بررسی غلظت عناصر سنگین موجود در گردوغبار و ارزیابی ریسک سلامت انسانی (مطالعه موردی: شهرستان بیرجند، استان خراسان جنوبی)

فراهی, محسن; محمدیان بهبهانی, علی; عسگری, حمیدرضا; دهمرده بهروز, رضا; کاسکاوتیس, دیمیتریس

doi:10.22111/jneh.2023.45720.1961

بررسی غلظت عناصر سنگین موجود در گردوغبار و ارزیابی ریسک سلامت انسانی (مطالعه موردی: شهرستان بیرجند، استان خراسان جنوبی)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی دکتری مدیریت و کنترل بیابان، دانشکده مرتع و آبخیزداری، گرگان

² استادیارگروه مدیریت مناطق بیابانی، دانشکده مرتع و آبخیزداری،گرگان

³ دانشیار گروه مدیریت مناطق بیابانی، دانشکده مرتع و آبخیزداری،گرگان

⁴ استادیارگروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، زابل

⁵ استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه مقدونیه غربی، کوزانی، یونان

10.22111/jneh.2023.45720.1961

چکیده

گردوغبار شهری یکی از شاخص‌های آلودگی به فلزات سنگین در محیط زندگی است. حضور فلزات سنگین در خاک‌های آلوده چالشی برای محیط‌زیست محسوب می‌شود و با ورود به بدن موجودات زنده، می‌تواند عوارض جبران‌ناپذیری ایجاد کند؛ بنابراین شناخت مواد آلاینده و چگونگی انتقال، عملکرد و دسترس‌پذیری آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار بوده و تأثیرات آن‌ها بر سلامت انسان و دیگر جانداران به وضوح قابل توجه است. لذا مطالعه حاضر به منظور بررسی تأثیر فلزات سنگین (شامل سرب (Pb)، روی (Zn)، کروم (Cr) و آرسنیک (As)) در گردوغبار شهر بیرجند بر سلامت شهروندان انجام شده است. برای دستیابی به این هدف، 50 نمونه گردوغبار از مرکز شهر بیرجند جمع‌آوری شدند و با استفاده از روش طیف‌سنجی جفت شده پلاسمای القایی (ICP-OES) تحلیل شدند. با توجه به نتایج تحقیق میانگین غلظت فلزات مورد مطالعه به ترتیب Pb (93/16)، Zn (55/5)، Cr (04/1) و As (11/6) µg/m³ برآورد گردید. بر اساس میانگین مقادیر RI، فلزات کروم و روی دارای پتانسیل ریسک اکولوژیکی کم هستند و سرب ریسک متوسط و آرسنیک دارای پتانسیل ریسک اکولوژیکی زیاد است. خطر غیر سرطان‌زایی فلزات سنگین در شهر بیرجند بدون ریسک است؛ اما خطر غیر سرطان‌زایی برای دو عنصر کروم و آرسنیک برای کودکان بیشتر از بزرگ‌سالان است. مقادیر CR در کودکان بیشتر از بزرگ‌سالان است. این مقدار در کودکان برای کروم (4-10×58 /5)، آرسنیک (5-10×98 /5) و سرب (6-10×09 /9) و در بزرگ‌سالان کروم (4-10×18 /1) و آرسنیک (5-10×27 /1) می‌باشد که بیشتر از 6-10×1 می‌باشد. خطرپذیری سرطان برای کودکان تحت شرایط کنترل و نظارت وجود دارد؛ اما ریسک سرطان ناشی از این فلز در گردوغبار برای بزرگ‌سالان می‌تواند نادیده گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

آلودگی محیط طبیعی

عنوان مقاله [English]

Investigating the concentration of heavy elements in dust and evaluating human health risk (case study: Birjand city, South Khorasan province)

نویسندگان [English]

Mohsen Farahi ¹
Ali Mohammadian Behbahani ²
Hamid Reza Asgari ³
reza Dahmardeh Behrooz ⁴
Dimitris G. Kaskaoutis ⁵

¹ PhD. student of desert management and control, Faculty of Pasture and Watershed Management, Gorgan, Iran

² Assistant Professor, Department of Desert Management, Faculty of Pasture and Watershed Management, Gorgan, Iran

³ Associate Professor Department of Desert Management, Faculty of Pasture and Watershed Management, Gorgan, Iran

