X
تبلیغات
مجله الکترونیکی اکولوژی - فلزات سنگین در محیط زیست

     در دهه گذشته ورود آلاینده ها با منشاء انسانی مانند فلزات سنگین درون اکوسیستم، به مقدار زیادی افزایش یافته است كه این به عنوان یک خطر جدی برای حیات اکوسیستم زمین به شمار می آید. فلزات سنگین در یک مقیاس وسیع، از منابع طبیعی و انسان-ساخت وارد محیط زیست می شوند. میزان ورود این فلزات سنگین به داخل محیط زیست، بسیار فراتر از میزانی است که به وسیله فرایندهای طبیعی برداشت می شوند. بنابراین تجمع فلزات سنگین در محیط زیست قابل ملاحظه است. اولین عامل اثرات آلودگی فلزات در یک اکوسیستم، وجود فلزات سنگین در بیومس یک منطقه آلوده است كه سلامت انسان را به مخاطره می اندازد. تجمع فلزات سنگین در آب، هوا و خاک، یک مشکل زیست محیطی بسيار مهم می باشد.

در جدول تناوبی به آن تعداد ازعناصر که وزن اتمی بالائی داشته و در درجه حرارت اتاق خاصیت فلزی دارند فلز سنگین اطلاق می شود.از آنجائی که تعاریف مختلفی برای این عناصر شده و در این طبقه عناصر مختلفی قرار داده شده اند باید تنها از اصطلاح فلزات و یا شبهه فلزات استفاده نمود.

بر اساس این تعارف فلزات مس تا بیسموت در جدول تناوبی که دانستیته بیشتر از 4 دارند به عنوان فلزات سنگین تعریف شده اند.

در جدول تناوبی به فلزات گروه 3 تا 16 در تناوب 4 و 4 به بعد فلزات سنگین می گویند.

 

بسیاری از این عناصر نه تنها برای حیات بیولوژیکی ضروری نیستند بلکه بسیار هم خاصیت سمی دارند. ارگانیسمهای زنده به مقادیر بسیار کمی از فلزات سنگین برای ادامه رشد و بقاء نیار دارند که به اصطلاح به آنها Trace Elements می گویند مثل آهن ، کبالات ، مس ، منیزیم ، مولیبدن ، وانادیم ، استرنیم و روی و اگر ازآن حداقل مورد نیاز و ضروری افزایش یابند باعث اخلال در رشد می گردند.

سایر فلزات سنگین مانند جیوه ، سرب و کادمیم عناصر حیاتی نبوده و اثرات سود مندی بر حیات ارگانیسمهای زنده ندارند به طوریکه تجمع آنها در بدن موجودات زنده به خصوص پستانداران باعث بیماریهای خطرناکی می گردد.مسیرهای ورود به بدن پستانداران به طور معمول از طریق هوای آلوده که در مناطق صنعتی پس از بارندگی وارد خاک و آب زیرزمینی می شوند و همچنین از طریق دریاها و اقیانوسها می باشد.

در مسمومیتهای ناشی از مصارف داروئی فلزات سنگین شامل آهن ، منیزیم ، آلومینیوم یا برلیوم می باشند.  در مبحث حفاظت محیط زیست ، بهداشت و سلامت انسانها فلزاتي مانند سرب، جيوه، مس، كادميوم ، نيكل،کروم و.. جزء گروه فلزات سنگين بوده که اين عناصر و بسياري از ترکيبات آنها به لحاظ اثرات سوء و زيانبارشان بر سلامت انسان و محيط زيست از سموم پرخطر پيرامون ما محسوب مي گردند.اين سموم در هواي تنفسي، آب آشاميدني، مصالح ساختماني، لوازم آشپزخانه و حتي البسه موجود مي باشند.

 يکي از اساس ترين مسئله در ارتباط با فلزات سنگين عدم متابوليزه شدن آنها در بدن مي باشد. در واقع فلزات سنگين پس از ورود به بدن ديگر از بدن دفع نشده بلکه در بافتهائي مثل چربي، عضلات، استخوانها و مفاصل رسوب کرده و انباشته مي گردندکه همين امر موجب بروز بيماريها و عوارض متعددي در بدن مي شود.

حضور فلزات سنگین بیش از استانداردهای تعریف شده در محیط باعث بروز مشکلات و عوارض زیست محیطی برای ساکنان آن محل و اکوسیستم می گردد.تاثیرات فلزات سنگین روی انسان مختلف بوده و عمده ترین آن مربوط به بروز اختلالات عصبی است.

فلزات سنگين همچنين جايگزين ديگر املاح و مواد معدني مورد نياز در بدن مي گردند. مثلاً در صورت كمبود روي در مواد غذايي كادميوم جايگزين آن مي گردد. به طور کلي اختلالات عصبي (پاركينسون، آلزايمر، افسردگي، اسكيزوفرني) - انواع سرطان ها - فقر مواد مغذي - بر هم خوردن تعادل هورمونها - چاقي - سقط جنين - اختلالات تنفسي و قلبي، عروقي - آسيب به كبد، كليه ها و مغز - آلرژي و آسم - اختلالات غدد درونريز-عفونتهاي ويروسي مزمن - كاهش آستانه تحمل بدن - اختلال در عملكرد آنزيمها - تغيير در سوخت و ساز - ناباروري - كم خوني - خستگي - تهوع و استفراغ - سردرد و سرگيجه - تحريك پذيري - تضعيف سيستم ايمني بدن - تخريب ژنها - پيري زودرس-اختلالات پوستي - كاهش حافظه - بي اشتهايي - التهاب مفاصل - ريزش مو - پوكي استخوان و در موارد حاد مرگ از نتايج اثرات ورود فلزات سنگين به بدن انسان مي باشد.

