الودگي هاي محيطي به اشگال مختلقي نظير نفت كش ها ، پاك كننده ها ، ذرات معلق و غيره هستند . اخيرا فلزات سمي به انوان يك آلودگي جديد و شايد خطر ناك تر از ساير الودگي هاي محيطي شناخته شده اند . در اين فصل ما تمام مشكلات ايجاد شده توسط فلزات سمي در محيط برسي و سپسبه جزئيات مطره شده دو نمونه ويژه ، جيوه و سرب ، مي پردازيم .

1)فلزات و طبقه بندي آنها :

Metals snd their classification

84 عنصور 106 عنصور شناخته شده به عنوان فلز دسته بندي شده اند و از اين جهت آلودگي فلزات متنوع مي باشد . تمام فلزات عنوان شده براي محيط خطر افرين نمي باشند . تعداد غير سمي ، و تعدادي از فلزات ، حتي اگر سمي باشند خيلي كم ياب بوده يا تركيبات انها غير قابل حل بوده است . نتيجتا فقت تعدادي كمي از فلزات جزء الوده كننده هاي محيطي در نظر گرفته شده اند .

در مباحث الودگي هاي فلزات از عناوين فلزات سنگين و فلزات كمياب استفاده مي شود . فلزهاي سنگين آنهايي كه دانسته ايد بين گرم بر سانتي متر مكعب دارند . ( 5 برابر دانسيته آب ) . فلزات با دانسته كمتر از 5 به عنوان فلزات سبك طبقه بندي شده اند . طبقه بندي در نشان داده است يك اشتباه متداول در بحث آلودگي فلزات اين اين است كه تمام آلوده كننده هاي فلزي را بي توجه بدانسته آنها به عنوان فلزات سبك طبقه بندي مي كنند . معمولا فلزات كه در وسعتي برابر يا كمتر است 1/0 درصد ( هزار ) در پوستة زمين وجود دارند ، به فلزات كمياب موسوم اند . اكسيژن در گستردگي معادل 500 ميليون مرتبه بيشتر از تعدادي از فلزات كمياب يافت مي شود . سيليوس و اكسيژن ، هر دو غير فلز ، جمعا حدود 3 ، ( 3/74 درصد ) از وزن كل پوستة زمين محسوب مي شود . تنوع گسترده در فراواني هاي عنصر كمياب در جدول نشان داده مي شود .

فراواني باريوم براي مثال ، 5000 برابر جيوه و 1000 برابر طلا مي باشد . فلزات كمياب به دليل تاثير بر محيط زيست و موجودات زنده ، عمدتا بسيار مهم تر از فلزات ديگر هستند .

در حقيقت تعدادي از فلازا ت براي موجودات زنده ضروري مي باشند .

2)موجبات آلودگي فلزات : Causes of Metal Pollution

فلزات جزو مهمترين مواد و اولين عناصري كه توسط انسان شناخته شده اند و مهمترين نقش را در توسعة تمدن ايجاد كردند . امروز يك فلز نظير اورانيم ، راه حلي ، براي حمل مبرم ترين مشكل بشر يعني كمبود انرژي ، شناخته شده است . در فرايند ايجاد فلزات مورد استفاده ، سنگ معدن فلزات را از ضخاير زير زميني استخراج كرده گداخته و تصفيه نموده تا فلز به دست آيد . سپس اين فلزات را به اجناس مصرفي تبديل و بعد از استفاده آنها به دور ريخته .

