نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
3 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
چکیده
سابقه و هدف: امروزه با گسترش فعالیت واحدهای صنعتی، غلظت آلاینده ها در هوا افزایش یافته و انسان ها از طریق تنفس، بلعیدن و جذب پوستی در معرض آنها قرار می گیرند. در میان تمام آلاینده ها، فلزات سنگین به دلیل ماهیت سمی خود بسیار مورد توجه متخصصان زیست محیطی قرار گرفته اند. غلظت بالای فلزات سنگین در محیط زیست، می تواند خطر اثرات نامطلوب بر سلامتی انسان را افزایش دهد. شهرک صنعتی ناجی زنجان با فعالیت واحدهای ریخته گری مس و آلیاژهای آن، به عنوان یکی از منابع انتشار فلزات سنگین در هوای شهر زنجان می باشد؛ لذا ارزیابی غلظت و اثرات بهداشتی فلزات سنگین منتشره از شهرک مذکور، از اهمیت ویژهای برخوردار است.
مواد و روش ها: به منظور ارزیابی غلظت و اثرات بهداشتی فلزات سنگین منتشره از واحدهای صنعتی شهرک صنعتی ناجی، نمونه برداری از کل ذرات معلق هوای شهرک مذکور و مناطق مجاور آن (10 ایستگاه)، طی دو دوره (بهمن 1399 و اردیبهشت 1400) انجام شده است. جهت شناسایی فلزات سنگین از آنالیز طیف سنجی جرمی پلاسمای جفت شده القایی (ICP-MS) استفاده شده است. در این آنالیز، فلزات سنگین نقره، آرسنیک، کادمیوم، کروم، مس، آهن، سرب، آنتیموان، وانادیم و روی شناسایی شده اند. همچنین در ادامه به ارزیابی خطر ابتلا به بیماری های سرطانی و غیر سرطانی ناشی از تنفس، بلعیدن و جذب پوستی فلزات سنگین موجود در ذرات معلق هوا برای دو گروه سنی کودکان و بزرگسالان پرداخته شده است.
نتایج و بحث: غلظت فلزات سنگین شناسایی شده در بهمن 1399 و اردیبهشت 1400، با استانداردهای ملی کیفیت هوای محیط، مقایسه شد. نتایج حاصل از این مقایسه نشان داد که غلظت کروم و آهن در تمامی ایستگاه های شهرک صنعتی ناجی بالاتر از استاندارد است. همچنین، غلظت نقره، کادمیوم، کروم، مس، آهن، آنتیموان، وانادیم و روی در تمامی ایستگاه های مجاور شهرک صنعتی مذکور بالاتر از استاندارد می باشد. نتایج ارزیابی خطر ابتلا به بیماری های غیر سرطانی مواجهه با فلزات سنگین موجود در ذرات معلق هوا، در هر دو فصل زمستان و بهار، نشان داد که در تمامی ایستگاه ها مواجهه با فلزات سنگین هوا، خطری برای سلامت افراد جامعه ندارد. بیشترین خطر ابتلا به بیماری های سرطانی در فصل زمستان و بهار به ترتیب ناشی از مواجهه با آرسنیک (در ایستگاه 2، داخل شهرک صنعتی) و کادمیوم (در ایستگاه 4، داخل شهرک صنعتی) مشاهده شد. در فصل بهار، خطر ابتلا به بیماری های سرطانی ناشی از مواجهه با آرسنیک و کادمیوم در تمامی ایستگاه ها به جز ایستگاه 2 نسبت به فصل زمستان بیشتر مشاهده شد. این در حالی است که در فصل بهار، خطر ابتلا به بیماری های سرطانی ناشی از مواجهه با سرب در تمامی ایستگاه ها نسبت به فصل زمستان کمتر مشاهده شد. به طور کلی می توان بیان کرد که مقادیر شاخص خطر به دست آمده برای گروه سنی کودکان، بیشتر از گروه سنی بزرگسالان می باشد؛ لذا کودکان در مواجهه با فلزات سنگین هوا، بیشتر در معرض خطر ابتلا به انواع بیماری های سرطانی و غیر سرطانی قرار دارند.
نتیجه گیری: نتایج ارزیابی مواجهه فلزات سنگین منتشره از شهرک صنعتی ناجی بر سلامتی انسان، نشان می دهد که خطر ابتلا به بیماری های غیر سرطانی، افراد منطقه مورد مطالعه را تهدید نمی کند؛ اما خطر ابتلا به بیماری های سرطانی ناشی از آرسنیک و کادمیوم در اکثر ایستگاه های مورد بررسی بالا است.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Investigation of the concentration and health effects of heavy metals released from the industrial units of Naji Industrial Town
نویسندگان [English]
- Kimia Fotovvat 1
- Leila Khazini 1
- Yousefali Abedini 2
- Mohammadreza Yousefi 3
1 Department of Chemical Engineering, Faculty of Chemical and Petroleum Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Department of Physics, Faculty of Science, University of Zanjan, Zanjan, Iran
3 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
چکیده [English]
Introduction: Today, with the expansion of the activity of industrial units, the concentration of pollutants in the air has increased and humans are exposed to them through inhalation, ingestion, and dermal absorption. Among all pollutants, heavy metals have received a great deal of attention from environmentalists due to their toxic nature. High concentrations of heavy metals in the environment can increase the risk of adverse effects on human health. Activity of copper casting units and its alloys made Naji Industrial Town of Zanjan as a main source of heavy metals in the atmosphere; therefore, evaluating the concentration and health effects of heavy metals emitted from the town is of particular importance.