از طرفي خاصيت سمی و قابلیت تجمع زیستی فلزات سنگين در گياهان وجانوران ونیز ورود آنها به زنجيره غذائي خطرات ناشي از آنها را دو چندان ساخته و تأثیرات اكولوژیكی زیاد را به وجود می آورد.

 

 عوارض جانبی فلزات سنگین در بدن انسان

 

همانطور که در شکل بالا آمده است تجمع فلزات سنگین در بدن انسان معمولا دارای عوارضی به شرح زیر می باشد :

  • اختلال در تعادل
  • سرد شدن پاها
  • نقص ایمنی
  • تحریکات پوستی
  • مشکلات گوارشی
  • خستگی
  • ناراحتی های قلبی و افزایش فشار خون
  • تحریک پذیری
  • ایجاد حساسیت
  • فراموشی
  • گیجی

 

منابع آلودگي

 منابع اصلي آلودگي فلزات سنگين شامل منابع انسان ساز و منابع طبيعي انتشار آنهامی باشد.

 به عنوان مثال منابع طبيعي انتشار کادميم  عمدتا شامل سنگهاي رسوبي ، سنگ فسفات هاي دريائي ، آتشفشانهاي فعال ، معادن و بسترهاي سنگي حاوي آنها ، درياچه ها ، جنگل سوزي و منابع انسان ساز آن انتشار از صنايع مصرف کننده محصولات حاوي کادميم مانند باطريهاي نيکل – کادميم ، پلاستيک ، سراميک ، شيشه ، رنگ ، مينا کاري که در توليد آنها از رنگهاي حاوي کادميم استفاده مي شود ، تثبيت کننده هاي کادميمي استفاده شده درفرآيند توليد محصولات پلي وينيل کلرايد (PVC) ، محصولات آهني و غير آهني با روکشهاي کادميمي ، آلياژهاي کادميمي و محصولات الکترونيکي ، زباله سوزها ي شهري ،  پسماندهاي صنايع فلزي مثل صنايع آهن و فولاد ، سيمان ، سنگ گچ ، روي ، سرب ، مس و آلياژهاي آنها وباقي مانده هاي سوخت هاي فسيلي و.... می باشد.

همچنين مصرف لجن فاضلاب و کودهاي فسفاته در زمينهاي کشاورزي و باقي مانده هاي ناشي از مصرف سوخت هاي فسيلي ، پسماند هاي صنايع سيمان و محل هاي دفن زباله ( که در آنها زباله هاي حاوي کادميم يا ناخالصيهاي آن وجود دارد ) از عوامل آلودگي کادميم درخاک هستند.

در مورد جيوه نيز مي توان به عمده موارد مصرف آن شامل كـاتاليست ها ، وسايل الكتريكي ترمومتر ، بارومتر ، لامپهاي جيوه اي ، ديگهاي بخار، توليدP.V.C ( كاربرد اكسيد جيوه به عنوان كاتاليزور ) ، آينه ، باطري ، توليد سود سوزآور ، محصولات كشاورزي (قارچ كش ، ‎آفت كش ، ضد باكتري و … ) و همچنين كاربرد زيادي از آن در دارو سازي ، رنگ سازي و مصرف در استخراج طلا نام برد. جيوه همچنين به عنوان ضد باكتري و يا نگهدارنده در تهيه رنگهاي مورد مصرف به كاربرده مي شود. بيشترين تركيب قابل استفاده جیوه  فنيل مركوريك استات و فنيل مركوريك اولآت بوده كه هر دو از درجه سميت بالايي برخوردارمي باشند . اكسيد جيوه نيز به عنوان يك تركيب ضد كپك در رنگهاي نقاشي استفاده مي شود .

 همچنين سالهاست كه از تركيبات جيوه در صابونها و كرمهاي آرايشي كه به منظور روشن تركردن پوست به كار مي رود استفاده مي شود . معمولاً اين فرآيند با مهار پيگامتاسيون انجام مي گيرد . استفاده از اين مواد در حال حاضر در برخي از كشورهاي آفريقايي ، آمريكاي شمالي و اروپا ممنوع گرديده است . اين مواد توسط كميته هاي بهداشتي مختلف اروپا مورد تجزيه و بررسي قرار گرفته و معلوم شده است كه برخي از صابونهاي حاوي 3-1 درصد يديد جيوه و كرمهاي سفيد كننده حاوي 5-1 درصد تركيبات آمونياكي جيوه هستند و چون در طول روز بر روي پوست باقي مي مانند فرصت كافي براي جذب در پوست خواهند داشت .

همچنين فلزات سنگين مثل سرب ، کادميم و جيوه از طريق پسماندها و فاضلابهاي حاوي آنها در صنايع ، مراکز خدماتي بهداشتي و درماني ، نساجي ها ، کارخانه هاي رنگسازي صنايع فلزي آهن و فولاد وصنايع فلزي غير آهني، زباله ها و پسماند هاي حاوي لامپهاي سوخته و باطريهاي مستعمل و ... به محيط زيست راه پيدا مي کنند. جيوه ، سرب و کادميم از طريق مصرف سوختهاي فسيلي و يا استفاده از زباله سوزهاي شهري براي دفع زباله ها هوا را نيز آلوده مي کنند.

کاربرد باتري خشک براي اسباب بازي ، ساعت ، لب تاپ ، تلفن هاي همراه، ابزار مکانيکي قابل حمل و کامپيوتر ميزان آنها را در زباله هاي شهري افزايش مي دهد .باتريهاي آلکالين هر روز در خانه ها در ريموت ( کنترل ها ) چراغ هاي چشمک زن و ديگر وسايل الکترونيکي استفاده مي شوند.باتريهاي که در ساعت ، وسايل کمک شنوايي و .. استفاده مي شوند نيز حاوي جيوه ، نقره، کادميوم ، ليتيم ، يا ديگر فلزات سنگين هستند.