جدول 1 : فراواني عناصر انتخابي در پوستة زمين

فراواني ترتيب

فراواني فلزات

اكسيژن 466000 1

سيليكون 277200 2

آلومينيوم 81300 3

آهن 50000 4

كلسيم 36300 5

سديم 28300 6

پتاسيم 25900 7

منيزيم 20900 8

نيتانيم 4400 9

هيدروژن 1400 10

فسفر 1180 11

منگنز 1000 12

فلزات كمياب انتخابي

باريم 425 14

واناديم 135 19

نيكل 75 23

روي 70 24

مس 55 26

سرب 5/12 36

بريليوم 8/2 46

اورانيم 7/2 48

قلع 2 51

كادميم 2/0 63

جيوه 08/0 67

نقره 07/0 68

طلا 044/0 71

اجناس مصرفي تبديل و بعد از استفاده آنها به دور ريخته مي شوند . در طي هر يك از اين مراحل ، فلزات به محيط افزوده مي شوند . حفر معادن موجب مي شود كه سنگهايي كه از نظر ذخاير فلزي غني هستند در معرض شديد هوا قرار گيرند . گداختن و خالص سازي اغلب موجب به وجود آمدن مقادير كمي از محولات فرعي فلزات مي شوند . در طول استفاده از فلزات ، خوردگي ، سائيدگي و زنگ زدگي رخ مي دهد كه منجر به وارد شدن زيان به محيط مي گردد . در بسياري از موارد استفاده از مواد حاوي فلز منجر به آزاد شدن مستقيم فلز به محيط مي شود . نظير جدول 1 فراواني عناصر انتخابي در پوسته زمين .

فنيل موركوريك استات به عنوان قارچ كش و تتراتيل سرب افزوني كه به بنزين اضافه مي شود . علاوه بر استفادة مستقيم از فلزات فعاليت هاي ديگر انساني نيز باعث ايجاد آلوودگي فلزي در محيط مي شود . براي مثال سوزاندن سوخت فسيلي بنزين (حاوي مواد افزوني) منبع صدور فلزات به اتمسفر مي باشد . فلزات كم چرخه هاي طبيعي شناخته شده در آن فلزات از سنگ ها به خاك و به موجودات زنده ، سپس به آب و تشكيل رسوبات تغيير مكان داده و سر انجام به سنگها باز مي گردند وجود دارند . درجه موجودات زنده در معرض غلظت هاي طبيعي كمي ، از فلزات كمياب ، به عنوان مثال غذا و آب آشاميدني قرار مي گيرند .

3)سرنوشت آلوده كننده هاي فلزي :

FATE OF Metallic Pollutants

عليرغم منابعي با وسعت زياد ، اغلب آلوده كننده هاي فلزي سرانجام به آبهاي سطحي و زير زميني منته مي شوند . ضايعات فلزي بسياري از اعمال صنعتي مايع مي باشند كه به راحتي به آبهاي طبيعي مي رسند . علاوه بر اين مقادير زيادي از فلزات به هوا رها شده ، و نهايتا فرود مي آيند يا بوسيله نشست كردن به سطح زمين مي رسندد فلزاتي كه به صورت ضايعات جامدند و بوسيلة صاف كردن از آب جدا مي شوند . محلول حاصل از تركيبات فلزي سرانجام به آبهاي سطحي و غير سطحي مي پيوندند . بقاياي كشاورزي و ضايعات حفاري معادن و فاضلابهاي خانگي در مقادير فلزاتي كه در آبهاي سطحي يافت مي شوند سهيم اند .

4) دلايلي مربوط به آلوده كننده هاي فلزي

Reasons for Concern About Metallic Contaminats

پاييداري فلزات در محيط مشكلات بخصوصي را ايجاد مي كنند . فلزات نمي توانند مانند آلوده كننده هاي آلي از طريق شيميايي يا فرايند هاي زيستي در طبيعت تجزيه شوند . تركيبات فلزي مي توانند تغيير يابند اما فلزات نا مرغوب همچنان باقي مي مانند . اينچنين واكنش هاي در فلزات سمي تر مثل جيوه صورت مي گيرد . پايداري فلزات اجازه نمي دهد كه در فصول قابلب توجه توسط آب يا هوا منتقل شوند . يكي از نتايج مهم پايداري آنها وسعت زيستي فلزات در زنجيره هاي غذايي مي باشند . در نتيجه اين فرايند سطوح فلزات در اعضاي بالتر در زنجيره مي توانند به مقادير بتا چندين برابر آنهايي كه در آب يا هوا يافت مي شوند ، برسند . نتيجتا موجب مخاطره افتادن سلامتي گياهان و جانواران كه از اين مواد غذايي استفاده مي كنند ، مي شوند . انسان تمايل به ذخيره سازي فلزات . به دليل نيمه عمر طولاني برخي فلزات (1460 روز براي سرب و 200 روز براي كادميم ) را در بدن دارد .

