالاتر از حد استاندارد و دستورالعمل­های بین­المللی می­باشد (فرنادز[3]، 2013). به همین دلیل بررسی و ارزیابی کیفیت آب­های زیرزمینی که به طور مستقیم و بدون تصفیه مورد مصرف شرب قرار می­گیرد و در معرض آلودگی به فلزات سنگین هستند بسیار ضروری به نظر می­رسد (یوسفی فلکدهی، 1389). ویژگی عناصر سنگین مورد بررسی در این تحقیق مورد نظر قرار گرفته است.

کادمیوم: کادمیوم باعث تهوع، استفراغ، اسهال و انقباض عضلات، اختلال حواس و تشنج و شوک است (ناهید و همکاران، 1387). کروم: آثار سوء کروم در انسان در کوتاه­مدت باعث التهاب و سوزش دهان و بینی و ریه­ها، التهاب پوست و ایجاد مشکلات در هضم غذا و آسیب دیدن کلیه­ها و کبد می­شود (رجایی و همکاران، 1391). سرب: آثار سرب بر روی بدن از تغییرات بیوشیمیایی که در مقادیر کم آلودگی تا تأثیر بر روی سیستم عصبی و حتی مرگ در غلظت­های بالا می­باشد (رجائی و همکاران، 1391). روی: روی باعث عوارضی چون دل­پیچه، اسهال و تهوع است. منجر به بیماری­های سیستم عصبی، آسیب لوزالمعده و کاهش کلسترول مناسب می­گردد (رجائی و همکاران، 1391). باریم: مقادیر بالای آن ممکن است باعث صدمه زدن به قلب و سیستم عصبی شود (کمره­ئی و همکاران، 1388).

پالوپی و همکاران (1995)[4]، در بررسی کیفیت آب رودخانه­های مجاور جاکاراتا اندونیزی با استفاده از شاخص کیفیت آب (WQI) بیان داشتند که در فصول بارانی سطح فلزات سنگین کمتر از استانداردهای اندونیزی است. در محدوده­ی فقیر و خیلی فقیر قرار دارد. میهائلا- کریستینا و همکاران[5] (2007) ، مطالعه­ای در مورد آلودگی آب با فلزات سنگین در رومانی انجام دادند. آنها به این نتیجه رسیدند که آلودگی با فلزات سنگین باعث آسیب به سیستم عصبی و کلیه­ها، اختلال در سوخت و ساز بدن می­شود. صانعی و همکاران[6] (2009)، به بررسی تعیین فلزات سنگین در رودخانه­ی زاینده­رود ایران پرداختند. نتایج این پژوهش نشان داد که رودخانه­ی زاینده­رود یکی از آلوده­ترین سایت در این منطقه است. در این مطالعه غلظت عناصر (کادمیوم، مس، منگنز، نیکل، سرب، روی) به صورت فصلی و طی ماه اکتبر 2004 تا سپتامبر 2005 اندازه­گیری شد. عامل این آلودگی به فعالیت­های صنعتی در منطقه یا رواناب­های شهری در این منطقه نسبت داده شد. تقی­پور و همکاران (2012)، به بررسی میزان خورندگی و پوسته پوسته شدن سیستم لوله­کشی توزیع آب داخلی تبریز، پرداختند. در این مطالعه نشان داده­اند که آب خورنده باعث نفوذ فلزات سنگین به شبکه­ی آب آشامیدنی شود و در نتیجه سلامت عمومی را به خطر می­اندازد. فرنادز و همکاران[7] (2013)، به بررسی آلودگی فلزات سنگین در آب آشامیدنی و تأثیراتی که بر روی سلامتی انسان می­گذارند، پرداختند.

