فلزات سنگین و تصفیه آب آرشیو مقالات

مقدمه

فلزات سنگین یک اصطلاح کلی جمعی است که گروهی از فلزات و شبه فلزات با چگالی اتمی بزرگتر از 4 گرم بر سانتی متر مکعب ( 4g/cm³ ) را در بر می گیرد. هر چند این واژه آزادانه تعریف شده است (Duffus, 2002)، اما به طور گسترده ای به رسمیت شناخته شده و معمولا برای آلاینده های گسترده ای از اکوسیستم های زمینی و آب شیرین به کار می رود.

فلزات سنگین که در (APIS (Air Pollution Information System آمده اند، عبارتند از :

• کادمیوم cadmium
• کروم chromium
• مس copper
• جیوه mercury
• سرب  lead
• روی zinc
• آرسنیک arsenic
• بور boron
• و فلزات گروه پلاتین  platinum group metals که  عبارتند از :
  • پلاتین platinum
  • پالادیوم  palladium
  • رودیوم rhodium
  • روتنیوم ruthenium
  • اوسمیوم osmium
  • ایریدیوم iridium 

بر خلاف تقریبا تمام آلاینده های آلی، مانند ارگانوکلرها organochlorines، فلزات سنگین عناصری هستند که به طور طبیعی در پوسته ی زمین وجود دارند. بنابراین به طور طبیعی در خاک و سنگ و با طیف متعاقبی از غلظت های پیش فرض در خاک، رسوبات، آب و ارگانیسم ها یافت می شود. انتشارات انسانی می توانند غلظت های فلزات  را به سطوحی بالاتر از مقادیر پیش فرض معمولی ارتقا دهند.

منابع انتشارات اتمسفری  Sources of atmospheric emissions

اگرچه خواص شیمیایی فلزات سنگین با هم متفاوت است، از آنها به طور گسترده ای در ماشین آلات، مواد و قطعات الکترونیکی استفاده می شوند. در نتیجه، آنها از طریق منابع مختلف انسانی به محیط زیست منتقل می شوند تا به منابع پیش فرض ژئوشیمیایی طبیعی ملحق گردند. برخی از قدیمی ترین موارد آلودگی محیط زیست در جهان از طریق استخراج و استفاده از فلزات سنگین صورت گرفته است، مانند استخراج، ذوب و بهره برداری از مس، جیوه و سرب توسط رومی ها.

مقادیر اکثر فلزات سنگینی که توسط فعالیت های انسانی در سطح زمین ذخیره شده، چندین برابر بیشتر از ذخایری است که از منابع پیش فرض طبیعی ناشی شده اند. فرآیندهای احتراق مهم ترین منابع فلزات سنگین هستند، به ویژه تولید برق، ذوب فلزات، سوزاندن و موتور احتراق داخلی  (Battarbee et al 1988; Duce et al. 1991; Galloway et al. 1982; Hutton & Symon 1986; Nriagu 1989; Nriagu & Pacyna 1988).

نگرانی های موجود در رابطه با فلزات سنگین Concerns about Heavy Metals

(Dangerous Substances Directive of the European Union) یا همان دستورالعمل مواد خطرناک اتحادیه اروپا  (76/464/EEC) مواد شیمیایی خطرناک را موادی تعریف می کند که سمی، مقاوم یا تجمع پذیر زیستی هستند. فلزات سنگین را به دلیل اینکه عنصر هستند، نمی توان شکست و بنابراین در محیط باقی می مانند. بر خلاف بسیاری از آلاینده های آلی، که در نهایت به دی اکسید کربن و آب کاهش می یابند، فلزات سنگین تمایل به تجمع در محیط زیست، به ویژه در دریاچه، دهانه ی رودخانه یا رسوبات دریایی دارند.

فلزات می توانند از یک محیط به محیط دیگری منتقل شوند. اطلاعات موجود در سایت Air Pollution Information System، در درجه اول بر فلزاتی متمرکز است که از طریق اتمسفر منتقل می شوند. بسیاری از فلزات سنگین در غلظت های پایین برای ارگانیسم ها سمی هستند. با این حال، برخی از فلزات سنگین مانند مس و روی نیز از عناصر ضروری می باشند.