جدول 3- فلزاتي كه در بدن انسان مي توانند ذخيره شوند را نشان مي دهد .

ميانگين برداشت روزانه ( روز / )

فلز غذا و آب هوا مقدار كلي كه موجب كل بدن شامل

مسموميت مي شود

آنتيموان 100/0 0017/0 100 9/7

باريم 735/0 030/0 200 22

برليوم 012/0 00004/0 - 03/0

بيسموت 20/0 00076/0 - 023/0

كادميم 160/0 0074/0 3 50

كرم 245/0 0011/0 200 8/1

كبالت 395/ 000012/0 500 5/1

مس 325/1 01140/0 500-250 72

آهن 15 084/0 - 4200

سرب 3/0 046/0 - 120

منگنز 4/4 288/0 - 12

جيوه 025/0 - - -

موليبدن 335/0 0006/0 - 3/9

نيكل 00236/0 - 10

نقره 80/0-60/0 60 1

قلع 3/7 0006/0 2000 17

تيتانيم 375/1 0014/0 - 9

اورانيم 05/0 - - 7/0

ولنديم 116/0 00916/0 - 22

روي 5/14 0168/0 - 2300

زيركوينم 49/0 - - 420

تعدادي از فلزات به عنوان الوده كننده با وجود مقادير بسيار ناچيز توسط گياهان و حيوانات مورد استفاده قرار گرفته و مشكل الودگي فلزي تاحدي پيچيده مي گردد . جدول 4- صورتي از فلزات ضروري شناخته شده ، چهار فلز اساسي و ضروري ، فلزات سبكي با فراواني زياد و نه (‌9)‌ فلز ، فلزات سنگين كمياب ، است .

فلزات سنگين در ساختمان پروتئين نظير انزيم ها يا كاتاليزورها زيستي ، مشاركت دارند . فلزات سبك در محلول به راحتي يون تشكيل مي دهند و به خنثي ماندن الكتريكي سلول ها و سيالات بدن كمك مي كنند .هم چنين به ثابت ماندن حجم صحيح مايع خون و ديگر سيستم هاي مايع كمك مي كنند.

فلزات بخصوص فلزات كمياب ، در مقدار مشخص ،‌ سلامتي انسان را به مخاطره مي اندازد . اسامي فلزات كمياب در جدول 5ـ داده شده است. دو فلز ،‌جيوه (‌hg ) و برليوم (BE ) خترناكترين آنها هستند . نه (9) فلز ديگر موجود در جدول 5- 12 به خطرناكي دو فلز ذكر شده، نمي باشند .

جدول 4 فلزات اساسي و ضروري زندگي

عنصر

فراواني فزات سبك

سديم كاتيون اصلي خارج سلولي

منيزيم بسياري از آنزيمها را فعال مي كند

پتاسيم كاتيون اصلي سلول

كلسيم جزء اصلي استخوان ، مورد نياز بعضي از آنزيمها

فلزات كمياب سنگين

واناديم اساسي در گياه رده پايين ، در جانواران دريايي مشخص و انسان

كرم اساسي در حيوانات رده بالا ، مربوط به فعاليت انسولين

منگنز بعضي از آنزيمها را فعال مي كند

آهن اساسي در هموگلوبين و بسياري از آنزيم ها

كيالت بعضي از آنزيمها را فعال مي كند ، در ويتامين

مس اساي در اكسايش آنزيمها و هموسيانين

روي بسياري از آنزيمها را فعال مي كند

مليبدن بعضي از آنزيمها را فعال مي كند

روي اساسي در موش

بنابر اين عملكرد اين دو فلز در محيط بايد تحت بررسي قرار گيرد . تعدادي از فلزاتي كه داراي اثرات ويژه مي باشند در جدول آورده نشده اند ، به علت اينكه دراي غلظت پايين در محيط زيست مي باشد . نظير ، آنتيموان .