مواد و روش

منطقه­ی مورد مطالعه

محدوده­ی مطالعاتی این تحقیق شهر خرم‌آباد واقع در غرب ایران و مرکز استان لرستان می‌باشد. این محدوده­ی مطالعاتی بین طول­های ΄55˚47 تا ΄50˚48 شرقی و عرض‌های ΄40 ˚32 تا ΄20 ˚34 شمالی واقع شده است. محدوده­ی مطالعاتی خرم‌آباد یکی از محدوده‌های مطالعاتی حوضه­ی آبریز کرخه بوده و با وسعت 4/2501 کیلومترمربع در شرق حوضه واقع شده‌ است (مشاوران سنگاب زاگرس، 1392).

شکل (1) موقعیت منطقه مورد مطالعه

سنجش و اندازه­گیری این آلاینده­ها (فلزات سنگین) توسط سازمان آب و فاضلاب شهری شهرستان خرم­آباد اندازه­گیری شده این اطلاعات براساس میکروگرم بر لیتر اندازه­گـیری شده است با توجه بـه اینـکه چاه‌های تأمین­کـننده­ی آب شرب در سال­های مختلف تأسیس شده­اند، بنابراین آمار ثبت شده آنها از نظر طول دوره­ی آماری یکنواخت نیست. در حالی که برای استفاده­ی آماری لازم است سری­های آماری دارای طول یکسانی باشند. بدین منظور تعداد چاه‌هایی که بین این سال‌ها مشترک بود استخراج گردید که تعداد 23 چاه انتخاب گردید که مشخصات چاه‌های منتخب در جدول (1) آورده شده است.

جدول (1) مشخصات چاه‌های منتخب

برای تعیین میزان حداقل و حداکثر غلظت عناصر در بین چاه‌ها و چشمه‌های تأمین­کننده­ی آب شرب شهرستان خرم­آباد از نمودارهای که به وسیله­ی نرم­افزار EXCEL تولید شده­اند، استفاده گردید. سپس در نرم­افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) از طریق روش های درون یابی جبری یا قطعی، روش­های درون­یابی زمین آماری، روش IDW، روش کریجینگ، روش اسپلاین (قهررودی تالی، 1384، بوث باب[8]، 2000 و وستون[9]، 1998). به تهیه و تولید نقشه­ی هر یک از پارامترها و عناصر شیمیایی موجود در هر یک از چاه‌ها و چشمه‌های تأمین­کننده­ی آب شرب پرداخته، سپس به مقایسه مقدار هر عنصر و پارامتر با مقادیر، بیان شده توسط سازمان ملی ایران، سازمان بهداشت جهانی (WHO)، سازمان محیط زیست آمریکا (EPA) پرداخته شد که میزان آلودگی هر منبع مشخص شود (جدول 2).

