• 1

    1

  • 2

    2

  • 3

    3

  • 4

    4

  • 5

    5

  • 6

    6

  • 7

    7

  • 8

    8

  • 9

    9

  • 10

    10

  • 12

    12

  • 13

    13

فلزات سنگین و محیط زیست

  • پرینت
توضیحات
دسته: Sample Data-Articles
منتشر شده در سه شنبه, 06 اسفند 1392 16:10
نوشته شده توسط Super User

فلزات سنگين و محيط زيست


  در دهه گذشته ورود آلاينده ها با منشاء انسانيمانند فلزات سنگين به داخل محيط هاي دريايي، به مقدار زيادي افزايش يافته است كه بهعنوان يک خطر جدي براي حيات محيط هاي آبي بشمار مي آيند. فلزات سنگين در يک مقياسوسيع، از منابع طبيعي و انسان ساخت وارد محيط زيست مي شوند. ميزان ورود اين فلزاتسنگين به داخل محيط زيست، متجاوز از ميزاني است که بوسيله فرايندهاي طبيعي برداشتمي شوند. بنابراين تجمع فلزات سنگين در محيط زيست مورد توجه مي باشد. سيستم هاي آبيبه طور طبيعي دريافت کننده نهايي اين فلزات هستند.

آلاينده هايي که در آبيافت مي شوند، ناشي از پساب هاي خانگي، تخليه محصولات شيميايي، سموم، حشره کش ها وعلف کش ها، تخليه صنعتي، پساب هاي راديواکتيو، هيدروکربن هاي نفتي و رنگي ميباشد.  از نقطه نظر اکولوژيکي، آلاينده ها به دو نوع آلاينده هاي قابلتجزيه و غيرقابل تجزيه تقسيم مي شوند. آلاينده هاي غير قابل تجزيه نظير ترکيبات ونمک هاي فلزات سنگين، ترکيبات شيميايي فنلي با زنجيره طولاني، آفت کشها مثل DDT ميباشند كه در محيط، تجمع مي يابند و بر روي زنجيره غذايي وبيولوژيکي موجودات در آباثر مي گذارند. ازدياد غلظت اين مواد روي ماهي ها، ساير موجودات آبزي و حتي گياهانآبزي اثرات سوء دارد. آنها در ترکيب با مواد ديگر باعث توليد توکسين هاي اضافي ميشوند. براي مثال ترکيب فلزات سنگين نظير مس با کادميوم و روي با نيکل، سميت آنها راچندين برابر مي کنند.

  فلزات سنگين در رسوبات کف تجمع مي يابند. در نتيجهاکوسيستم هايي مثل بنادر يا مناطق ساحلي صنعتي که با ورود مزمني از فلزات روبروهستند، داراي بيشترين رسوبات آلوده مي باشند. اين ويژگي ها در محيط هاي واجدرسوبات، بعلت تاثيرات سمي و قابليت تجمع زيستي فلزات در نمونه هاي بيولوژيکي موجوددر رسوبات، منجر به تاثيرات اكولوژيكي زياد مي شوند. اولين عامل اثرات آلودگي فلزاتدر يک اکوسيستم، وجود فلزات سنگين در بيومس يک منطقه آلوده است كه سلامت انسان رابه مخاطره مي اندازد  تجمع فلزات سنگين در آب، هوا و خاک، يک مشکل زيستمحيطي مهم مي باشد. در سالهاي اخير چندين تکنولوژي با هدف کاهش يا برداشت فلزاتسنگين موجود در محيط آلوده، توسعه يافته است. در اين ميان تکنولوژي هايي كه براساساستفاده از ميکروارگانيسم ها، پايه ريزي شده است مورد توجه قرار گرفتهاند.

 نقش بيولوژيکي فلزات سنگين و خطرات سلامتي انسان 

  بيشترين فلزات سنگين موجود در سيستم هاي آبي Pb, Hg, Cd, Zn, Cu و Ni مي باشند. اينعناصر در غلظت هاي بيش از حد آستانه، براي ارگانيسم ها، سمي مي باشند. اما تعدادياز آنها (Cu و Zn) در غلظت هاي پائين تر، براي متابوليسم ضروري هستند. يکسري عناصر،شامل As، Ag، Se، Cr، Al و آنتيموان در ايجاد مشکلات جدي در اکوسيستم هاي ساحلي- آبشيرين و مصب ها شرکت مي کنند.  در ستون آب، فلزات سنگين ابتدا توسطفيتوپلانکتون، باکتري ها، قارچها و ارگانيسم هاي کوچک ديگر جذب مي شوند. سپس بهترتيب، آنها توسط موجودات بزرگتر خورده شده و عاقبت وارد بدن انسان ميشوند. 