کادمیوم:

کادميوم عنصري فلزي و نرم به رنگ سفيد مايل به آبي است. اين عنصر به عنوان محصول فرعي از تصفيه روي به دست مي آيد و بيشتر خصوصيات آن شبيه روي است. کادميوم و ترکيبات آن بسيار سمي است. به طور طبيعي ساليانه حدود 25000 تن کادميوم وارد محيط زيست مي شود. حدود نيمي از اين کادميوم از طريق هوا زدگي سنگ ها وارد  رودخانه ها مي شود. آتش سوزي جنگل ها و آتش فشان ها، فعاليت هاي بشري مانند شيرابه هاي زباله هاي صنعتي، توليد کودهاي فسفاته مصنوعي از منابع مهم منتشر کننده کادميوم هستند.

اين عنصر عمدتاً از راه غذاهايي مانند جگر، قارچ، صدف رودخانه اي و ... که کادميوم بالايي دارند، وارد بدن انسان شده و نهايتاً در کليه تجمع مي يابد. از عوارض نا مطلوب حضور آن در بدن مي توان به اسهال، شکم درد و استفراغ شديد، شکستگي استخوان، عقيم شدن، آسيب به سيستم عصبي مرکزي، آسيب به سيستم ايمني، ناهنجاري هاي رواني و آسيب احتمالي به DNA و سرطان اشاره کرد .

در اکوسيستم هاي آبي، کادميوم در صدفهاي رودخانه اي، ميگوها، خرچنگ ها و ماهي ها تجمع مي يابد. جانداراني که اين عنصر را ميخورند يا مي نوشند دچار فشار خون بالا، بيماريهاي کبدي و صدمات مغزي و نخاعي    مي شوند .

حداکثر مجاز کادميوم در آب آشاميدني، بر مبناي متوسط مصرف روزانه آب آشاميدني معادل با 5/2 ليتر، براي انساني به وزن 70 کيلوگرم، mg/lit 005/0  است

 

غلظت بیش از چند میکروگرم در لیتر کادمیوم، احتمالاً ناشی از تخلیه فاضلاب آلوده به کادمیوم می باشد. آب های با مقادیر کمتر از 1 میکروگرم در لیتر کادمیوم، غیر آلوده اند. میزان جذب کادمیوم در مواد غذایی، ناشی از نحوه تغذیه جانوران است، کلیه و کبد محل مناسبی جهت تمرکز کادمیوم می باشند، صدف های دریایی نیز از تجمع بالایی ازکادمیوم برخوردارند. جذب کادمیوم از طریق پوست بسیار محدود است. نیمه عمر بیولوژیک کادمیوم در انسان، در بافت های نرم و استخوان، ده تا سی سال می باشد.

 کادمیوم معمولاً به طور طبیعی در آب های سطحی و زیر زمینی وجود دارد. مسمومیت موجودات آبزی با کادمیوم، به عوامل دیگری نیز بستگی دارد، مثلاً کلسیم موجود در آب، اثرات سمی کادمیوم را کاهش می دهد. رودخانه های بسیار آلوده با کادمیوم، از طریق آبیاری در کشاورزی، لایروبی رسوبات و یا سیلاب ها می توانند مناطق اطراف را آلوده کنند. کادمیوم یک فلز بسیار سمی است كه عامل مرگ و میر بوده، بیماری جدی ناشی از آن در انسان بیماری روماتیسم یا تغییر شکل دردناک اسکلتی است. اثرات اصلی سمیت کادمیوم بر ریه ها، کلیه ها و استخوان هاست. کادمیوم، مقاومت در برابر باکتری ها و ویروس ها کاهش می دهد. کادمیوم ممکن است باعث مینرال زدایی اسکلت و افزایش شکنندگی استخوان و خطر شکستگی شود. سمیت حاد با کادمیوم، ممکن است باعث مرگ حیوانات و پرندگان شده و مسمومیت شدید در آبزیان ایجاد کند.

درپژوهشی تحت عنوان بررسي نرخ جذب و تجمع كادميوم در اندامهاي چهل گونه گياه خوراكي در وزارت نيرو شركت مديريت منابع آب انجام یافته دستور العمل هایی بر اساس نتایج آن ارایه گردیده که در ذیل آمده است:

دستورالعمل مصرف کم خطرتر اندام هاي خوراکي و علوفه اي گياهان رشد يافته در آب وخاک آلوده به کادميوم

از آنجائي که نرخ جذب و تجمع کادميوم در اندام هاي خوراکي سبزي ها بيشتر از ساير گياهان مورد بررسي مي باشد لذا توصيه مي گردد حتي الامکان از مصرف سبزي هاي رشد يافته در آب و خاک آلوده به کادميوم پرهيز شود.

اين موضوع در مورد کاهو که بيشترين مقدار جذب و تجمع کادميوم در برگ و ساقه را دارا مي باشد از اهميت بيشتري برخوردار بوده و پس از آن به ترتيب شامل مصرف شويد، شاهي، ريحان و اسفناج نيز مي شود. از ميان سبزي ها تره فرنگي کمترين مقدار کادميوم را از محيط ريشه جذب مي کند و نعناع در مرتبه بعد از آن قرار دارد. به عبارت ديگر مصرف اين دو سبزي از لحاظ انتقال کادميوم به بدن به مراتب کم خطرتر از مصرف کاهو، شويد، شاهي، ريحان و اسفناج مي باشد. شايان ذکر است که مقدار تجمع کادميوم در کاهو حدوداً 5/1 تا 2 برابر بيش از شويد، شاهي، ريحان و اسفناج مي باشد که در مقايسه با تره فرنگي و نعناع اين نسبت به ترتيب بيش از حدود 6 و 4 برابر مي باشد.

اختلاف فاحش تجمع کادميوم در پوست بعضي از محصولات نظير خيار، کدو، هويج و بادمجان نسبت به شکل پوست کنده آن، ضرورت پوست گيري از اين محصولات ( در صورتيکه در محيط آلوده به کادميوم رشد کرده باشد)، قبل از مصرف را به خوبي نشان مي دهد.