جدول (2) استانداردهای عناصر سنگین

بحث و نتایج

بیشترین میانگین غلظت فلز کروم در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چشمه­ی مطهری و چشمه­ی گلستان (سپاه) می­باشد. میزان عنصر کروم 006/0 میلی­گرم در لیتر بوده است و کمترین میزان غلظت آن مربوط به چاه اتکا، چاه پشت بازار و چاه جهاد کشاورزی که میزان آن 001/0 میلی گرم در لیتر بوده است. با توجه به شکل (3) بیشترین میانگین غلظت فلز روی در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چاه میدان تیر و چاه جهاد کشاورزی که مقدار فلز روی 1/0 میلی­گرم در لیتر بوده است. کمترین میزان غلظت این فلز مربوط به چاه شماره­ی (2) گلدشت و چاه ارم میزان آن 01/0 میلی­گرم در لیتر بوده است. بیشترین میانگین غلظت فلز باریم در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چاه شماره­ی (2) دره­گرم می­باشد که میزان آن 2/0 میلی­گرم در لیتر بوده است. کمترین میزان غلظت این فلز مربوط به چاه شماره­ی (4) دره­گرم، چشمه­ی گلستان (دانشگاه) و چاه ارم که مقدار آن 05/0 میلی گرم در لیتر بوده است. با توجه به شکل (5) بیشترین میانگین غلظت فلز کبالت در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چشمه گلستان (سپاه) مقدار آن 004/0 میلی­گرم در لیتر می­باشد. کمترین غلظت این فلز مربوط به چاه شماره (4) دره گرم می­باشد که مقدار آن 00009/0 میلی­گرم در لیتر بوده است. با توجه به شکل (6) بیشترین میانگین غلظت فلز آلومینیوم در بین چشمه­ها و چاه‌ها مورد مطالعه مربوط به چاه شماره­ی (1) دره گرم است میزان غلظت فلز فوق 09/0 میلی­گرم در لیتر است. کمترین غلظت این فلز مربوط به چاه شماره­ی (1) گلدشت بوده میزان آن 01/0 میلی­گرم در لیتر است. با توجه به شکل (7) بیشترین میانگین غلظت فلز سرب در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چاه شماره­ی (1) دره­گرم و میزان آن 01/0 میلی­گرم در لیتر بوده است. کمترین مقدار غلظت این فلز مربوط به چاه پشت بازار مقدار آن 0006/0 میلی­گرم در لیتر است. بیشترین میانگین غلظت فلز کادمیوم در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چاه شماره­ی (2) گلدشت و چشمه مطهری می­باشد. بیشترین مقدار غلظت عنصر کادمیوم 0003/0 میلی­گرم در لیتر بوده و کمترین مقدار آن مربوط به چاه پشت بازار بوده مقدار آن 00003/0 میلی­گرم در لیتر است. با توجه به شکل (9) بیشترین میانگین غلظت فلز نیـکل در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط بـه چاه شماره­ی (3) دره­گرم است که مقدار غلظت فلز نیکل 005/0 میلی­گرم در لیتر است و کمترین مـقدار آن مربوط به چاه جـهاد کـشاورزی و میزان آن 0001/0 میلی­گـرم در لیتر است.

شکل (2) نمودارتغییرات فلز کروم در منابع آبی

شکل (3) نمودار تغییراتفلز رویدر منابعآبی

شکل(4) نمودار تغییرات فلز باریم در منابع آبی

شکل (5) تغییرات فلزکبالت در منابع آبی

شکل (6) نمودار تغییرات فلز سرب در منابع آبی

شکل (7) نمودار تغییرات آلومینیوم در منابع آبی

شکل (8) نمودار تغییرات فلز کادمیوم در منابع آبی

شکل (9) نمودار تغییرات فلزنیکل در منابع آبی

با توجه به نقشه­های تهیه شده برای هر فلز سنگین در این مطالعه به مقایسه­ی مقدار هر عنصر و پارامتر با مقادیر بیان شده توسط سازمان ملی ایران، سازمان بهداشت جهانی (WHO)، سازمان محیط زیست آمریکا (EPA) پرداخته شد.

نتایج نشان می­دهد میانگین غلظت فلز کروم در تمامی چاه‌ها و چشمه‌های مورد مطالعه­ی (شکل 10) پایین­تر از حد استانداردها (جدول 2) می­باشد و در چشمه مطهری مقدار این فلز بالاتر از حد استاندارد سازمان بهداشت جهانی است،    

 میانگین غلظت عنصر روی (شکل 11) در تمامی چاه‌ها و چشمه‌های (جدول 1)، پایین­تر از حد استاندارد ملی، استاندارد سازمان بهداشت جهانی (WHO) و استاندارد سازمان محیط زیست آمریکا (EPA) می­باشد. غلظت عنصر باریم در تمامی چاه‌ها و چشمه‌های (شکل 12)، پایین­تر از حد استاندارد ملی (جدول 2) بوده و در کلیه­ی پیکره­های آبی بالاتر از حد استاندارد (WHO)، استاندارد (EPA)، (جدول 2) می­باشد. با توجه به (شکل 13) میانگین غلظت عنصر کبالت (شکل 18)، در تمام منابع آبی مورد مطالعه­ی (جدول 1)، پایین­تر از استاندارد ملی و سازمان بهداشت جهانی (WHO) (جدول 2) می­باشد.

