ارزیابی شاخص‏‌های آلودگی فلزات سنگین جریان آب رودخانه اترک ناشی از تخلیه پساب تصفیه‌‏خانه فاضلاب شهری بجنورد

فصلنامه آب و توسعه پایدار

مقاله 7، دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 35، خرداد 1404، صفحه 64-81

نوع مقاله: مطالعه موردی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jwsd.v12i1.2503-1411

نویسندگان

مرضیه جهانی؛ صادق پرتانی^* ؛ غلامحسین اکبری؛ علی جعفری

گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران

چکیده

این پژوهش به بررسی تغییرات غلظت فلزات سنگین با هدف انتقال آلاینده‌های احتمالی و فاصله انتقال موثر آنها در رودخانه اترک که تحت تاثیر از تخلیه پساب تصفیه‌خانه شهری بوده و کاربری کشاورزی را در پایین دست نقطه تخلیه به همراه دارد می‌پردازد. که شامل مراحل پیمایش میدانی، سنجش‌های درجا، نمونه‌برداری و تحلیل شاخص‌ها می‌باشد. نمونه‌برداری از محیط آب و رسوب به ترتیب در پنج و یک ایستگاه منتخب در تابستان 1403 با دو نمونه هم‏زمان (Duplicate) انجام شد، تا از کیفیت نمونه برداری اطمینان حاصل شود (QA) و نمونه‌ها نماینده واقعی جامعه قابل کنترل مجدد باشد (QC). اندازه‌گیری فلزات سنگین به وسیله دستگاه ICP-OES انجام شد. شاخص Cd در کلیه ایستگاه‏‌ها به جز ایستگاه S2، (پایین‌دست تخلیه پساب)، در محدوده آلودگی متوسط قرار دارد. شاخص‌های HEI وHPI  حداکثر آلودگی را در ایستگاه S2 تأیید کردند. الگوی توزیع ‌مکانی عناصر سنگین متفاوت بود. As و Pb دارای طیف ثابت در طول مسیر هستند، درحالی‏که Cr و Fe روند افزایشی را نشان می‌دهند. چراکه همبستگی قوی بین آنها وجود دارد. شاخص Igeo برای تمامی فلزات فاقد آلودگی هستند. مقادیر شاخص Cf برای Cd در محدوده آلودگی متوسط قرار دارد. شاخص HI برای خردسالان مقدار حدود 5/0 را نشان می‏‌دهد که حاکی از غیر سرطان‏زا بودن می‌باشد. بر این اساس، در شرایط هیدرولیکی حاکم، رودخانه توانایی انتقال آلاینده‌های ناشی از پساب را تنها تا فاصله 50-100 متری از نقطه تخلیه دارد. این یافته‌ها اهمیت مدیریت پساب و پایش مستمر کیفیت آب در مناطق مشابه را برجسته می‌سازد.

کلیدواژه‌ها

آلودگی؛ کیفیت آب؛ فلزات سنگین؛ رودخانه

مراجع

استانداری گلستان. (1393). مطالعه توسعه اقتصادی و اجتماعی حوضه آبریز اترک (اترک سفلی). گرگان.

آقامیرزاده، شاهین، گنجه‌‏ای زاده روحانی، فاطمه، سعیدیان، حمزه، و گنجه‌ای‌زاده، کامران. (1401). بررسی تغییرات عنصر آلومینیوم در آب‌های سطحی و زیرزمینی حوزه آبخیز سرچشمه استان کرمان. مدیریت جامع حوزه‏‌های آبخیز، 2(1)، 72-61. 10.22034/ iwm.2022.551640.1026  DOI:

پرتانی، صادق، رشیدی، انیسه، جراحی، هادی، جعفری، علی، و ارژنگی، امین. (1402 الف). ارزیابی ریسک اکولوژیکی فلزات سنگین در رسوبات تالاب‌های (شوره زار) ساحلی، مطالعه موردی: تالاب‏‌های ساحلی خلیج چابهار، اکوسیستم حرا. تحقیقات آب و خاک ایران، 54(11)، 1733-1757. DOI: 10.22059/ijswr.2023.360884.669517

پرتانی، صادق، طاهریان، عباس، جعفری، علی، جراحی، هادی، و ارژنگی، امین. (1402ب). شناسایی و ارزیابی کاربری اراضی موثر بر آلودگی بیولوژیکی رواناب شهری. محیط‌شناسی، 49(4)، 437-456. DOI: 10.22059/jes.2023.361348.1008423