⁴ Assistant Professor, Department of Environment, Faculty of Natural Resources, Zabol, Iran

⁵ Assistant Professor, Department of Chemical Engineering, University of Western Macedonia, Kozani, Greece

چکیده [English]

Urban dust is one of the indicators of heavy metal pollution in the living environment. Heavy metals in contaminated soils are considered a challenge to the environment and cause irreparable effects on the bodies of living organisms. Therefore, it is very important to know the pollutants and how they are transported, their performance, and accessibility. Because their effects on the health of humans and other living beings are significant. Therefore, the present study was conducted to investigate the effect of heavy metals (including Pb, Zn, Cr, and As) in the dust of Birjand City on human health. For this purpose, 50 dust samples were collected from Birjand city and analyzed using inductively coupled plasma spectroscopy (ICP-OES). According to the research results, the average concentration of studied metals was estimated as Pb (16.93), Zn (5.55), Cr (1.04), and As (6.11) µg/m³. Average RI values, Cr and Zn metals have a low ecological risk potential, lead has a medium risk, and As has a high ecological risk potential. The non-carcinogenic risk of heavy metals in Birjand city is without risk. However, the non-carcinogenic risk for two elements, Cr and As, is greater for children than for adults. CR values are higher in children than in adults. This amount is in children for Cr (5.58*10^-4), As (5.98 * 10^-5), and lead (9.09*10^-6) and in adults for Cr (1.18*10^-4). and As (1.27*10^-5), which is more than 1*10^-6. There is a risk of cancer in children under controlled conditions. However, the cancer risk caused by this metal in dust for adults can be ignored.

کلیدواژه‌ها [English]

Heavy metals
health risk
carcinogenic risk
dust
Birjand

مراجع

احمدی، زهرا، دوستان، رضا، مفیدی، عباس (1395)؛ تحلیل همدیدی گرد و غبار نیمه گرم سال در استان خراسان جنوبی، جغرافیای طبیعی، دوره 8، شماره 29، صص: 41-62.

امامی، حجت، معمارزاده، مهسا (1401)؛ پایش زمانی رسوبات بادی و بعضی از عناصر سنگین در رسوبات معلق شهرستان طبس، مجله آب و خاک.، صص: 1-25. doi: 10.22067/jsw.2023.78876.1204

باغی، ملیحه، راشکی، علیرضا، محمودی قرایی، محمد حسین (1399)؛ بررسی خصوصیات شیمیایی و کانی شناسی گردوغبار ورودی به شمال شرق ایران و پتانسیل بیماری زایی آن، جغرافیا و مخاطرات محیطی، دوره 33. صص: 139-153.

بهروش، فرزانه، محمودی قرایی، محمد حسین، قاسم‌زاده، فرشته، عوض‌مقدم، سیما (1394)؛ بررسی آلودگی فلزات سنگین در غبارهای ترافیکی شهر مشهد و تعیین منشأ آن با استفاده از روش استخراج ترتیبی، فصلنامه علمی علوم زمین (زمین شناسی مهندسی و محیط زیست، دوره 24. شماره 95. صص: 141-150.

جعفری، فریبا، خادمی، حسین (1393)؛ توزیع زمانی و مکانی فلزات سنگین در گردوغبار منطقۀ شهری کرمان، محیط شناسی، دوره 40. شماره 2. صص: 361-376.

خادم مقدم ایگده لو، نادر، گلچین، احمد (1398)؛ ارزیابی خطر آلودگی منابع آب و خاک کشور به آرسنیک، مجله تحقیقات آب و خاک ایران، شماره 5. دوره 7. صص: 1612-1617.

راست منش، فاطمه، زراسوندی، علیرضا، طولابی، معصومه (1401)؛ بررسی غنیشدگی،سمناکی و خطر بومشناختی فلزات سنگین در رسوبات سطحی رودخانه بهمنشیر آبادان، علوم و مهندسی آبیاری، دوره 40. شماره 1. صص: 123-137.