Material and methods: To evaluate the concentration and health effects of heavy metals emission from the industrial units of Naji Industrial Town, sampling of total suspended particles in the town and its adjacent areas (10 stations) was performed in January and May 2021. Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was used to identify heavy metals. The risk of cancer and non-cancerous diseases due to respiration, ingestion and skin absorption of heavy metals in total suspended particles was also evaluated for both age groups of children and adults.
Results and discussion: In this analysis heavy metals e.g. silver, arsenic, cadmium, chromium, copper, iron, lead, antimony, vanadium and zinc were identified. The concentrations of detected heavy metals were compared with national ambient air quality standards. The concentration of chromium and iron in all stations within Naji Industrial Town was higher than the standard level. Also, the concentrations of silver, cadmium, chromium, copper, iron, antimony, vanadium, and zinc in all stations adjacent to the Industrial Town was higher than the standard. The results of assessing the risk of non-cancerous diseases by exposure to heavy metals in total suspended particles, both in winter and spring, showed that exposure to heavy metals in all stations does not pose a risk to public health. The highest risk of cancer in winter and spring was due to exposure to the arsenic (at station 2, inside the industrial town) and cadmium (at station 4, inside the industrial town), respectively. In spring, the risk of cancer due to exposure to arsenic and cadmium was higher in all stations except station 2 than in winter. However, in the spring, the risk of cancer in all stations was lower than in the winter. The risk index values for the age group of children were higher than the age group of adults; therefore, children are more at risk for various types of cancer and non-cancerous diseases while exposing to heavy metals in the air.
Conclusion: The results of the assessment of exposure to heavy metals released from Naji Industrial Town on human health show that the risk of non-cancerous diseases does not threaten the people of the study area; but the risk of cancer caused by the arsenic and cadmium is high at most of the surveyed stations.
کلیدواژه‌ها [English]
- Air pollution
- Heavy metals
- Inductively coupled plasma mass spectrometry
- risk of cancerous and non-cancerous diseases
Caldwell, J.C., Woodruff, T.J., Morello-Frosch, R. and Axelrad, D.A., 1998. Application of health information to hazardous air pollutants modeled in EPA's Cumulative Exposure Project. Toxicology and Industrial Health. 14 (3), 429-454.
Davies, D. and Bennett, B., 1985. Exposure of man to environmental copper—An exposure commitment assessment. Science of the total environment. 46(1-4), 215-227.
DEA, 2010. Framework for the management of contaminated land. Republic of South Africa, Department of Environmental Affairs, Cape Town.
Ferreira-Baptista, L. and De Miguel, E., 2005. Geochemistry and risk assessment of street dust in Luanda, Angola: a tropical urban environment. Atmospheric environment. 39(25), 4501-4512.
Fotovvat, K., 2021. Investigation of type and amount of heavy metals emitted from Naji industrial town of Zanjan and determination of their distribution radius. Master Thesis. University of Tabriz, Iran. (In Persian with English abstract).
Geiger, A. and Cooper. J., 2010. Overview of airborne metals regulations, exposure limits, health effects, and contemporary research. Environmental Protection Agency, Air Quality: Washington, DC, USA.
Gerba, C., 2006. Chapter 14: risk assessment. Environmental and pollution science. 2, 553.
Hanna, S.R., Egan, B.A., Purdum, J. and Wagler, J., 2001. Evaluation of the ADMS, AERMOD, and ISC3 dispersion models with the OPTEX, Duke Forest, Kincaid, Indianapolis and Lovett field datasets. International Journal of Environment and
Pollution. 16(1-6), 301-314.
Hu, X., Zhang, Y., Ding, Z., Wang, T., Lian, H., Sun, Y. and Wu, J. 2012. Bioaccessibility and health risk of arsenic and heavy metals (Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn and Mn) in TSP and PM2.5 in Nanjing, China. Atmospheric environment. 57,
146-152.
Huertas, J.I., Huertas, M.E., Izquierdo, S. and González, E.D., 2012. Air quality impact assessment of multiple open pit coal mines in northern Colombia. Journal of environmental management. 93(1), 121-129.