پرتانی، صادق، و نوروزی، آسیه. (1402). بررسی و تحلیل حساسیت ریسک مراکز دفن زباله بر آلودگی منابع پذیرنده آب استان خراسان شمالی. فصلنامه علوم محیطی، 21(1)، 64-47. DOI: 10.48308/envs.2023.1222

پرتانی، صادق، یحیی آبادی، حمید، و جعفری، علی. (1403). ارزیابی فرآیندهای تصفیه؛ استحصال و بازچرخانی آب از پساب انسانی در برج‌های مرتفع با بهره‌گیری از روش‌های اتوماسیون (مطالعه و اجرای موردی: برج سپهر تهران). نشریه مهندسی عمران و محیط‌زیست، 54(116)، 101-113. https://doi.org/10.22034/CEEJ.2024.59115.2297

قدیری، علی، هاشمی، سید حسین، و نصرآبادی، تورج. (1400). بررسی غلظت فلزات سنگین شاخص در رواناب شهری (مطالعه موردی: حوضه شمال و شرق تهران). نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، 53(10)، 4504-4489. DOI: 10.22060/ceej.2020.18384.6859

قلی‏‌زاده، محمد، و پورحمیدی، فرزانه. (1399). ارزیابی سلامت کیفیت آب رودخانه مادرسو (استان گلستان) با استفاده از شاخص زیستی چند معیاره. محیط‌‌شناسی، 46(2)، 375-390. DOI: 10.22059/jes.2021.300388.1007997

موسوی‏‌پور، فاطمه، کاظمی، آزاده، هادی‏‌پور، مهرداد، و هدایتی آق‌مشهدی، امیر. (1401). نقش آلاینده‌ها بر سلامت و محیط‌زیست با تأکید بر تاب‌آوری اجتماعی (مطالعه بر اساس آلاینده‌ها در شهر اراک). مدیریت جامع حوزه های آبخیز، 2(2)، 93-75. DOI: 10.22034/iwm.2022.552129.1027

نجاتی جهرمی، زهره، ناصری، حمیدرضا، نخعی، محمد، و علیجانی، فرشاد. (1396). ارزیابی کیفیت منابع آب زیرزمینی آبخوان ورامین از نظر قابلیت شرب: آلودگی با فلزات سنگین. سلامت و محیط‏زیست، ۱۰ (۴)، ۵۵۹-۵۷۲. http://ijhe.tums.ac.ir/article-1-5906-fa.html

کارگروه ملی سازگاری با کم آبی. (1403). خلاصه مدیریتی برنامه سازگاری با کم آبی استان خراسان شمالی. وزارت خانه‌‏های نیرو، جهاد کشاورزی، کشور و صنعت، معدن و تجارت.

Abbasi, S., Sheikh Fakhradini, S., Jaafarzadeh, N., Ebrahimi, P., & Ashayeri, S. Y. (2022). Eutrophication and sediment–water exchange of total petroleum hydrocarbons and heavy metals of Hashilan wetland, a national heritage in NW Iran. Environmental Science and Pollution Research, 29(18), 27007-27025. https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-021-17937-x

Afzaal, M., Hameed, S., Liaqat, I., Ali Khan, A. A., abdul Manan, H., Shahid, R., & Altaf, M. (2022). Heavy metals contamination in water, sediments and fish of freshwater ecosystems in Pakistan. Water Practice & Technology, 17(5), 1253-1272. https://doi.org/10.2166/wpt.2022.039

Akinsanya, B., Ayanda, I. O., Fadipe, A. O., Onwuka, B., & Saliu, J. K. (2020). Heavy metals, parasitologic and oxidative stress biomarker investigations in Heterotis niloticus from Lekki Lagoon, Lagos, Nigeria. Toxicology Reports, 7, 1075-1082. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2020.08.010

Ali, Z., Malik, R. N., & Qadir, A. (2013). Heavy metals distribution and risk assessment in soils affected by tannery effluents. Chemistry and Ecology, 29(8), 676-692. https://doi.org/10.1080/02757540.2013.810728

AShetaia, S., M Abu Khatita, A., A Abdelhafez, N., M Shaker, I., & B El Kafrawy, S. (2020). Evaluation of potential health risk, heavy metal pollution indices and water quality of Edku Lagoon-Egypt. Egyptian Journal of Aquatic Biology and Fisheries, 24(2), 265-290. DOI: 10.21608/ejabf.2020.80718

Aziz, K. H. H., Mustafa, F. S., Omer, K. M., Hama, S., Hamarawf, R. F., & Rahman, K. O. (2023). Heavy metal pollution in the aquatic environment: efficient and low-cost removal approaches to eliminate their toxicity: a review. RSC advances, 13(26), 17595-17610. DOI: 10.1039/D3RA00723E