غلظت عناصر ضروری در ارگانیسم ها معمولا بسته به محل سکونت موجود، کنترل شده و جذبشان از محیط با توجه به تقاضای تغذیه ای تنظیم می شود. هنگامی که این مکانیسم های منظم، در نتیجه ی ازدیاد (مسمومیت) یا کمبود (فقدان) فلزات به هم بخورد، اثرات آن بر روی ارگانیسم ها پدیدار می شود.

چه منبع فلزات سنگین طبیعی باشد یا انسانی، غلظت آن ها در موجودات زمینی و آبزی توسط اندازه ی منبع و جذب سطحی یا ته نشین شدن آن ها در خاک ها و رسوبات تعیین می شود.

میزان جذب سطحی به فلز، جاذب، ویژگی های فیزیو شیمیایی محیط (به عنوان مثال pH، سختی آب و پتانسیل بازتولید) و غلظت سایر فلزات و ترکیبات شیمیایی موجود در آب خاک، رودخانه و یا دریاچه بستگی دارد. غلظت فلز در فرم زیستی موجود لزوما متناسب با غلظت کل فلز نیست.

فلزات سنگین در نتیجه ی جذب مستقیم از محیط اطراف دیواره بدن، از طریق تنفس و از طریق غذا در ارگانیسم ها تجمع می یابند. جذب از طریق غذا در موجودات زمینی مهم ترین عامل است و ممکن است در محیط های آبی هم مهم باشد. جذب خوراکی می تواند شامل فلزات سنگینی شود که توسط ذرات موجود در سطح برگ و غیره جذب شده و توسط گیاه جذب نشده اند.

یون آزاد عموما در دسترس ترین شکل زیستی یک فلز است و غلظت یون آزاد اغلب بهترین شاخص سمیت است. با این حال، استثنائاتی وجود دارد، مانند جیوه ی مشهور، که شکل آلی آن (متیل جیوه) سمی تر از یون غیر آلی آن است. فلزات، اگر به واکنش های بیوشیمیایی در ارگانیسم راه پیدا کنند، اثرات سمی از خود نشان می دهند و واکنش های معمولی عبارتند از توقف رشد، ممانعت از مصرف اکسیژن و اختلال در تولید مثل و ترمیم بافت.

سطوح و بارهای بحرانی فلزات Critical levels and loads

بحرانی ترین سطوح فلزات سنگین، برای محافظت از انسان تعیین شده است، هر چند برخی از آن ها برای حفاظت از موجودات آبزی و خاک های کشاورزی که لجن فاضلاب را دریافت می کنند، پیشنهاد شده اند. اخیرا برای تعدادی از فلزات سنگین (کادمیوم، سرب، مس، نیکل و روی) در شش زیستگاه در انگلستان، بارهای بحرانی برای حفاظت از اکوسیستم محاسبه شده است (ROTAP, 2012).

با این حال، برای بسیاری از فلزات، اختلاف زیادی میان برآوردهای منتشر شده و رسوب های اندازه گیری شده وجود دارد. همچنین داده های کمّی برای شناسایی دقیق منابع فلزاتی که در حال حاضر در هوای انگلستان ثبت شده اند، وجود دارد. تا زمانی که این مسائل با کار بیشتر حل نگردد، ارائه ی بارهای بحرانی فلزات سنگین مرتبط با این مکان ها برای APIS  عملی نیست.

با این حال، این موضوع مانع از در نظر داشتن این نمی شود که بارهای بحرانی فلزات سنگین در ارزیابی اطلاعات مرتبط جدیدی که بر مبنای شواهد موردی در این مکان ها منتشر شده است را می توان با استفاده از منابع اطلاعاتی موجود درباره ی فلزات سنگین، اعتبار بخشی نمود.

این اطلاعات ممکن است برای مثال شامل مقادیر استاندارد خاک موجود در H1 انگلستان و راهنمای معادل و هم ارز آن در اسکاتلند و ایرلند شمالی و اطلاعات موجود در مکان طراحی شده باشد. انتشار بیشتر بارهای بحرانی فلزات سنگین ممکن است در آینده موجب گنجانده شدن آن ها در APIS  شود (به عنوان مثال از طریق ابزار بار بحرانی مرتبط با مکان APIS).

بیشتر سطوح بحرانی توسط راهنمای اتحادیه مواد خطرناک اروپا (76/464/EEC)، معیارهای تعیین کیفیت آب سازمان حفاظت از محیط زیست امریکا  (US EPA 1998)، راهنمای جدید کیفیت هوا سازمان بهداشت جهانی 2008/50/EC و دستورالعمل های سازمان بهداشت جهانی کیفیت هوا برای هوا (سازمان بهداشت جهانی 1987) تعیین می شوند.