میانگین غلظت عنصر آلومینیوم (شکل 14) در همه­ی منابع آبی مورد مطالعه­ی (جدول 1)، پایین­تر از حد استاندارد ملی و بالاتر از حد استاندارد (EPA) جدول (2) بوده است. طبق نتایج نشان داده شده، میانگین غلظت عنصر سرب (شکل 19)، در کلیه­ی چاه‌ها و چشمه‌های مورد مطالعه­ی (جدول 1)، پایین تر از حد استاندارد ملی، استاندارد سازمان بهداشت جهانی (WHO) و استاندارد سازمان محیط زیست آمریکا (EPA) است.          

میانگین غلظت عنصر کادمیوم (شکل 16) در کلیه­ی منابع آبی مورد مطالعه­ی (جدول 1) پایین­تر از حد استاندارد ملی، استاندارد سازمان بهداشت جهانی (WHO) و استاندارد سازمان محیط زیست آمریکا (EPA) می­باشد. غلظت عنصر نیکل (شکل 17)، در کلیه­ی چاه‌ها و چشمه‌های مورد مطالعه­ی (جدول 1) پایین­تر از حد استانداردها می­باشد.     

نتیجه‌گیری

نتایج بررسی نشان می­دهد که بیشترین میانگین غلظت فلز کروم در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چشمه مطهری و چشمه گلستان (سپاه) می­باشد. کمترین میزان غلظت آن مربوط به چاه اتکا، چاه پشت بازار و چاه جهاد کشاورزی بوده است. آثار سوء کروم در انسان در کوتاه مدت باعث التهاب و سوزش دهان و بینی و ریه­ها، التهاب پوست و ایجاد مشکلات در هضم غذا و آسیب دیدن کلیه­ها و کبد می­شود. بیشترین میانگین غلظت فلز روی در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چاه میدان تیر و چاه جهاد کشاورزی که مقدار فلز روی بوده است. کمترین میزان غلظت این فلز مربوط به چاه شماره­ی (2) گلدشت و چاه ارم میزان آن بوده است. مصرف کوتاه مدت روی باعث عوارضی چون دل پیچه، اسهال و تهوع است و در طولانی مدت منجر به بیماری­های سیستم عصبی، آسیب لوزالمعده و کاهش کلسترول مناسب می­گردد. بیشترین میانگین غلظت فلز باریم در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چاه شماره­ی (2) دره­گرم و کمترین میزان غلظت این فلز مربوط به چاه شماره­ی (4) دره­گرم، چشمه گلستان (دانشگاه) و چاه ارم بوده است. مقادیر بالای آن ممکن است باعث صدمه زدن به قلب و سیستم عصبی شود. بیشترین میانگین غلظت فلز کبالت در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چشمه­ی گلستان (سپاه) بوده است. کمترین غلظت این فلز مربوط به چاه شماره­ی (4) دره گرم بوده است. بیشترین میانگین غلظت فلز آلومینیوم در بین چشمه­ها و چاه‌ها مورد مطالعه مربوط به چاه شماره­ی (1) دره گرم است. کمترین غلظت این فلز مربوط به چاه شماره­ی (1) گلدشت و بیشترین میانگین غلظت فلز سرب در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چاه شماره­ی (1) دره­گرم است. کمترین مقدار غلظت این فلز مربوط به چاه پشت بازار بوده است. آثار سرب بر روی بدن به میزان قرار گرفتن در معرض آلودگی بستگی دارد و به طور کلی اثرات شناخته شده سرب بر روی بدن از تغییرات بیوشیمیایی که در مقادیر کم آلودگی تا تأثیر بر روی سیستم عصبی و حتی مرگ در غلظت­های بالا می­باشد. بیشترین میانگین غلظت فلز کادمیوم در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چاه