Backman, B., Bodiš, D., Lahermo, P., Rapant, S., & Tarvainen, T. (1998). Application of a groundwater contamination index in Finland and Slovakia. Environmental geology, 36, 55-64. https://link.springer.com/article/10.1007/s002540050320

Biggs, H., Smart, G., Holwerda, N., Doyle, M., McDonald, M., & Ede, M. (2021). River discharge from surface velocity measurements-A field guide for selecting alpha. Envirolink Advice Report. Christchurch, New Zealand, DOI: 10.13140/RG.2.2.22159.05282/1

Edet, A. E., & Offiong, O. E. (2002). Evaluation of water quality pollution indices for heavy metal contamination monitoring. A study case from Akpabuyo-Odukpani area, Lower Cross River Basin (southeastern Nigeria). GeoJournal, 57, 295-304. https://link.springer.com/article/10.1023/B:GEJO.0000007250.92458.de

Feng, X., Long, R., Wang, L., Liu, C., Bai, Z., & Liu, X. (2022). A review on heavy metal ions adsorption from water by layered double hydroxide and its composites. Separation and Purification Technology, 284, 120099. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.120099

Förstner, U. (2002). Sediment sampling, sample preparation, grain size corrections, and chemical criteria. Publisher McGraw-Hill. New York, United States.

House, M. A., & Ellis, J. B. (1987). The development of water quality indices for operational management. Water Science and Technology, 19(9), 145-154. https://doi.org/10.2166/wst.1987.0076

Huang, Y., Chen, Q., Deng, M., Japenga, J., Li, T., Yang, X., & He, Z. (2018). Heavy metal pollution and health risk assessment of agricultural soils in a typical peri-urban area in southeast China. Journal of environmental management, 207, 159-168. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.10.072

Islam, M. S., Ahmed, M. K., Habibullah-Al-Mamun, M., & Hoque, M. F. (2015). Preliminary assessment of heavy metal contamination in surface sediments from a river in Bangladesh. Environmental earth sciences, 73, 1837-1848. DOI: https://link.springer.com/article/10.1007/s12665-014-3538-5

Islam, M. S., Proshad, R., & Ahmed, S. (2018). Ecological risk of heavy metals in sediment of an urban river in Bangladesh. Human and ecological risk assessment: an international journal, 24(3), 699-720. https://doi.org/10.1080/10807039.2017.1397499

Jiao, G. J., Ma, J., Li, Y., Jin, D., Zhou, J., & Sun, R. (2022). Removed heavy metal ions from wastewater reuse for chemiluminescence: Successive application of lignin-based composite hydrogels. Journal of Hazardous Materials, 421, 126722. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126722

Kachoueiyan, F., Karbassi, A., Nasrabadi, T., Rashidiyan, M., & De-la-Torre, G. E. (2024). Speciation characteristics, ecological risk assessment, and source apportionment of heavy metals in the surface sediments of the Gomishan wetland. Marine Pollution Bulletin, 198, 115835. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2023.115835

Khan, M., Omer, T., Ellahi, A., Ur Rahman, Z., Niaz, R., & Ahmad Lone, S. (2023). Monitoring and assessment of heavy metal contamination in surface water of selected rivers. Geocarto International, 38(1), 2256313. https://doi.org/10.1080/10106049.2023.2256313

Kuriata-Potasznik, A., Szymczyk, S., & Skwierawski, A. (2020). Influence of cascading river–lake systems on the dynamics of nutrient circulation in catchment areas. Water, 12(4), 1144. https://doi.org/10.3390/w12041144

Leventeli, Y., & Yalcin, F. (2021). Data analysis of heavy metal content in riverwater: multivariate statistical analysis and inequality expressions. Journal of Inequalities and Applications, 2021(1), 14. https://link.springer.com/article/10.1186/s13660-021-/02549-3

Loredo, J., Soto, J., Ordonez, A., & Alvarez, R. (2009). Mercury and arsenic pollution associated to artisanal gold mining in Huanca (Ayacucho Department, Peru). Fresenius environmental bulletin, 18(4), 391-398. https://www.cabidigitallibrary.org/doi/full/10.5555/20093156963#

Mohammad Ali, B. N., Lin, C. Y., Cleophas, F., Abdullah, M. H., & Musta, B. (2015). Assessment of heavy metals contamination in Mamut river sediments using sediment quality guidelines and geochemical indices. Environmental monitoring and assessment, 187, 1-11. https://link.springer.com/article/10.1007/s10661-014-4190-y