شايان ذکر است که مقدار تجمع کادميوم در پوست خيار وکدو در مقايسه با بخش بدون پوست آن حدود 4 و 3 برابر مي باشد. اين نسبت براي پوست بادمجان و هويج تقريباً 25/1 برابر نسبت به محصول بدون پوست آن  مي باشد.

دستورالعمل مصرف کم خطرتر اندام هاي خوراکي و علوفه اي گياهان رشد يافته در آب وخاک آلوده به کادميوم

مقدار تجمع کادميوم در مغز هسته هاي گياهي نظير مغز تخمه هندوانه، مغز تخمه کدوتنبل و مغز کدو در مقايسه با بسياري از گياهان بررسي شده کمتر مي باشد. بنابراين چنانچه اين محصولات در آب و خاک آلوده به کادميوم کشت شده باشند، مصرف آنها در مقايسه با خيلي از محصولات بررسي شده، کادميوم کمتري به بدن منتقل مي کند. لازم به يادآوري است که خطر انتقال کادميوم به بدن در شربيط يکسان (مصرف يک اندازه) براي کاهو نسبت به مغز تخمه هندوانه، مغز تخمه کدو تنبل و تخمه کدو به طور متوسط معادل 10، 9و 8 برابر بيشتر است. البته مغز تخمه آفتابگردان کادميوم بيشتري از آب و خاک آلوده جذب مي کند. به طوريکه خطر انتقال کادميوم به بدن از طريق مصرف تخمه آفتابگردان مي تواند نسبت به مغز تخمه هندوانه، تخمه کدو تنبل و تخمه کدو به ترتيب معادل 2/5 ، 2 و 2 برابر باشد. 

مقدار تجمع کادميوم در دانه غلات نظير ذرت، جو و گندم در مقايسه با بسياري از گياهان مورد بررسي خيلي کم است. مثلاً  مقدار تجمع کادميوم در کاهو حدود 25، 9 و 8 برابر به ترتيب بيشتر از ذرت، جو و گندم مي باشد. بنابراين در شرايط يکسان، خطر انتقال کادميوم از طريق اين محصولات به مراتب کمتر از ساير محصولات بررسي شده به ويژه سبزي ها مي باشد.

دستورالعمل تعيين ترتيب تقدم استفاده از آب آلوده به كادميوم براي آبياري

از آب آلوده به كادميوم به هيج وجه نبايد براي آبياري سبزي‌ها به ويژه كاهو، شويد، شاهي، ريحان، اسفناج استفاده شود. همچنين آبياري محصولاتي نظير كدو، تربچه، پياز، هويج و كلم با آب آلوده به كادميوم با آب آلوده به كادميوم توصيه نمي‌شود.

چنانچه فقط آب آلوده به كادميوم براي آبياري در اختيار باشد بهتر است در درجه اول از آن براي آبياري ذرت خوراكي و توت‌فرنگي و در درجه دوم ذرت علوفه‌اي، جو و گندم استفاده شود و از كاشت ساير محصولات كشاورزي در زمين آلوده شده نيز در نوبت‌هاي بعد خودداري شود.

آبياري گياهان علوفه‌اي شامل شبدر، يونجه و اسپرس با آب آلوده به كادميوم به هيچ ‌وجه توصيه نمي‌شود.

 

 نیكل:

نیكل یكی از عمومی ترین فلزات در آب های سطحی می باشد. ورود منابع آلوده شهری ممكن است این مقادیر را بیش از پنج برابر حالت عادی افزایش دهد. مقادیر كم نیكل برای تولید سلول های قرمز خون در بدن انسان نیاز می باشد، هر چند در مقادیر بالا تا حدودی می تواند سمی باشد. به نظر می رسد نیكل در كوتاه مدت مشكلاتی ایجاد نمی كند اما در طولانی مدت می تواند باعث كاهش وزن بدن، صدماتی به قلب، كبد، تحریك و حساسیت بالا شود. نیكل می تواند در آبزیان تجمع یابد. اما حضور آن در طول زنجیره ی غذایی بزرگنمایی ایجاد نمی كند. اغلب نمك های نیكل كه از طریق غذا وارد بدن می شوند، دفع می گردند. نیمه عمر نیكل حدود 11 ساعت است. بیشترین غلظت نیكل در استخوان، ریه، كلیه و كبد دیده می شود. سمّی ترین تركیب نیكل كه اغلب در كارخانه ها مشاهده می شود، كربونیل نیكل است. سمیت نیكل به صورت آلرژی، سرطان و اختلالات تنفسی دیده می شود.

 

وانادیوم:

فعالیت های انسانی (به ویژه صنایع فلزی) هر ساله 200 هزار تن وانادیوم را به محیط وارد می كنند. وانادیوم معمولاً از منابع طبیعی و همچنین سوخت های فسیلی وارد محیط می شود و در آب، خاك و هوا برای مدت طولانی می ماند. وانادیوم در محیط های آبی، پایدار بوده و در طولانی مدت اثر زیان آوری روی ارگانیسم های آبی به جای می گذارد.

 

روي:

روي فلزي نرم به رنگ سفيد مايل به آبي است. اين عنصر طعم نامطلوب تلخ و گزنده اي به آب مي دهد. روي به مقدار کم در تمام سنگ هاي آتش فشاني وجود دارد. ميزان روي طبيعي در خاک، حدود mg/kg 30-1 خاک مي باشد .

فلز روي که بعد از فولاد، آلومينيوم و مس پر مصرف ترين فلز صنعتي تلقي مي شود، به عنوان محافظ فولاد در صنعت آبکاري، به صورت فلز آلياژ کننده با مس جهت توليد برنج، در ريخته گري ها و همچنين به صورت ترکيبات شيميايي در لاستيک و رنگها به کار مي رود .

