SUPERVISOR
Hossein Khademi Moughari,Samsolall Ayubi
حسین خادمی موغاری (استاد راهنما) شمس اله ایوبی (استاد راهنما)
STUDENT
Hamed Soltanalkotabi
حامد سلطان الکتابی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Elevational changes in the deposition rate and concentration of selected heavy metals of dust in isfahan city
Dust fallout is widely occurring in arid and semi-arid regions of the world. Dust particles are highly polluted due to their fine size and also high absorption capacity. Thus, heavy metals can be traorted on a large scale by binding to these particles. Isfahan is the second largest industrial city in Iran, with various factories and mines including Montazeri's Refinery and Power Plant in the north, Mobarakeh Steel Plant in the south and Iron Melting Complex in the west. Many investigations have been carried out on dust properties in Isfahan in recent decade, but there is no comprehensive study on the relationship between dust properties and elevation. Therefore, this study was carried out to investigate changes in the concentration of heavy metals, some chemical characteristics, texture and clay mineralogy of dust particles deposited in Isfahan city as affected by height. Dust samples were monthly collected for 5 months (from October to late February 2012) by glass traps mounted on the roofs of one to four story buildings in six separate zones and one to three story buildings in two distinct areas, with a total of 30 sites and 150 samples in the city In Isfahan. The rate of dust deposition was calculated as mass per unit area per unit time. The total concentrations of lead, zinc, manganese, chromium, cobalt, iron, nickel and copper in dust samples were measured by atomic absorption spectrometry after digestion with 6 normal nitric acid. Also, pH and electrical conductivity were determined in a 1: 2 extract of water to dust ratio and particle size distribution of dust samples was determined using a laser dispersion apparatus. Changes in clay mineralogy of dust particles were also studied by X-ray diffraction technique. The results showed that the average dust deposition rate decreased from 6.27 g / m 2 in October to 3.46 g / m 2 month in February, which could be attributed to the decrease in average wind speed and increase in soil moisture. The results of the size distribution of dust particles showed that, with increasing height, the sand content decreased while the percentage of clay and silt increased. It was also found that with increasing height, the percentage of particles smaller than 2, 5 and 10 micrometers in the fourth floor increased by 32, 31 and 30 percent, respectively, compared to that in the first floor. The results further indicated that the concentrations of lead, nickel, manganese and copper in the fourth floor increased by 44, 18, 16.5 and 21 percent, respectively, as compared to those in the first floor, but the concentrations of zinc and iron in the fourth floor decreased by 42 and 86 percent, respectively. Besides, the concentration of cobalt and chromium did not have any significant relationship with height. These could likely be attributed to the size distribution of different metals and also their origin. Also, the rate of heavy metals deposition in the upper floors was less than that of the first floor, which included 82%, 75%, 64%, 61%, 57%, 55%, 54%, and 39% decrease for Zn, Fe, Co, Cr, Mn, Cu,Ni and Pb, respectively, possibly due to lower deposion rates at higher altitudes. The results of clay mineralogy of dust showed that smectite, chlorite, vermiculite, illite, kaolinite, palygorskite and quartz minerals occur in all the dust samples, which are mostly similar to minerals in soils of eastern Isfahan. Some chemical properties of dust such as electrical conductivity, lime and pH did not change significantly at different altitudes. It is very much necessary to adapt proper management practices to reduce the rate of dust deposition rate and also the level of dust pollution with heavy metals, particularly the quantity of very fine particles (PM 10 ). Keywords: Dust, atmospheric fallout, altitude, heavy metals, texture, mineralogy.