Mohan, S. V., Nithila, P., & Reddy, S. J. (1996). Estimation of heavy metals in drinking water and development of heavy metal pollution index. Journal of Environmental Science & Health Part A, 31(2), 283-289. https://doi.org/10.1080/10934529609376357

Mokarram, M., Saber, A., & Sheykhi, V. (2020). Effects of heavy metal contamination on river water quality due to release of industrial effluents. Journal of Cleaner Production, 277, 123380. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123380

Moore, F., Esmaeili, K., & Keshavarzi, B. (2011). Assessment of heavy metals contamination in stream water and sediments affected by the Sungun porphyry copper deposit, East Azerbaijan Province, Northwest Iran. Water Quality, Exposure and Health, 3, 37-49. https://link.springer.com/article/10.1007/s12403-011-0042-y

Moslehi, A., Faizian, M., & Eisvand, H. (2019). Effect of Phosphate fertilizer in salinity stress conditions on Cadmium fate in the plant and qualitative characteristics of tobacco. Journal of Crop Production, 12(2), 89-106. DOI: 10.22069/ejcp.2019.15233.2136.

MULLER, G. (1969). Index of Geoaccumulation in sediments of the Rhine River. Geojournal, 2, 108-118, DOI:https://cir.nii.ac.jp/crid/1571135650738121472

Nasrabadi, T. (2015). An indexapproach tometallic pollution in riverwaters. International Journal of Environmental Research, 9(1), 385-394.

Nayek, S., Gupta, S., & Saha, R. N. (2013). Heavy metal distribution and chemical fractionation in water, suspended solids and bed sediments of industrial discharge channel: an implication to ecological risk. Research Journal of Chemistry and Environment, 17(6), 26-33. www.academia.edu/49897552/

Partani, S., Mehr, A. D., & Jafari, A. (2024). Enhancing nutrient absorption through the influence of mangrove ecosystem on flow rate and retention time in salt marshes. Science of the Total Environment, 924, 171518. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171518

Partani, S., Mehr, A. D., Ahmadi, K. A., Alaei, M., Maghrebi, M., Taniwaki, R. H., & Jafari, A. (2024). Identifying toxic elements in water, sediments, and roots of mangrove forest (Avicennia marina) in Chabahar Bay, Sea of Oman. Science of The Total Environment, 954, 176635. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.176635

Poshtegal, M. K., & Mirbagheri, S. A. (2019). The heavy metals pollution index and water quality monitoring of the Zarrineh river, Iran. Environmental & Engineering Geoscience, 25(2), 179-188. https://doi.org/10.2113/EEG-1996

Prasad, B., & Bose, J. (2001). Evaluation of the heavy metal pollution index for surface and spring water near a limestone mining area of the lower Himalayas. Environmental geology, 41(1), 183-188. https://link.springer.com/article/10.1007/s002540100380

Qing, X., Yutong, Z., & Shenggao, L. (2015). Assessment of heavy metal pollution and human health risk in urban soils of steel industrial city (Anshan), Liaoning, Northeast China. Ecotoxicology and environmental safety, 120, 377-385. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.06.019

Raj, A. R. A., Mylsamy, P., Sivasankar, V., Kumar, B. S., Omine, K., & Sunitha, T. G. (2024). Heavy metal pollution of river water and eco-friendly remediation using potent microalgal species. Water Science and Engineering, 17(1), 41-50. https://doi.org/10.1016/j.wse.2023.04.001

Saleh, H. N., Panahande, M., Yousefi, M., Asghari, F. B., Oliveri Conti, G., Talaee, E., & Mohammadi, A. A. (2019). Carcinogenic and non-carcinogenic risk assessment of heavy metals in groundwater wells in Neyshabur Plain, Iran. Biological trace element research, 190, 251-261. https://link.springer.com/article/10.1007/s12011-018-1516-6

Segura, R., Arancibia, V., Zúñiga, M. C., & Pastén, P. (2006). Distribution of copper, zinc, lead and cadmium concentrations in stream sediments from the Mapocho River in Santiago, Chile. Journal of geochemical exploration, 91(1-3), 71-80. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2006.03.003

Singh, K. P., Mohan, D., Singh, V. K., & Malik, A. (2005). Studies on distribution and fractionation of heavy metals in Gomti river sediments—a tributary of the Ganges, India. Journal of hydrology, 312(1-4), 14-27. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2005.01.021

Singh, V., Singh, N., Rai, S. N., Kumar, A., Singh, A. K., Singh, M. P., Sahoo, A., Shekhar, S., Vamanu, E., & Mishra, V. (2023). Heavy metal contamination in the aquatic ecosystem: toxicity and its remediation using eco-friendly approaches. Toxics, 11(2), 147. https://doi.org/10.3390/toxics11020147

Snoeyink, V. L., & Jenkins, D. (1991). Water chemistry. John Wiley & Sons. Chapter Two. New York, USA.