روي در بدن انسان، در غلظت بالا، در پروستات، استخوان، عضله و کبد پيدا شده است. نيمه عمر روي باقيمانده در بدن انسان، يک سال است. روي عنصري حياتي براي تمامي ارگانيسم هاي زنده است. بعضي از عوارض نامطلوب آن عبارتند از مسموميت، تب، دل آشوبه، تهوع، استفراغ و اسهال متعاقب مصرف نوشيدني هاي اسيدي يا غذاهايي که در ظروف گالوانيزه تهيه و نگهداري مي شوند

 

سرب و دیگر فلزات سمی:

سرب عنصري فلزي و نرم به رنگ سفيد مايل به آبي است که فوق العاده سمي مي باشد. اين عنصر داراي جلاي فلزي، رسانايي پايين و خاصيت چکش خواري و مفتول پذيري است و مقاومت بالايي در برابر خوردگي دارد .

سرب به طور طبيعي در محيط زيست وجود دارد ولي در اکثر موارد حاصل فعاليت هاي بشري از قبيل کاربرد در توليد بنزين مي باشد. نمک هاي سرب از راه اگزوز اتومبيل ها وارد محيط زيست شده و خاک، آب و هوا را آلوده    مي کند. در چند سال اخیر با حذف سرب از سوخت وسایل نقلیه، كمك بالایی به پاكسازی محیط شده است كه به نظر می‌رسد باید تلاش‌های بیشتری در این جهت صورت گیرد.

سرب يکي از چهار فلزي است که بيشترين عوارض را بر روي سلامتي انسان دارد. اختلال بيو سنتز هموگلوبين و کم خوني، افزايش فشار خون، آسيب به کليه، سقط جنين و نارسي نوزاد، اختلال سيستم عصبي، آسيب به مغز، ناباروري مردان، کاهش قدرت يادگيري و اختلالات رفتاري در کودکان از عوارض منفي افزايش غلظت سرب در بدن است .

مختل شدن عملکرد فيتوپلانکتون ها به عنوان يکي از منابع مهم توليد اکسيژن در درياها و در نتيجه بر هم خوردن تعادل جهاني موجودات آبزي از مهمترين عوارض نامطلوب حضور سرب در اکوسيستم هاي آبي است .

بنا بر استاندارد سازمان جهاني بهداشت در سال 1996، غلظت سرب در آب آشاميدني به mg/lit 01/0 محدود شده است .

بیشترین میزان سرب در کبد و پس از آن در آبشش، کلیه و تخمدان و البته خوشبختانه کمترین آن در عضله تجمع می یابد. درباره ی دو فلز سنگین نیکل و روی نیز بیشترین میزان در تخمدان ، سپس در کبد، آبشش و کلیه و کمترین میزان در عضله ی ماهی تجمع می یابد. البته آلودگی به فلزات سنگین تنها از طریق مصرف فرآورده های دریایی سلامت انسان را تهدید نمی کند. بلکه قرار گرفتن در معرض فلزات سنگین شامل آرسنیک ، سرب و جیوه حتی از طریق ظروف لعابی، مواد غذایی، آفت کش و علف کش های باغچه سلامت افراد خانواده را تحت تاثیر قرار می دهد.

فلزات سنگین از جمله آلاینده‏های زیست محیطی هستند كه مواجهه انسان با بعضی از آنان از طریق آب و مواد غذایی می‏تواند مسمویت‏های مزمن و بعضاً حاد و خطرناكی ایجاد نمایند. به عنوان مثالي ديگر، جیوه از عناصر سنگینی است که برای بدن مضر هستند و جزو مواد سمی به شمار می آیند و این عنصر با آنزیم های درونی بدن ترکیب و مانع از عمل آنها می شود. تجمع جیوه در بدن منجر به اختلالات شنوایی، لرزش عضلات، بروز بی حسی عمومی و برهم خوردن متابولیسم درونی می شود و از همه مهمتر این که جیوه عملکرد سیستم عصبی را مختل کرده و به رشد بافت مغزی آسیب جدی می رساند؛ نکته ای که به ویژه در مورد کودکان و زنان باردار باید به آن توجه کرد. غذاهای دریایی سرشار از پروتئین هستند، چربی اشباع شده کمتری دارند و از مواد مغذی بسیاری برخوردارند، اما برای اطمینان بهتر است بیشتر از دو تا سه بار در هفته مصرف نشوند. میزان جیوه موجود در انواع ماهی با یکدیگر متفاوت است. مثلا برخی از انواع ماهی تن، جیوه بیشتری دارند و در نتیجه به جای این که مفید باشند برای سلامتی مضر هستند. از آنجا که هنوز مشخص نیست مصرف کدام گونه ی ماهی با ضریب خطر بیشتری همراه است، مصرف کنندگان سعی کنند به جای مصرف یک نوع ماهی از انواع مختلف ماهی و غذاهای دریایی استفاده کنند.