  فلزات سنگين زمانيکه بوسيله انسان مصرف مي شوند، اغلب اثرات قوي وزيان آوري را دارند. مواد سمي تجمع يافته، به طور پيوسته غلظتشان زياد مي شود وممکن است بيشترين فراواني رادر يک بافت تنها داشته باشند. تجمع مواد سمي در زنجيرهغذايي، ممکن است باعث افزايش غلظت ها در جانوران سطوح بالاي زنجيره غذايي، شود. خلاصه اي از تجمع و نقش بيولوژيکي فلزات سنگين، در جانوران دريايي و امکان خطر برايسلامتي انسان در اثر اين فلزات، در ذيل آورده شده است: 

کادميوم: 
  غلظت کادميوم در آب دريا در لايه هاي سطحي 10-3 نانوگرم در ليتر، در قسمت هاي عميقتا 3500 نانوگرم در ليتر، در آب هاي شيرين 1/0 ميکروگرم در ليتر و در مناطق آلوده 230 ميکروگرم در ليتر مي باشد و عموماً به صورت ترکيب آنيوني ديده ميشودحلاليت کادميوم در آب، تحت تاثير عواملي نظير نوع ترکيبات و pH آب است. غلظت بيش از چند ميکروگرم در ليتر کادميوم، احتمالاً ناشي از تخليه فاضلاب آلوده بهکادميوم مي باشد، آب هاي بامقادير کمتر از 1 ميکروگرم در ليتر کادميوم، غير آلودهاند.

ميزان جذب کادميوم در مواد غذايي، ناشي ازنحوه تغذيه جانوران است، کليهو کبد محل مناسبي جهت تمرکز کادميوم مي باشند، صدف هاي دريايي نيز از تجمع بالاييازکادميوم برخوردارند. جذب کادميوم از طريق پوست بسيار محدود است. نيمه عمربيولوژيک کادميوم در انسان، در بافت هاي نرم و استخوان، ده تا سي سال مي باشد. سرعتمتيلاسيون کادميوم در مقايسه با عناصر جيوه، آرسنيک، سرب، بسيار کمتر بوده و تنهادو باکتري به نامهاي Pseudomonas.sp و Staphylococcus aureus قادر به متيلاسيونکادميوم، در محيط هاي آبي هستند (Who 1984).

کادميوم معمولاً به طور طبيعيدر آبهاي سطحي و زير زميني وجود دارد . اين عنصر ممکن است، بصورت يون هيدراته ياترکيبات پيچيده معدني، مانند کربنات، هيدروکسيد، کلريد، سولفات و همچنين ترکيباتآلي همراه با اسيد هيوميک يافت شود. کادميوم از طريق فرسايش خاک و سنگ بستر، رسوباتآلوده اتمسفري ناشي از کارخانجات صنعتي، پساب مناطق آلوده و استفاده از لجن و کوددر کشاورزي، وارد اکوسيستم هاي آبي مي شود. بيشتر کادميوم ورودي به آبهايشيرين، ممکن است به سرعت جذب مواد معلق شده و در اکوسيستم هاي آبي منتشر شوند. رسوبات درياچه ها و رودخانه ها، حاوي 9/0-2/0 و در آبهاي شيرين کمتر از 1/0 ميليگرم در ليتر کادميوم است. کادميوم جذب شده در رسوبات و يا محلول در آب، مي تواندوارد زنجيره غذايي شود. مسموميت موجودات آبزي با کادميوم، به عوامل ديگري نيز بستگيدارد، مثلاً کلسيم موجود در آب، اثرات سمي کادميوم را کاهش مي دهدرودخانههاي بسيار آلوده با کادميوم، از طريق آبياري در کشاورزي، لايروبي رسوبات و يا سيلابها مي توانند مناطق اطراف را آلوده کنند.