Sojka, M., & Jaskuła, J. (2022). Heavy metals in river sediments: contamination, toxicity, and source identification—a case study from Poland. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(17), 10502. https://doi.org/10.3390/ijerph191710502

Stumm, W., & Morgan, J. J. (2013). Aquatic chemistry: chemical equilibria and rates in natural waters. John Wiley & Sons. Chapter one. New York USA.

Tyagi, S., Sharma, B., Singh, P., & Dobhal, R. (2013). Water quality assessment in terms of water quality index. American Journal of water resources, 1(3), 34-38. DOI: 10.12691/ajwr-1-3-3

US Environmental Protection Agency. (1996). Method 1669: Sampling ambient water for trace metals at EPA water quality criteria levels. Washington, D.C., USA.

USEPA. (1996). Method 1669: Sampling Ambient Water for Trace Metals at EPA Water Quality Criteria Levels. Environmental Protection. USA.

Wang, Y., Qiu, Q., Xin, G., Yang, Z., Zheng, J., Ye, Z., & Li, S. (2013). Heavy metal contamination in a vulnerable mangrove swamp in South China. Environmental monitoring and assessment, 185, 5775-5787. https://link.springer.com/article/10.1007/s10661-012-2983-4

Xie, Q., & Ren, B. (2022). Pollution and risk assessment of heavy metals in rivers in the antimony capital of Xikuangshan. Scientific reports, 12(1), 14393. https://www.nature.com/articles/s41598-022-18584-z

Yadav, G., Shanmugam, S., Sivaramakrishnan, R., Kumar, D., Mathimani, T., Brindhadevi, K, & Rajendran, K. (2021). Mechanism and challenges behind algae as a wastewater treatment choice for bioenergy production and beyond. Fuel, 285, 119093. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119093

Yerima, E. A., Itodo, A. U., Shaâ, R., & Wuana, R. A. (2020). Ecological risk assessment of mineral and heavy metals levels of soil around auto mechanic village Wukari, Nigeria. Academic Journal of Chemistry, 5(7), 81-90.  DOI: 10.32861/ajc.57.81.90

Yılmaz, F., Özdemir, N., Demirak, A., & Tuna, A. L. (2007). Heavy metal levels in two fish species Leuciscus cephalus and Lepomis gibbosus. Food chemistry, 100(2), 830-835. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2005.09.020

Zaynab, M., Al-Yahyai, R., Ameen, A., Sharif, Y., Ali, L., Fatima, M., Khan, K.A., & Li, S. (2022). Health and environmental effects of heavy metals. Journal of King Saud University-Science, 34(1), 101653. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2021.101653

Zhang, P., Yang, M., Lan, J., Huang, Y., Zhang, J., Huang, S., Yang, Y., & Ru, J. (2023). Water quality degradation due to heavy metal contamination: health impacts and eco-friendly approaches for heavy metal remediation. Toxics, 11(10), 828. https://doi.org/10.3390/toxics11100828

Zhang, Q., Ren, F., Xiong, X., Gao, H., Wang, Y., Sun, W., Leng, P., Li, Z., & Bai, Y. (2021). Spatial distribution and contamination assessment of heavy metal pollution of sediments in coastal reclamation areas: a case study in Shenzhen Bay, China. Environmental Sciences Europe, 33, 1-11. https://doi.org/10.1186/s12302-021-00532-9

Zhao, Q., Wang, Y., Cao, Y., Chen, A., Ren, M., Ge, Y., Yu, Z., Wan, S., Hu, A., Bo, Q. & Li, L. (2014). Potential health risks of heavy metals in cultivated topsoil and grain, including correlations with human primary liver, lung and gastric cancer, in Anhui province, Eastern China. Science of the Total Environment, 470, 340-347. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.09.086

Zhao, X. M., Yao, L. A., Ma, Q. L., Zhou, G. J., Wang, L., Fang, Q. L., & Xu, Z. C. (2018). Distribution and ecological risk assessment of cadmium in water and sediment in Longjiang River, China: Implication on water quality management after pollution accident. Chemosphere, 194, 107-116. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.11.127