سرب به دو روش وارد بدن انسان و حیوانات می‌شود و در آنها مسمومیت ایجاد می‌كند؛ یكی از طریق ورود به زنجیره غذایی از راه تغذیه از عناصر این زنجیره و دیگری از طریق تنفس هوای آلوده به سرب. از طریق تغذیه غلظت‌هایی از سرب وارد بدن انسان و جانداران می‌شود. هر چند در گذشته، عده‌ای از محققان تنها سرب موجود در هوا را مسوول آلودگی و سمیت سرب در انسان و جانداران می‌دانستند، اما امروزه معتقدند روزانه 33 درصد سرب وارد شده به بدن افراد شهرنشین از هواست و عده‌ای هم سهم هوا را فقط 20 درصد می‌دانند. عوارض مسمومیت سرب در انسان شامل بالا رفتن میزان سرب در خون انسان و ایجاد مسمومیت در دو نوع حاد و مزمن است. در اثر مسمومیت مزمن، بیماری‌هایی نظیر قولنج سربی، فلج عصبی، فلج، ورم كلیه، كم‌خونی، بالا رفتن فشار اسید اوریك در خون، نقرس سربی و سقط جنین در انسان و حیوانات باردار بروز می‌كند. از مهم‌ترین عوارض مسمومیت حاد با سرب، آنسفالوپاتی و ضایعات مغزی است. در میان حیوانات، آلودگی سرب در دام‌های محلی تا حد زیادی مورد توجه دانشمندان بوده است؛ چرا كه انسان به طور مستقیم از فرآورده‌های آنها استفاده می‌كنند. ماهی‌های آب شیرین قادرند سرب را به صورت یون در خود جمع كنند. بسیاری از نرم‌تنان هم قادرند مقدار زیادی سرب آب دریا را در بافت‌های نرم خود ذخیره كنند. به طوری كه مقدار ذخیره شده سرب در صدف آنها 1000 بار بیشتر از سرب موجود در دریا بوده است. علامت‌های مسمومیت حاد با سرب در برخی حیوانات كوری، بزاق‌آوری مفرط، انقباض ماهیچه، ساییدگی دندان‌ها، انعكاس كم و مرگ ناگهانی است.

عنصر سنگین سرب از طریق منابع مختلف به محیط زیست وارد می‌شود و اثرات سمی آن در بدن انسان و دیگر جانداران تایید شده است. بنابراین ضرورت دارد، در استفاده از منابع حاوی سرب، دقت و بررسی لازم صورت گیرد و از ورود بی‌رویه ی آن به محیط زیست جلوگیری شود.

در تحقیقات انجام شده روی تالاب انزلی نشان داده است كه با دور شدن از مصب رودخانه هاي ورودي مقدار فلزات سنگين در رسوبات تالاب كاهش مي يابد وبیشترین تجمع فلزات سنگین را در مصب رودخانه های آلوده مشاهده نموده اند.

جیوه  قوی ترین سم فلزی است که در آب بصورت معدنی یا آلی دیده شده و به شکل متیل اتیل مرکوری در زنجیره غذائی وارد بدن آبزیان گرديده و تجمع می یابد. این فلز می تواند از طریق جفت وارد بدن جنین شده و ناهنجاریهای مختلفی ایجاد نماید.

صنایع عمده ترین منابع آلاینده مربوط به فلزات سنگین هستند. کارخانجاتی از قبیل آبکاری ، باطریسازی و تولید قطعات الکترونیک از مهمترین آنها می باشند.

اکثر قریب به اتفاق واحدهای تولید کننده فاضلاب صنعتی حاوی فلزات سنگین فاقد سیستم های تصفیه هستند و روزانه مقادیر فراوانی فاضلاب صنعتی را وارد محیط زیست یا شبکه فاضلاب شهری می نماید که باعث آلودگی منابع آبی می شوند. در مواردی نیز که فاضلاب صنعتی تصفیه می شود مشکل دفع و دفن لجن تولید شده وجود دارد که می تواند از طریق گیاهان، جذب و وارد چرخه غذایی شود . بنابراین حذف فلزات سنگین می بایستی در مورد لجن تصفیه خانه های فاضلاب نیز انجام گیرد .

پالایش فلزات سمی:

روشهای مختلفی برای حذف فلزات سنگین و خارج نمودن آنها از محیط از جمله پساب های صنعتی وجود دارد که به طور عمده شامل روشهای شیمیایی و بیولوژیک میگیرد.

از جمله روشهای شیمیایی می توان به خنثی سازی ترسیبی به کمک سود ، آهک یا کربنات سدیم اشاره کرد .

براي جلوگيري از ورود آلودگي ناشي از تجمع فلزات سنگين در خاك به داخل گياهان و نيز آبهاي زيرزميني،كه مي‌تواند خطرات جبران ناپذيري را ببار آورد،روشهاي متعددي در دنيا بررسي و مورد آزمايش قرار گرفته‌اند.از جمله روشها كه هنوز در ايران مورد آزمايش کافی قرار نگرفته،بررسي و عملكرد تثبيت فلزات سنگين توسط خاك رس در خاكهاي آلوده مي‌باشد.خاك هاي رس به دليل خاصيت هيدراته شدن مي‌توانند مواد آلي و غيرآلي را در ساختمان خود جلب نمايند.که این خود بستر مناسبی برای پژوهش در این زمینه می باشد.

در بحث روش های بیولوژیک که می توان به آن Bioremediation اطلاق کرد نیز مدلهای مختلفی ارایه شده است .یکی از مدلها ،روش احیای باکتریائی سولفات می باشد به این ترتیب که باکتری های احیا کننده سولفات ترکیبات آلی مانند متانول و اتانول را  با استفاده ازسولفات اکسید نموده وبی کربنات وسولفید هیدروژن ایجاد می نماید . در مرحله بعد سولفید هیدروژن با یونهای فلزات سنگین ترکیب و سولفید های نا محلول به شکل لجن متراکم رسوب می نماید .در حالا حاضر تصفیه خانه های متعددی در نقاط مختلف جهان با استفاده از انواع میکروارگانیزمها عمل حذف فلزات سنگین را انجام میدهند.

اکثر فلزات سنگين عناصر واسطه هستند که کاتيون هاي فلزي سنگين را تشکيل مي دهند. اين يون ها به خاطر داشتن توانايي تشکيل ترکيبات پيچيده، نقش اساسي در واکنش هاي بيوشيميايي گوناگون ايفا مي کنند و در غلظت هاي بالا براي سلول سمي هستند.