زراسوندی، علیرضا، راست منش، فاطمه، مرادپور، راضیه (1393)؛ بررسی غلظت فلزات سنگین و سطح آلودگی آنها در گردوغبار خیابان، شهر اهواز. هفتمین همایش ملی و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست، تهران. https://civilica.com/doc/318962

عزیزی، قاسم، خوش اخلاق، فرامرز، نگاه، سمانه، فرید مجتهدی، نیما (1399)؛ واکاوی الگوی بادهای غالب فصل گرم در دشت‌های ایران مرکزی، هواشناسی و علوم جوّ، دوره 3. شماره 1. صص: 45-62.

قنواتی، نوید (1397)؛ ارزیابی خطر فلزات سنگین بر سلامت انسانی در گردوغبار خیابانی شهر آبادان، فصلنامه سلامت و محیطزیست، شماره 11. دوره 1. صص: 63-74.

موسوی، حوریه سادات، پورخباز، علیرضا (1396)؛ منشایابی ذرات گرد وغبار با بررسی خصوصیات فیزیکی وشیمیایی آنها در شهرستان بیرجند، فصلنامه زمین شناسی محیط زیست، دوره 11. شماره 38. صص: 1-9.‎

Bai, B., Bai, F., Sun, C., Nie, Q.,& Sun, S, (2023); Adsorption mechanism of shell powders on heavy metal ions Pb2+/Cd2+ and the purification efficiency for contaminated soils. Frontiers in Earth Science, 10, p.1071228.

Banerjee, S., Ghosh, S., Jha, S., Kumar, S., Mondal, G., Sarkar, D., Datta, R., Mukherjee, A., Bhattacharyya, P. (2023); Assessing pollution and health risks from chromite mine tailings contaminated soils in India by employing synergistic statistical approaches. Science of The Total Environment, 880, p.163228.

Bist, P., and Choudhary, S., (2022); Impact of heavy metal toxicity on the gut microbiota and its relationship with metabolites and future probiotics strategy: a review. Biological Trace Element Research, 200(12), pp.5328-5350.

Budi, H.S., Catalan Opulencia, M.J., Afra, A., Abdelbasset, W.K., Abdullaev, D., Majdi, A., Taherian, M., Ekrami, H.A., Mohammadi, M.J, (2022); Source, toxicity and carcinogenic health risk assessment of heavy metals. Reviews on Environmental Health, (0).

Chabukdhara, M., and Nema, A.K, (2013); Heavy metals assessment in urban soil around industrial clusters in Ghaziabad, India: probabilistic health risk approach. Ecotoxicology and environmental safety, 87, pp.57-64.

Cirelli, P., Bilo, F., Tsuji, K., Matsuyama, T., Siviero, G., Pisani, L., Zacco, A., Depero, L.E., Eichert, D., Borgese, L, (2022); Assessment of calibration methods for Pb-loaded aerosol filters analyzed with X-ray fluorescence under grazing incidence. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 192, p.106414.

Dehghani, S., Moore, F., Keshavarzi, B., Beverley, A.H, (2017); Health risk implications of potentially toxic metals in street dust and surface soil of Tehran, Iran. Ecotoxicology and environmental safety, 136, pp.92-103.

Díaz Rizo, O., Casanova Díaz, A.O., Torres Ramos, A.G., Ramos López, D, (2023); Heavy metals concentration, pollution indexes, and health risk assessment of urban road dust in the historical center of Havana, Cuba. Environmental Monitoring and Assessment, 195(2), p.349.

Ebrahimi, A., Ahmadizadeh, S.R, Rashki, A. R, (2022); Variation of PM10 and its relationship with Dust and Climate in Birjand, Iran. Desert, 27(1), pp.97-114.

Hamza, M., Alam, S., Rizwan, M., Naz, A., (2022); Health Risks Associated with Arsenic Contamination and Its Biotransformation Mechanisms in Environment: A Review. Hazardous Environmental Micro-pollutants, Health Impacts and Allied Treatment Technologies, pp.241-288.

Han, Q., Wang, M., Xu, X., Li, M., Liu, Y., Zhang, C., Li, S., Wang, M, (2023); Health risk assessment of heavy metals in road dust from the fourth-tier industrial city in central China based on Monte Carlo simulation and bioaccessibility. Ecotoxicology and Environmental Safety, 252, p.114627.

Kabir, M.H., Kormoker, T., Shammi, R.S., Tusher, T.R., Islam, M.S., Khan, R., Omor, M.Z.U., Sarker, M.E., Yeasmin, M., Idris, A.M, (2022); A comprehensive assessment of heavy metal contamination in road dust along a hectic national highway of Bangladesh: Spatial distribution, sources of contamination, ecological and human health risks. Toxin Reviews, 41(3), pp.860-879.