راهنمای کیفیت هوا 2008/50/EC، بی آنکه تغییری در اهداف موجود کیفیت هوا ایجاد کند، اکثر قوانین موجود را ادغام کرده و به یک راهنما تبدیل می کند. برای مثال میانگین سالانه ی بیشترین آستانه ارزیابی سرب 70 درصد از مقدار مرزی (0,35 میکروگرم بر متر مکعب) و کمترین آستانه ی ارزیابی آن 50 درصد از مقدار مرزی (0،25 میکروگرم بر متر مکعب) است.

بالاخره کمیسیون اقتصادی ملل متحد در سال 1998 توافق نامه ای درباره ی فلزات سنگین برای اروپا تصویب نمود. هدف نهایی این توافق نامه این است که از هر گونه تخلیه، انتشار و زیان ناشی از کادمیوم و سرب در هوا ممانعت به عمل آورد. این قانون اروپایی توسط مقررات کیفیت هوا (استاندارد) 2010 به انگلستان منتقل شد، در حالی که استراتژی کیفیت هوا وسیله ای است که این مقررات توسط آن در انگلستان اجرا می شود. بخشنامه ی لجن در زمین اتحادیه ی اروپا (86/278/EEC) مجموعه سطوح بحرانی فلزات سنگین را برای خاک های کشاورزی که لجن فاضلاب دریافت می کنند، تعیین می کند.

بر اساس راهنمای مواد خطرناک (76/464/EEC) انگلستان موظف است که برای مواد شیمیایی موجود در آب منتخب (فهرست اول و دوم) که از نگرانی های ملی محسوب می شوند، استانداردهای کیفیت محیط زیست (EQSs) را تعیین کند و قانون حفاظت از محیط زیست 1990 به منظور حفاظت از محیط زیست آبزیان نیازمند مواد شیمیایی بیشتری (فهرست قرمز) از طرف EQSs  است. مقادیر  EQS  برای جیوه و کادمیوم موجود است.

ماده (16) راهنمای مقررات آب (2000/60/EC) (WFD) "استراتژی های مبارزه با آلودگی آب" را تعیین کرده، مراحل اقدام را ترسیم می نماید. گام اول ایجاد یک لیست اولیه از مواد ارجح برای تبدیل شدن به ضمیمه X از WFD بود. دستورالعمل ضمیمه II راجع به استانداردهای کیفیت محیط زیست (Directive 2008/105/EC) (EQSD) جایگزین این لیست اولیه شد، که همچنین به عنوان راهنمای مواد ارجح شناخته می شود که استانداردهای کیفیت محیط زیست (EQS) برای مواد موجود در آبهای سطحی را تعیین می کنند.

EQSD  در ضمیمه I ، محدودیت غلظت مواد ارجح از جمله 33 ماده ی ارجح و 8 آلاینده ی دیگر در آب های سطحی را منتشر کرد. فلزات سنگینی که در این لیست گنجانده شدند عبارتند از کادمیوم، جیوه، سرب و نیکل.

در کارگاه بد هارزبورگ Bad Harzburg در سال 1997 (کنوانسیون ECE سازمان ملل متحد در مرزهای دور برد آلودگی هوا، کارگروه نقشه برداری 1998)، نمایندگان بسیاری از کشورهای عضو اتحادیه اروپا با رویکردهایی مبنی بر تعیین مجموعه ای از بارها یا حدود حیاتی و استانداردهای مبتنی بر اثرات فلزات سنگین موجود در آب های شیرین و خاک ها موافقت کردند.

برای خاک و آب شیرین هر دو، رویکردی مبنی بر حدود حیاتی کادمیوم، جیوه و سرب به گیرنده های کلیدی توصیه می شود. گیرنده های مربوطه در آب های شیرین عبارتند از ماهی ها برای جیوه، آب برای کادمیم و سرب، و گیرنده های موجود در خاک نیز عبارتند از بی مهرگان، محصولات غذایی و آب های زیرزمینی (و احتمالا میکرو ارگانیسم های موجود در خاک). 

برای مطالعه مقاله حذف فلزات سنگین در تصفیه آب روی لینک قبل کلیک نمایید.

 برای مطالعه مقاله خطرات آلودگی آب ناشی از فلزات سنگین و تصفیه آب روی لینک قبل کلیک نمایید.

**ن