از اين رو مطالعه انتقال، ژنتيک و مکانيسم هاي مقاومت به فلزات سنگين در باکتري ها، ممکن است در درک عملکرد و فيزيولوژي اين سلول ها سودمند باشد. بيشتر فلزات سنگين، عناصر وابسته (انتقالي) هستند که اوربيتال هاي d آنها به طور کامل پر نشده است. اوربيتال هاي d موجب ايجاد کاتيون هاي فلزي سنگين مي شوند که اين کاتيون ها توانايي تشکيل ترکيبات پيچيده را داشته و ممکن است داراي فعاليت هاي احيايي يا فاقد آن باشند. در غلظت هاي بالاتر، يون هاي فلزات سنگين، ترکيبات پيچيده غيراختصاصي را در سلول تشکيل مي دهند که منجر به اثرات سمي مي شود. برخي از کاتيون هاي فلزات سنگين مانند cd2+ , Hg2+,Ag+ کمپکس هاي سمي را تشکيل مي دهند که براي اعمال حياتي سلول بسيار خطرناک است. بنابراين غلظت درون سلولي يون هاي فلزات سنگين بايستي به شدت کنترل شده و از افزايش تراکم آنها جلوگيري شود.

جذب عناصر فلزي به پوشش باکتري ناشي از خاصيت آنيوني پوشش است که قادر به ترکيب شيميايي يا جذب کاتيون هاي فلزي است.

باکتري ها به دو دليل فلزات را جذب خود مي کنند؛ 1- کاهش غلظت فلز در محيط و در نتيجه کاهش نقش مسموم کننده آن براي باکتري 2- ذخيره فلز براي سنتز مواد ساختاري خود که چنانچه در محيط هاي اين عناصر قرار بگيرند، آنها را آزاد کرده و پس از انتقال به داخل سلول به مصارف ساختاري خود برسانند.

به طور کلي فلزات را از نظر سمي و در دسترس بودن براي باکتري به 3 دسته تقسيم مي کنند؛

- فلزاتي که به فراواني در دسترس ميکروارگانيسم ها بوده و در غلظت هاي موجود در طبيعت (10 الي 20 گرم در ليتر) فاقد خاصيت سمي است مانند آهن، کلسيم، منيزيم و غيره.

- فلزاتي که به طور نسبي در دسترس ميکروارگانيسم ها بوده و براي آنها نقش مسموم کننده را دارند. معمولاً ميکروارگانيسم ها غلظت بالاتر از 1000 در ميليون (ppm) آنها را تحمل نمي کنند مانند نقره، کادميم، آنتيموان، قلع، بسيموت و غيره.

- فلزاتي که همانند دسته قبلي مسموم کننده هستند ولي به علت کميابي يا نامحلول بودن اکثر ترکيبات آنها عملاً در دسترس ميکروارگانيسم ها قرار نمي گيرند مانند زيرکنيم، تنگستن، هامنيوم و بسياري از فلزات راديواکتيو.

مکانيسم هاي اتصال فلز به جدار خارجي سلول را مي توان به سه دسته تقسيم کرد؛

- جذب الکتريکي؛ در اين مکانيسم بار الکتريکي منفي جدار باعث کشش و جذب بارهاي مثبت الکتريکي (کاتيون ها) مي شود.

- جذب فيزيکي يا جذب با دخالت نيروهاي واندروالس؛ در اين نوع اتصال، مولکول هاي فلزي داراي حرکت موازي با سطح جذب کننده هستند. در اين اتصال در عين حال که مولکول هاي فلزي داراي حرکت هستند، ولي نمي توانند از سطح خارجي سلول فاصله گرفته و دور شوند.

- جذب شيميايي؛ در اين اتصال عامل آنيوني موجود در جدار سلول با کاتيون فلزي وارد واکنش شيميايي شده و با تشکيل يک ترکيب پايدار به آن اتصال مي يابد.

ميکروارگانيسم ها بعضي از فلزات را که داراي خاصيت مسموم کننده شديد هستند، از محيط جذب و در درون سلول به صورت بي خطر و غيرسمي درآورده و سپس آن را ذخيره يا مجدداً به محيط خارج دفع مي کنند براي اين منظور از مکانيسم هاي متفاوتي استفاده مي کنند؛

- متيله کردن فلز؛ باکتري ها بعضي از فلزات و به خصوص فلز جيوه را به صورت ترکيبات فرار متيلات جيوه درآورده و مجدداً به محيط خارج منتقل مي کنند. اين ترکيب، فرار بوده و به صورت گازي از محيط خارج مي شود.

 اين عمل در چند مرحله انجام مي گيرد؛ 1- جذب ترکيب حاوي فلز در روي جدار 2- انتقال ترکيب فلزدار به داخل سلول 3- احيا و تبديل فلز موجود در ترکيب به صورت عنصري 4- توليد آنزيم هايي که بعضي از موادآلي را تبديل به گروه متيل مي کند به عنوان مثال باکتري ها با تغيير شکل ماده آلي متيل کوبالامين (ويتامين B12) آن را به گروه متيل تبديل مي کنند. 5- ترکيب گروه متيل توليد شده با فلز 6- انتقال ترکيب متيله شده به خارج و تصاعد آن از محيط به فضا و کاهش مسموميت محيط. متيله کردن منحصر به فلز جيوه نبوده و فرار کردن ساير فلزات مانند سرب، ارسنيک، سلنيوم، قلع و آنتيموان نيز با اين روش در باکتري ها ديده شده است بعضي از باکتري ها براي فرار کردن از گروه اتيل استفاده مي کنند n(-C2H5) که ضريب n متغير بوده و بستگي به نوع فلز دارد. به عنوان مثال اين ضريب در مورد فلز قلع مساوي با يک است. محل انجام واکنش در داخل سلول برحسب نوع فلز متغير است. فلزاتي مانند تلور، کروم، کادميم، مس و نقره در پلاسميد موجود در سلول تغيير شکل يافته و به صورت ترکيب فرار به خارج از فلزات مانند جيوه در کروموزوم تغيير شکل مي يابند و تعدادي از فلزات توسط ريبوزوم ها مورد عمل قرارگرفته و به صورت فرار در مي آيند.