فرونشست گرد و غبار به طور گسترده در مناطق خشک و نیمه خشک جهان اتفاق می افتد. ذرات گرد و غبار به دلیل اندازه ریز، جذب سطحی بالا، آلودگی بالایی دارند. فلزات سنگین با اتصال به این ذرات، می توانند در مقیاس وسیعی جابجا شوند. اصفهان دومین شهر صنعتی ایران است که کارخانجات و معادن مختلفی از جمله پالایشگاه و نیروگاه شهید منتظری در شمال، فولاد مبارکه در جنوب، کارخانه ذوب آهن در غرب آن قرار دارد. در دهه اخیر مطالعات زیادی بر روی ویژگی های گرد و غبار انجام شده است ولی تاکنون مطالعه جامعی با هدف تغییرات ارتفاعی خصوصیات مهم زیست محیطی گرد و غبار شهری اصفهان صورت نگرفته است. لذا این پژوهش با هدف بررسی تغییرات غلظت فلزات سنگین، برخی ویژگی های شیمیایی، بافت و کانی شناسی رسی گرد و غبار شهر اصفهان با ارتفاع انجام شد. نمونه های گرد و غبار به وسیله ی تله های شیشه ای نصب شده بر روی پشت بام ساختمان های یک تا چهار طبقه در شش منطقه و ساختمان های یک تا سه طبقه در دو منطقه شامل 30 نقطه در شهر اصفهان به صورت ماهانه طی 5 ماه (آخر مهر تا آخر بهمن سال 1396 مجموعاً 150 نمونه) جمع آوری شد. نرخ فرونشست گرد و غبار بر حسب واحد جرم بر واحد سطح در واحد زمان محاسبه گردید. غلظت کل فلزات سرب، روی، منگنز، کروم، کبالت، آهن، نیکل و مس بعد از هضم با اسید نیتریک ? مولار با توسط دستگاه جذب اتمی قرائت شد. همچنین، میزان pH و هدایت الکتریکی نیز در عصاره ?: ? آب به گرد و غبار و توزیع اندازه ذرات با استفاده از دستگاه تفرق لیزر تعیین شد. تغییرات کانی شناسی رسی ذرات گرد و غبار نیز توسط دستگاه پراش سنج اشعه ایکس مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که متوسط نرخ فرونشست بین ماه های مهر تا بهمن از27/6 به 46/3 گرم بر متر مربع در ماه کاهش یافته است که می توان به کاهش متوسط سرعت باد و افزایش رطوبت خاک نسبت داد. نتایج به دست آمده از توزیع اندازه ذرات گرد و غبار نشان داد که با افزایش ارتفاع درصد شن گرد و غبار کاهش وبه درصد رس و سیلت اضافه می شود. همچنین مشخص گردید که با افزایش ارتفاع درصد ذرات کوچکتر از 2، 5 و 10 میکرومتر در طبقه چهارم به ترتیب به میزان 32، 31 و30 درصد نسبت به طبقه اول افزایش یافته اند. غلظت فلزات سرب، نیکل، منگنز و مس در در طبقه چهارم نسبت به نمونه های طبقه اول به ترتیب 44، 18، 5/16 و 21 درصد افزایش نشان داد در حالی که غلظت عناصر روی و آهن در طبقه چهارم به میزان 42 و86 درصد نسبت به طبقه اول کاهش نشان داد و غلظت کبالت و کروم رابطه معنی داری با ارتفاع نداشت به نظر می رسد این موضوع به توزیع اندازه ای فلزات سنگین و منشاء آنها مرتبط است. همچنین نرخ فرونشست فلزات سنگین در طبقات بالاتر نسبت به طبقه اول روند کاهشی نشان داد بدین ترتیب که برای فلزات روی 82 درصد، آهن 75 درصد، کبالت 64 درصد، کروم 61 درصد، منگنز 57 درصد، مس 55 درصد، نیکل 54 درصد و سرب 39 درصد کاهش نشان دادند که احتمالاً به علت کاهش نرخ فرونشست در ارتفاعات بالاتر است. نتایج کانی شناسی گرد و غبار نیز نشان داد کانی های اسمکتایت، کلرایت، ورمیکولایت، ایلایت، کائولینایت، پالیگورسکایت و کوارتز در تمام طبقات وجود دارد که اکثراً مشابه کانی های موجود در خاک های شرق اصفهان می باشد. برخی خصوصیات شیمیایی گرد و غبار از قبیل هدایت الکتریکی، آهک و pH در ارتفاعات مختلف تغییر معناداری نداشت. ضروری است با مدیریت مناسب شرایط را برای کاهش غلظت این فلزات آلاینده می توان فراهم نمود. کلمات کلیدی : گرد و غبار، فرونشست اتمسفری، ارتفاعی، فلزات سنگین، بافت وکانی شناسی