شماره­ی (2) گلدشت و چشمه مطهری می­باشد. بیشترین مقدار غلظت عنصر کادمیوم بوده و کمترین مقدار آن مربوط به چاه پشت بازار بوده است. آثار کوتاه مدت مصرف کادمیوم، تهوع، استفراغ، اسهال و انقباض عضلات، اختلال حواس و تشنج و شوک است و آثار طولانی مـدت مصرف کادمـیوم صدمه دیدن کلیه­ها و کـبد و استـخوان و خون می­باشد. بیشترین میانگین غلظت فلز نیکل در بین چشمه­ها و چاه‌های مورد مطالعه مربوط به چاه شماره­ی (3) دره­گرم و کمترین مقدار آن مربوط به چاه جهاد کشاورزی بوده است. غلظت تمامی عناصر سنگین در کلیه­ی منابع آبی مورد مطالعه پایین­تر از حد استانداردها می­باشد اما غلظت فلز باریم بالاتر از حد استاندارد (WHO) و استاندارد (EPA) می باشد، غلظت بالای باریم باعث صدمه زدن به قلب و سیستم عصبی می­شود. مطالعات متعددی در زمینه بررسی توزیع فلزات سنگین در منابع آب آشامیدنی انجام شده بود. این تحقیقات نشان می­دهد که غلظت­های بالای عناصر عمدتا محدود به آب­های زیرزمینی می­باشد. مطالعه­ای توسط جان سی روی مخازن آب آشامیدنی کانادا برای تعیین مقدار فلزات سنگین کادمیوم، کبالت، نیکل و... انجام داده است. این نمونه­ها شامل مقادیر جزیی از کادمیوم، کبالت، کروم، نیکل، سرب و روی بوده­اند که در حین انتقال و توزیع آن تغییر معنی­دار مشاهده نشد. در این بررسی کیفیت مخازن و آب آشامیدنی کانادا رضایت­بخش توصیف گردید و در بیشینه سطح قابل قبول گزارش شده است. تحقیقات گین و همکاران نشان داد که غلظت­های فلزات سنگین در طول زمان تغییر می­کند و مشخص شد چاه­های موجود در یک محل می­تواند به طور گسترده­ای دارای غلظت متفاوتی از فلزات باشند. در واقع غلظت فلزات سنگین در چاه­های مرتبط با محل و عمق چاه­ها بوده و در چاه­های کم­عمق­تر در نواحی مشخص زمین­شناسی غلظت بالاتر بوده است. در مطالعه­ای که رجایی و همکاران در مورد ارزیابی ریسک سلامت فلزات سنگین منابع آب زیرزمینی دشت علی­آباد کتول انجام دادند به این نتیجه رسیدند که اختلاف آماری معنی­داری بین غلظت فلزات سنگین منطقه با استاندارد ملی و جهانی وجود ندارد و از مقایسه آن با استانداردها نشان داد که خطری از لحاظ بهداشتی منطقه­ی مورد مطالعه را تهدید نمی­کند. این مطالعه با هدف بررسی پراکنش فضایی عناصر انجام شده و هدف بررسی علت آلودگی و یا منشأ آلودگی فلزات نبوده است برای بررسی علل و عوامل آلودگی نیاز به مطالعه جامع­تری در شبکه­ی توزیع آب شهرستان خرم­آباد می­باشد اما با تحقیقاتی که انجام شد فقط مقادیر سه فلز سنگین باریم، کروم و آلومینیوم بالاتر از حد استانداردهای ذکر شده بوده است که به اختصار علل هر یک را ذکر می­کنیم علت بالا بودن عنصر باریم دفع زباله­ها در اطراف منابع و برخی از مقادیر باریم محلول شده در آب به خاطر فرایندهای صنعتی بوده است. استفاده از نمک­های آلومینیوم به عنوان منعقدکننده­ها در تصفیه آب ممکن است باعث افزایش غلظت این فلز سنگین در منابع تأمین­کننده­ی آب شرب شهرستان شده است. علت بالا بودن عنصر کروم در چشمه­ی مطهری منشأ زمین­شناسی دارد.