کادميوم يک فلز بسيار سمي است كهعامل يکسري مرگ وميرها مي باشد. بيماري جدي ناشي از آن در انسان بيماري به نامايتايي- ايتايي (بيماري روماتيسم يا تغيير شکل دردناک اسکلتي) مي باشد. اثرات اصليسميت کادميوم بر روي ريه ها، کليه ها، استخوان ها مي باشد. اثرات حاد ناشي ازاستنشاق آن، شامل برونشيت، ذات الريه و مسموميت در کبد است. استنشاق مزمن ترکيباتکادميوم، به شکل بخارات يا گردو خاک، ايجاد ورم ريوي مي کند که در اين حالت کيسههاي کوچک هوايي بزرگ شده و عاقبت در اثر حجم کم ريه تخريب مي شوند. هر دو استنشاقمزمن و جذب كادميوم از طريق دهان، ترشحات کليه را تحت تاثير قرار مي دهد، که دراولين مرحله دفع پروتئين توسط لوله هاي پروکسيمال کليه مي باشد. 

به نظر ميرسد کادميوم، مقاومت دفاعي بدن را بخصوص مقاومت ميزبان را در برابر باکتري ها وويروس ها کاهش مي دهد.کادميوم ممکن است باعث مينرال زدايي اسکلت و افزايششکنندگي استخوان و خطر شکستگي شود.
سميت حاد با کادميوم، ممکن است باعث مرگحيوانات و پرندگان شده و مسموميت شديد در آبزيان ايجاد کند. جذب کادميوم از ريه هانسبت به روده موثرتر است و 50% کادميومي كه از طريق دود سيگار استنشاق شود، ممکناست جذب گردد. به طور ميانگين در افراد سيگاري غلظت کادميوم در خون 5-4 بار و درکليه 3-2 بار بيشتر از افراد غير سيگاري است.

نيكل:
 نيكل به طورگسترده در بيوسفر وجود دارد و از نظر فراواني در پوسته زمين بيست و چهارمين عنصرنسبت به عناصر ديگر مي باشد (Eisler 1998). بعلاوه نيكل يكي از عمومي ترين فلزات درآب هاي سطحي مي باشد. (USEPA 1986). نيكل به طور طبيعي از 3 منبع اوليه شامل: 1) مواد ذره اي در آب باران 2) حلاليت مواد در بستر صخره اي 3) فاز ثانويه نفت، واردآب هاي سطحي مي شود (Eisler 1998). استفاده هاي صنعتي وتجاري از Ni شامل استنلساستيل، آبكاري، رنگ ها، سراميك ها مي باشد. نيكل همچنين از منابع آنتروپوژنيك (انسان ساز) وارد سيستم هاي آبي مي شود. در جريانات آبي با حداقل عوامل مزاحمآنتروپوژنيك، غلظت نيكل به طور كلي زير mg/L 10 مي باشد. در مصب ها غلظت Ni كمتر از mg/L 10 است در حاليكه در اقيانوس هاي باز به كمتر از mg/L 7/0 مي رسد .(Jenkins 1980, Eisler 1998) ورود منابع آلوده شهري ممكن است اين مقادير را به mg/L 50-10 افزايش دهد.

در سيستم هاي آبي، نيكل به صورت نمك هاي محلول جذب شده يا همراهبا ذرات رسي، مواد آلي و مواد ديگر مي باشد( Eisler 1998). نيكل ممكن است در رسوباتاز طريق ته نشيني، كمپلكس سازي، جذب روي ذرات رس ته نشين يا ذخيره شود و يا بوسيلهموجودات زنده (Biota) جذب گردد. چون فعاليت هاي ميكروبي يا تغيير در پارامترهايفيزيكوشيميايي شامل pH، قدرت يوني و غلظت ذرات، ممكن است فرايندهاي جذب را معكوسكند، ممكن است آزادسازي نيكل از رسوبات رخ دهدبراساس علائم متعددي كه دراثر كمبود نيكل ايجاد مي شود، (بيشتر در مهره داران خاكي) و نقش ضروري آن در آنزيمهاي متنوع در باكتري ها و گياهان، ضروري بودن نيكل مورد قبول قرار گرفته است. ضرورتنيكل در سيانوباكترها، جلبكها و گياهان آبي مربوط به نقش نيكل در متابوليسم اوره آزو هيدروژناز مي باشد. 

مقادير كم نيكل براي توليد سلول هاي قرمز خون در بدنانسان نياز مي باشد، هر چند در مقادير بالا تا حدودي مي تواند سمي باشد. بنظر ميرسد نيكل در كوتاه مدت مشكلاتي ايجاد نمي كند اما در طولاني مدت مي تواند باعث كاهشوزن بدن، صدماتي به قلب، كبد، تحريك و حساسيت بالا شود. نيكل مي تواند در آبزيانتجمع يابد اما حضور آن در طول زنجيره غذائي بزرگنمائي ايجاد نمي كند.  