جدول 5- خطرناكترين فلزاتي كه سلامتي انسان را به مخاطره مي اندازد

فلز نوع فلز

خطرناك

بريليوم فلزات كمياب سبك

جيوه فلز كمياب سنگين

بعنوان خطرنلك در نظر گرفته مي شود :

باريم فلز سبك فراوان

كادميم فلز كمياب سنگين

مس فلز كمياب سنگين

سرب فلز كمياب سنگين

منيزيم فلز كمياب سنگين

نيكل فلز كمياب سنگين

قلع فلز كمياب سنگين

وانديم فلز كمياب سنگين

روي فلز كمياب سنگين

7) فلز جيوه : M ercury – The Metal

جيوه و تركيبات آن از زمان هاي بسيار دور ، مورد استفاده انسان بوده است. خصوصيات شميايي وفيزيكي مخصوص ، آن را يك جالب در كاربرد علمي و صنعتي ساخته است . خصوصيات آن عبارتند از : 1- تنها فلزي مي باشد كه در حرارت اطاق مايع است و داراي نقطه انجماد است كه از فلزات ديگر پاين تر است . 2- داراي دامنه طويل مايع ، كه شامل تمام درجه حرارت عادي مي شود . 3- بالاترين فراريت ( قدرت تبخير بالا ) را نسبت به فلزات ديگر . 4- بهترين هدايت كننده الكتريسيته مي باشد . 5-تعدادي از فلزات در جيوه حل شده و آملگان ( آلياژ ) تشكيل مي دهند . 6-فلز جيوه و تركيبات آن براي تمامي موجودات زنده ، سهيم مي باشند . اين فلزت و تركيباتش وزن پوسته زمين را تشكيل مي دهند . سنگ معدن اصلي آن ، سينابر است ، كه هنگام سوختن ، جيوه توليد مي كند .

( رابطه 1-12 )

8) استفاده صنعتي از جيوه Industrial Use of Mercurty

جيوه در صنايع به سه شكل (1) فلز ، (2) تركيبات آلي ، (3) تركيبات معدني ، استفاده مي شود . فلز جيوه ، مايع نقره اي رنگ است . تركيبات آلي جيوه شامل گروه هاي هيدروكربني آروماتيك يا آليفاتيك و تركيبات معدني جيوه معمولا شامل نمكهاي جيوه نظير كلرايدها يا اكسيژن هاي جيوه مي باشد .

بيشترين مصرف جيوه در طوليد دستگاه هاي الكتريكي است است . گستردة‌وسيعي از اين كاربرد ها نظير ، لامپ بخار جيوه در بزرگ راهها و همچنين روشنايي صنايع ( كارخانه ) ، است . كليدهاي الكتريكي بي صدا در منزل ، و باطريهاي جيوه اي ، از موارد استفاده‌ديگر اند باطري هاي جيوه اي داراي عمر طولاني و تونايي كار كردن تحت شرايط دما ي زيا و رطوبت را دارند .

مواد استفادة ديگر جيوه در صنعت كلر – قليايي مي باشد كه كلر و سود سوز آور را توسط الكتروليز محلول هاب نمكي توليد مي نمايند . هر دو محلول شيمياي توليد شده مواد شيميايي با ارزشي كه همه ساله به مقدار زيادي توليد مي شوند . نقش جيوه در اين فرايند ، عملكرد آن به عنوان كاتد در عمل الكترو ليز مي باشد . يك پردة نازك متحرك از جيوه با فلز سديم ملغمه به وجود مي آورد كه از محلول در كاتد تي عمل الكترولز آزاد مي شود ملغمه حاصل از پيل الكتروليز با آب واكنش مي دهند تا محلولي از را به وجود آورد . جيوه براي استفاده هي بعدي جمع آوري مي گردد . استفاده جيوه در اين عمل بر اساس حالت مايع آن ، قابليت انتقال الكتريكي و ناتواني تشكيل ملغمه با فلز سديم مي باشد . بر اساس خاصيت سمس جيوه بر موجودات زنده استفاده از جيوه و تركيبات آن در قارچكش ها ، اهميت زيادي دارد . اين مواد براي نابود كردن قارچ در مواد رنگي و بادزدگي به رنگ اضافه مي گردد . فينيل مركوري استات اساسا براي اين هدف استفاده مي شود كه دراي فرمول زير است :