Kamunda, C., Mathuthu, M. and Madhuku, M., 2016. Health risk assessment of heavy metals in soils from Witwatersrand Gold Mining Basin, South Africa. International Journal of Environmental Research and Public Health. 13(7), 663.
Khazini, L., Dehkharghanian, M. and Vaezihir, A., 2021. Dispersion and modeling discussion of aerosol air pollution caused during mining and processing of open-cast mines. International Journal of Environmental Science and
Technology. 1-12.
Lakherwal, D., 2014. Adsorption of heavy metals: a review. International journal of environmental research and development. 4(1), 41-48.
Macêdo, M.F.M. and Ramos, A.L.D., 2020. Vehicle atmospheric pollution evaluation using AERMOD model at avenue in a Brazilian capital city. Air Quality, Atmosphere and Health. 13(3), 309-320.
Martínez-Bravo, M. and Martínez-del-Río, J., 2020. Urban Pollution and Emission Reduction. Sustainable Cities and Communities. 905-915.
Mehrizi, E., Biglari, H., Amiri, R., Baneshi, M.M., Mobini, M., Ebrahimzadeh, G., Zarei, A. and Narooie, M.R., 2017. Determine the important heavy metals in air dust of zahedan, Iran. Pollut. Res. 36, 474-480.
Miri, M., Allahabadi, A., Ghaffari, H.R., Fathabadi, Z.A., Raisi, Z., Rezai, M. and Aval, M.Y., 2016. Ecological risk assessment of heavy metal (HM) pollution in the ambient air using a new bio-indicator. Environmental science and
pollution research. 23(14), 14210-14220.
Mohan, M., Bhati, S., Sreenivas, A. and Marrapu, P., 2011. Performance evaluation of AERMOD and ADMS-urban for total suspended particulate matter concentrations in megacity Delhi. Aerosol and air quality research, 11(7), 883-894.
Mohammadi-Moghadam, F., Heidari, M., Farhadkhani, M., Sadeghi, M., Forouzandeh, S., Ahmadi, A. and Khabaz-Ghasemi, E., 2020. TSP, PM10, PM2.5, and PM1 in ambient air of Shahr-e Kord, Iran’s rooftop; levels, characterisation and health risk assessment of particles-bound heavy metals. International Journal of Environmental
Analytical Chemistry. 1-17.
Onyele, O.G. and Anyanwu, E.D., 2018. Human health risk assessment of some heavy metals in a Rural Spring, Southeastern Nigeria. Afr. J. Environ. Nat. Sci. Res. 1(1), 15-23.
Parizanganeh, A., Hajisoltani, P. and Zamani, A., 2010. Concentration, distribution and comparison of total and bioavailable metals in top soils and plants accumulation in Zanjan Zinc Industrial Town-Iran. Procedia Environmental Sciences. 2, 167-174.
Rafiei, R., 2019. Experimental study of heavy metal concentrations in environmental dust emitted from the specialized town of Zinc and determination of the share of emission sources (Case study of Zanjan). Master Thesis. University
of Tabriz, Iran. (In Persian with English abstract).
Schroeder, W., Dobson, M., Kane, D. and Johnson, N., 1987. Toxic trace elements associated with airborne particulate matter: a review. Japca. 37(11), 1267-1285.
USEPA, 1999. Compendium of Methodsfor the Determination ofInorganic Compoundsin Ambient Air. United States Environmental Protection Agency, Cincinnati Ohio, 21.
USEPA, 2009. Air Toxics Data Analysis Workbook. North Carolina.
USEPA, 2011. Integrated risk information system. Environmental protection agency region I. Washington DC. 20460.
USEPA, 2016. Quality Assurance Guidance Document 2.12.
USEPA, 2017. List of designated reference and equivalent methods.
Vandenberg, J. J., 2013. Hazardous air pollutants: approaches and challenges in identifying assessment priorities. Air Pollution and Cancer. 95.
Von Schneidemesser, E., Stone, E.A., Quraishi, T.A., Shafer, M.M. and Schauer, J.J., 2010. Toxic metals in the atmosphere in Lahore, Pakistan. Science of the Total Environment. 408(7), 1640-1648.
Zarazma, (accessed 19 April, 2021). http://zarazma.com /.
Zati-Maslehati, T., Sadat-Kariman, A., Abolhasani, E., Rafiei, M., 2015. What a chemical analysis lab expert needs to know about sample preparation. Iranian Journal Of Laboratory Knowledge. 4(8), 5. (In Persian with English
abstract).
Zeng, Y., Cao, Y., Qiao, X., Seyler, B. C. and Tang, Y., 2019. Air pollution reduction in China: Recent success but great challenge for the future. Science of the Total Environment. 663, 329-337.
Zheng, N., Liu, J., Wang, Q. and Liang, Z., 2010. Health risk assessment of heavy metal exposure to street dust in the zinc smelting district. Northeast of China. Science of the total environment. 408(4), 726-733.
)