نيكل براي طيف وسيعي از گونه هاي جانوري شامل موش ها، جوجه ها،خوك ها، گاوها و ضروري مي باشد. اثرات كمبود آن شامل تاخير در دوره هاي حاملگي،نازايي، آنمي، جوش صورت، كاهش در ميزان هموگلوبين و هماتوكريت و كاهش فعاليت درچندين آنزيم مي شود. بيماري كمبود Ni در انسان شناسايي نشده و احتمالا به علت اينكه Ni در غذاهاي ويژه، بيش از حد نياز بكار مي رود، ضروري مي باشداغلب نمكهاي نيكل، كه از طريق غذا وارد بدن مي شوند، دفع مي گردند. نيمه عمر نيكل حدود 11ساعت است. مقدار طبيعي نيكل در بدن، به طور متوسط حدود 3/7 گرم بر كيلوگرم است. بيشترين غلظت نيكل در استخوان، ريه، كليه و كبد ديده مي شود (Merian 1992). سميترين تركيب نيكل كه اغلب در كارخانه ها مشاهده مي شود، كربونيل نيكل است. مقاديرنيكل موجود در آب دريا 5/0-1/0 نانوگرم در ليتر است. سميت نيكل به صورت آلرژي،سرطان و اختلالات تنفسي ديده مي شود.

 EPA حداكثر غلظت مجاز نيكل را، 20نانوگرم در كيلوگرم در روز و حداكثر ميزان قابل تحمل روزانه را 2/1 ميلي گرم در يكانسان 60 كيلوگرمي پيشنهاد كرده است.

واناديوم: 
واناديوم به صورتطبيعي به مقدار 015/0 درصد در پوسته زمين وجود دارد. حد نوسان آن در محيط هاي آبشيرين بين 2/0 تا 100 ميكروگرم در ليتر و در محيط هاي دريايي بين 2/0 تا 29ميكروگرم در ليتر تخمين زده مي شود. غلظت واناديوم در زغال سنگ و نفت خام در محدودهيك تا 1000 ميلي گرم بر كيلوگرم است. برآوردها نشان مي دهد كه هرساله حدود 65 هزارتن واناديوم به وسيله عوامل طبيعي ( آتش فشان ها و … ) ‌در محيط زيست رها مي شود. فعاليت هاي انساني نيز (بويژه صنايع فلزي) هر ساله 200 هزار تن واناديوم را به محيطوارد مي كنند. 

واناديوم معمولاً از منابع طبيعي و همچنين سوخت هاي فسيليوارد محيط مي شود و در آب، خاك و هوا براي مدت طولاني مي ماند. از خصوصيات ديگر اينعنصر آن است كه در آب با عناصر و مواد ديگر تركيب شده و به رسوبات نفتي مي چسبد وبه مقدار بسيار كمي در گياهان يافت مي شود، ولي از لحاظ عملكرد، شباهتي به ساختارشدر بافت هاي حيواني ندارد. در محيط هاي آبي، پايدار مي باشد و در طولاني مدت اثرزيان آوري روي ارگانيسم هاي آبي به جاي مي گذاردحداقل دوز مجاز برايبزرگساران، 3/0-1/0 ميلي گرم در روز توصيه مي شود. مقادير 100-15 ميلي گرم آن درروز ممكن است سمي باشد كه با علائمي نظير: كم خوني، التهاب و تورم چشم، التهاب ريهها، آب مرواريد، كاهش حافظه، اسهال، كاهش اشتها و در انتها مرگ همراه است. در بيشترموارد واناديوم سبب تغييرات بيوشيميايي در سلول مي گردد.

امروزه دلايلي مبنيبر اهميت واناديوم براي گياهان و حيوانات و ميكروارگانيسم ها وجود دارد. از علائمكمبود واناديوم مي توان به بيماري قلبي، افزايش ميزان تري گليسريد، كاهش رشد، تخريبساختار دندان و استخوان ها، كاهش پايداري و مقاومت درمقابل سرطان و همچنين كاهش عمراشاره كرد.

 شرکت فردان فراگسترالبرز مشاور و خدمات صنعت و محیط زیست