O

Hg _ C

در كشوارزي ، تركيبات آلي جيوه به عنوان پوشش هاي دانه اي به كار برده مي شده اند تا از رشد قارچ روي دانه هاي كشاورزي جلو گيري كنند استفاده از آفت كش هاي جيوه توسط در سال 1973 ممنوع اعلام گرديده .

1) آزاد شدن جيوه در محيط :

Mercury Release into the Environment

اگر تمام جيوه مصرف شده ، مستقينا وارد ممحيط نشوند . مقادير كم ذخيره يا دوباره تشكيل شده ، سرانجام به اتموسفر ، آبهاي سطحي و خاك و مخاضن موقتي راه پيدا مي كند . مقادير زيادي جيوه هنگام توليد عنصر به محيط اضافه مي شود . حدود دو تا سه درصد از جيوه موجود در سنگ معدن به محيط اضافه مي گردد . مقادير مشابهبي از جيوه از طريق توليد فلزات ديگر منتتشر مي شود سوزانن ذغالسنگ منبعي از آودگي محيطي جيوه مي باشد . هم فلز و هم سولفيد هاي آن ( فراوانترين اشكال طبعي ، ) در آب حل مي شوند . بنابر اين به شكا اجزاء توليد شده از طريق ممكانيكي وارد محيط مي گردد . در نتيجه اين فرايندهاي طبيعي و فعاليت هاي انسانس ، جيوه در تمام محيط زيست ، هوا ، خاك و آب پيدا مي شود .

2) مسموميت ناشي از متيله شدن ( زيستي ) جيوه :

Tolcicity and Biological Methylatlon of Mercury

افزايش جيوه به محيط به عنوان نتيجه اي از فعاليت هاي انساني ، موجب مشكلاتي زياد شامل ضايعاتوارده به انسان است . وسعت ين مشكلات مسمومست توسط تركيبات جيوه . هر چند مسموميت جيوه در بدن انسان كاملا شناخته نشده تحقيقات اخير اطلاعاتي در موارد اين مشكلات را مشخص مي نمايد . حقايق اساسي عبارتند از :

1- تمام تركيبات جوه زماني كه به مقدار كافي موجو باشند براي بدن مضر و سمي اند .

2- تركيبات مخلتف جيوه تا اندازه اي داراي خصوصيات متنوعي از مسموميت ، پخش ، ذخيره و طول عمر در بدن مي باشد .

3- انتقاات ( زيستي ) ويژه كه در محيط يا بددن اتفاق مي افتد تركيبات جيوه را از شكلي ب شكل دير تغيير مي دهد .

4- تاثيرات نهايي جيوه در بدن با جلوگيري از عمل آنزيم ها و زيان هاي سلولي نمايان مي شود كه به دليل ت.انايي جيوه در تشكيل پيوند محكممم در گروههاي شامل سولفور در ملكول هايي كه در نزيم ها و ديواره هاي سلولي حضور دارند ، مي باشد . چنين اصالي نزيم ها را غير فعال ، و واكنش هي شيميايي را كه نها در بدن كاتليزه م كنند به هم مي زند . خواص پوسته و ديوارهاي سلولس توسط اتصال جيوه از بين رفته و از فعاليت هاي عادي سلولس ممانعت مي نمايد .

