زمین­شیمی شهری نیز به بررسی نابه هنجاری­های ناشی از افزایش غلظت آلاینده­ها در محیط شهری و تاثیر این مسئله بر تندرستی ساکنین شهرها می ­پردازد.در این مطالعه غلظت برخی از فلزات سنگین و نیز ترکیبات آروماتیک چندحلقه­ای(PAHs)، در غبار خیابان کلان­شهر اصفهان اندازه ­گیری شد.نتایج تحلیل تجزیه شیمیایی نشان داد، غلظت بالای فلزات سنگین به عواملی همچون ترافیک، سایش قطعات مختلف اتومبیل( بدنه، لنت ترمز، تایر و غیره)، فرسایش سطح جاده، فرسایش و تجزیه رنگ­های به کار برده شده در خیابان و اتومبیل­ها ارتباط دارد. همچنین غلظت بالای PAHs در درجه اول ناشی از سوختن ناقص سوخت­های فسیلی است. می­توان به عواملی چون ترافیک و سایر فرایندهای درون­شهری به­عنوان مهم­ترین منابع ترکیبات آروماتیک چندحلقه­ای در غبار خیابان کلان­شهر اصفهان اشاره کرد.درجه آلودگی در تمام ایستگاه­ها بیش از 32 می­باشد، که نشان دهنده وضعیت آلودگی با درجه خیلی بالاست. طبق نظر هاکانسون در صورتی که درجه آلودگی بیش از 20 باشد سریعاً باید تمهیداتی جهت پاکسازی و یا کاهش آلاینده­ها اندیشید. همچنین با توجه به میانگین شاخص خطر برای فلزات سنگین، عنصر کادمیم در رده خطر بسیار زیاد، عناصر سرب و آرسنیک در محدوده خطر زیاد و عناصر نیکل، مس، روی و کروم در محدوده متوسط قرار دارند. در مورد PAHs باید گفت غلظت تمام این ترکیبات بیش از حد مجاز در هوای تنفسی است و تمام ایستگاه­ها آلودگی به این ترکیبات را نشان دادند.

کلید واژگان: غبار خیابان، ترکیبات آروماتیک چند حلقه­ای، درجه آلودگی، شاخص خطر.

 

 

 

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 داده ­های 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-نتیجه ­گیری……………………………………………………………………………………………………………………… 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- تقسیم ­بندی 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- تقسیم ­بندی PAHs بر اساس رده بندی آژانس بین ­المللی 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 پهنه­ بندی 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- آماده ­سازی 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 داده ­های 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