- سولفوره کردن؛ بعضي از باکتري ها ترکيب فلزدار را پس از احيا و تبديل فلز به صورت عنصر آن را سولفوره کرده و ذخيره مي کنند. به عنوان مثال تيوباسيلوس ها ترکيبات نقره دار را به صورت سولفوره درآورده و سپس در جدار خود ذخيره مي کنند، به طوري که جدار خشک اين باکتري ها تا 25 درصد حاوي سولفور نقره است.

- رسوب فلزات مسموم کننده به صورت غيرمستقيم؛ بعضي از باکتري ها آهن را از محيط خارج جذب و در داخل سلول تبديل به آهن سه ظرفيتي يا هيدروکسيد آهن سه ظرفيتي مي کنند که در جريان رسوب، بسياري از يون هاي فلزي ديگر را جذب و همراه خود راسب مي کند و بدين ترتيب يون هاي فلزي مسموم کننده همراه با هيدروکسيدآهن سه ظرفيتي رسوب کرده و از محيط زندگي باکتري خارج مي شوند.

ساير روش هاي حذف فلزات سنگين توسط ميکروارگانيسم ها شامل تشکيل کمپلکس توسط گروه هاي کربوکسيل پلي ساکاريدهاي ميکروبي و ساير پليمرها، رسوب دادن (براي مثال رسوب دادن cd به وسيله کلبسيلا آئروژنز)، تبخير (براي مثال جيوه) و تجمع داخل سلولي است. مکانيسم هاي متفاوت به يون هاي فلزي ضروري در ارتباط مستقيم با مکانيسم هاي هومئوستازي بوده و به اين ترتيب حيات سلول تحت شرايط افزايش فلز يا فقدان آن تضمين مي شود. مطالعه انتقال، ژنتيک و مکانيسم هاي متفاوت به فلزات سنگين در باکتري ها ممکن است در درک عملکرد فيزيولوژي سلول ها و افزايش دادن توانايي ميکروارگانيسم ها براي خارج کردن يون هاي فلزي زيان آور مفيد باشد. ازاين رو امروزه استفاده از ميکروارگانيسم ها براي پاکسازي محيط از فلزات سنگين يک راه حل طبيعي، پايدار و اقتصادي است.

فيتواكستركشن  :Phytoextraction

روش هاي حذف آلودگي هاي محيطي توسط گياهان یا Phytoremediation امروزه بسیار مورد توجه اکولوژیست ها می باشد.  اصطلاح "فيتواكستركشن" بيشتر در مورد جداسازي فلزات سنگين يا راديونوكلوئيدها از خاك بوسيله قابليت هاي جذب گياهي به كار برده مي شوند. گياهان مي توانند فلزات لازم براي رشد مثل Fe, Mn, Cu, Mg, Mo و احتمالا Ni را در خود ذخيره كنند. به علاوه برخي از آنها مي توانند فلزات سنگيني را كه هيچ عملكرد بيولوژيكي شناخته شده اي ندارند مثل Cd, Cr, Pb, Co, Ag, Se و Hg در خود انباشته نمايند. گياهان براي سوخت و ساز فلزات به تعادلي ميان جذب يونهاي فلزي ضروري براي رشد و توانايي حفظ فعاليت ها و ساختارهاي سلولي حساس در برابر مقادير فلزات ضروري و غير ضروري احتياج دارند. مقاومت گياهان در برابر يون هاي فلزات سنگين مي تواند بوسيله مكانيزم اجتناب ايجاد گردد كه بيشتر شامل ثابت ماندن فلزات در ريشه و جدارهاي سلولي مي شود. تلرانس (Tolerance) فلزات سنگين، براساس تجمع يونهاي فلزات سنگين واكوئل ها، پيوند آنها بوسيله ليگاندهاي مناسب مثل اسيدهاي آلي، پروتئينها و پپتيدها و حضور آنزيمهاي فعال در درجات بالاي يونهاي فلزي، مي باشد.
   فرآيند فيتواكستركشن به دليل حجم و وسعت مشكلات زيست محيطي مرتبط با خاك هاي آلوده به فلزات و فوايد اقتصادي فن آوري اصلاح خاك توسط گياه يكي از بزرگترين فرصت هاي اقتصادي محسوب مي شود. البته بايد توجه داشت كه هر گياهي را نمي توان بدين منظور به كار برد.


   بهترين گياهاني كه براي فيتواكستركشن مورد استفاده قرار مي گيرند، بايد داراي چنين خصوصياتي باشند:

در برابر درجات بالاي فلزات مقاوم باشند، مقادير زيادي فلز را در بخش هاي قابل رشد خود ذخيره كنند، سرعت رشد زيادي داشته باشند، بتوانند بيوماس عالي توليد كنند و سيستم ريشه اي گسترده داشته باشند.
   ايده استفاده از گياهان براي خارج ساختن فلزات از خاك از كشف گياهان وحشي متفاوت سرچشمه مي گيرد. اغلب گياهاني كه بومي خاكهاي كاني دار هستند، تجمعات بالايي از فلزات را در شاخ و برگ خود دارند.

از جمله گیاهانی که در فيتواكستركشن به آنها اشاره شده عبارتند از:

Brassica juncea L. , Brassica nigra L. , Brassica campestris L., Brassica carinata , Brassica napus L. , Brassica oleracea L. ,  Helianthus annuus L. , Nicotiana tabacum L. , Sorghum bicolor L. , Amaranthus hybridus L. , Amaranthus paniculata L. , Zea mays L., Festuca arundinacea Schr

 

+ نوشته شده توسط دکـتر پورنگ کسرایی در سه شنبه بیست و چهارم آذر 1388 و ساعت 21:41 |