5- زيان وارده بر بدن توسط يوه معمولا داعمي و ايدار و هيچ عملكرد موثري براي ين رفتر شناخته نشده است . رفتر تركيبات جيوه در بدن معمولا ب اساس سه دسته مختلف تركيبات جيوه مورد بررسي قرار مي گيرد اشكال غير عالي جيوه شامل جيوه فلزي و نمك هاي معدني جيوه مي باشد ، نظير مزركوري دي كلوريد بسيار سمي كه يك نمك محلول است تركيبات آلي جيوه كه خودشامل دو دسته تركيبات اريل ماركوري ها كه بعنوان بخشي از ملكول شامل هيدرو كربن هاي آروماتيك اند و الكيل مركوري ها شامل هيدرو كربن هاب اليفاتيك مي باشند . جيوه غير آلي در بافت هاي كبد و كليه جمع و ذخيره مي شوندو به اين دو عضوصدمه وارد مي نمايند . جيوه به صورت بخار قابليت زيادي در انتشار از طريق ششها يه خون و سپس به مغز را دارد و ضرر جدي به سيستم عصبي مركزي وارد مي سازد . به طور عادي ، جيوه غير آلي به شكل تركيبي خطرناك نمي تواند براي مدت طولاني در بدن باقي بمن . اريل مركرو ها در بدن سريعابه تركيبات معدني جيوه شكسته شده و به صورت فوق رفتر مي كنند رفتار PMA مورد بحث قرار گرفت به اين طريقرفتر مي كنرد الكيل موركوري ها به چند علت ، بيشترين خطررا براي سلامتي ايجاد مي كنند .

1- نها به راحتي در بافت نغز نفوذ كرده و ذخيره مي شوند . از طريق غشاهاي بيولوژيكي ( زيستي ) منشر مي شوند .

2- حضور آنها در بدن دراز مدت است . اين مساله باعث افزايش غلظت جيوه در بدن مي شود حتي اگر مقدار مصرفي آن خيلي كم باشد نيمه عمر اين تركيبات در بدن 70 روز تخمين زده شده است .

3- الكيل مركوري ها از تركيبات معدني جيوه توسط عمل موجودات ري زغير هوازي ويژه توليد مي شوند . اين فعل و انفعال در گل و لاي رودخانه ها يا درياچه ها صورت ي گيرد و وسعت اتفاقاتي كه در بن آدمي صورت مي گيرد شناخته نشده است اما موجودات ريز موجود در رودة بعضي از جاناران قادر به انجام اين عمل مي باشند دسته بندي هاي جيوه و ارتباط آنها با يكديگر در شكل 2- خلاصه شده است .

ميتتل مركوري ها و خطرناك ترين و سمي ترين تركيبات الكبل مركوري هستند به طرق مختبف ، مستقيم ، غير مسقيم و عمد يا غير عمد وارد محيط زيست مي شوند . نقش مستقيم عدي استفاده از ميتل موركوري ها بر روي دان هاي (دانه گياهان – كشاورزي ) نمايان مي شود . نقش مستقيم و غير عمدي هنگامي است كه ميتل مركوري ها در صنعت استفاده شده يا به شكل محصول فرعي ذباله فراوره هاي صنعتي به آبهاي طبيعي رها مي شوند . نقش غير مستقيم هنگامي است كه دگر تركيبات جيوة به وسيلة موجودات زيستي متيله مي شود . فلز جيوه و تركيباتش ، نظير جيوة معدني و فنيل مركوري حاصل از منابع صنعتي بر ااس فرو نشيني در اعماق گل و لاي دريا چه به وسيله موجودات ريز غير هوازي به يا تبديل مي شوند . تركيب اخير خيل فرار بوده و گل و لاي به آب رها مي گردد . در محلول هاي قليايي پايدار در محيط اسيدي به تبديل مي گردد اين يون در آب قابل حل و در بدن موججودات زنده متمركز (‌ذخيره ) مي شود و معمولا در ليپيدي هاي بدن ظاهر مي گردد ، اين تجما نتيجة جذب مستقيم يون يا يك توسعه بوسيله يك فرايند ذخيره غذايي مي باشد .