Lafta, M.H., Afra, A., Patra, I., Jalil, A.T., Mohammadi, M.J., Baqir Al-Dhalimy, A.M., Ziyadullaev, S., Kiani, F., Ekrami, H.A., Asban, P, (2022); Toxic effects due to exposure heavy metals and increased health risk assessment (leukemia). Reviews on Environmental Health, (0).

Leung, A.O., Duzgoren-Aydin, N.S., Cheung, K.C., Wong, M.H, (2008); Heavy metals concentrations of surface dust from e-waste recycling and its human health implications in southeast China. Environmental science & technology, 42(7), pp.2674-2680.

Liu, X.X., Hu, X., Cao, Y., Pang, W.J., Huang, J.Y., Guo, P., Huang, L., (2019); Biodegradation of phenanthrene and heavy metal removal by acid-tolerant Burkholderia fungorum FM-2. Frontiers in microbiology, 10, p.408.

Macias-Corral, M.A., Esquivel-Arriaga, G., Sanchez-Cohen, I, (2020); Potential of wind erosion and dust emission in an arid zone of northern Mexico: A simple assessment method. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 44.

Miao, F., Zhang, Y., Li, Y., Fang, Q., Zhou, Y, (2022); Implementation of an integrated health risk assessment coupled with spatial interpolation and source contribution: A case study of soil heavy metals from an abandoned industrial area in Suzhou, China. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, pp.1-15.

Okoro, C.O., Osuji, J.O., Ochekwu, E.B, (2023); Effect of crude oil pollution on heavy metal content and GST gene expression of Mucuna pruriens.

Panqing, Y., Abliz, A., Xiaoli, S., Aisaiduli, H., (2023); Human health-risk assessment of heavy metal–contaminated soil based on Monte Carlo simulation. Scientific Reports, 13(1), p.7033.

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. 120:377-85.

Rahman, M.S., Kumar, P., Ullah, M., Jolly, Y.N., Akhter, S., Kabir, J., Begum, B.A., Salam, A, (2021); Elemental analysis in surface soil and dust of roadside academic institutions in Dhaka city, Bangladesh and their impact on human health. Environmental Chemistry and Ecotoxicology, 3, pp.197-208.

Rahmat, M.A., Ismail, A.F., Rodzi, N.D., Aziman, E.S., Idris, W.M.R., Lihan, T, (2022); Assessment of natural radionuclides and heavy metals contamination to the environment: Case study of Malaysian unregulated tin-tailing processing industry. Nuclear Engineering and Technology, 54(6), pp.2230-2243.

Ravankhah, N., Mirzaei, R., Masoum, S., (2016); Human health risk assessment of heavy metals in surface soil. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences, 26(136), pp.109-120.

Wang, X., Qin, Y., Qin, J., Yang, Y., Qi, T., Chen, R., Tan, J., Xiao, K, (2021); The interaction laws of atmospheric heavy metal ions and water-soluble organic compounds in PM2. 5 based on the excitation-emission matrix fluorescence spectroscopy. Journal of Hazardous Materials, 402, p.123497.

Wei, X., Gao, B., Wang, P., Zhou, H., Lu, J, (2015); Pollution characteristics and health risk assessment of heavy metals in street dust from different functional areas in Beijing, China. Ecotoxicology and environmental safety, 112, pp.186-192.

Yarmoradi, Z., Nasiri, B., Mohammadi, G.H., Karampour, M., (2020); Long-term characteristics of the observed dusty days and its relationship with climatic parameters in East Iran. Arabian Journal of Geosciences, 13(6), p.242.

Zhang, J., Ge, W., Xing, C., Liu, Y., Shen, X., Zhao, B., Chen, X., Xu, Y., Zhou, S, (2023); Ecological risk assessment of potentially toxic elements in selenium-rich soil with different land-use types. Environmental Geochemistry and Health, pp.1-19.

Zong, Y., Xiao, Q., Malik, Z., Lu, S, (2023); Exploring environmental pollution and Risk Assessment of Heavy Metals in Road Dusts from a Typical Steel-Industrial City (Anshan), Northeastern China. Water, Air, & Soil Pollution, 234(1), p.34.