بررسی تأثیر کانسار سرب و روی منطقه لنجان اصفهان بر آلودگی‌های زیست محیطی

معدن ایرانکوه در رشته کوه ایرانکوه در 20 کیلومتری جنوب غربی شهر اصفهان و در طول جغرافیایی ´32 ˚51 تا ´45 ˚51 و عرض جغرافیایی  ´28 ˚ 32 تا ´37 ˚32 قرار دارد. رخنمون سنگی غالب منطقه سنگ‌های کربناته به سن کرتاسه است که دربردارنده ماده معدنی نیز می‌باشد. در مجاورت این معدن دشت لنجان واقع است که از نظر کشاورزی حائز اهمیت بوده و بخش مهمی از محصولات کشاورزی مصرفی منطقه و گاهأ شهر اصفهان از آن تأمین می‌شود. بررسی‌های خاک‌های داخل معدن و سد باطله‌ی قدیم و جدید آلودگی بیش از حد این خاک‌ها به فلزات سنگین را نشان می‌داد. در آزمایشات خاک دشت لنجان مشاهده گردید که با افزایش فاصله از معدن از میزان آلودگی خاک به مقدار بسیار زیادی کاسته شده است که علت آن نیز عدم تحرک فلزات سنگین در خاک‌های منطقه می‌باشد. از جمله علل عدم تحرک این فلزات در خاک‌ها می‌توان به pH خنثی منطقه، بافت ریزدانه خاک‌ها و به دام افتادن فلزات سنگین در فازهای اکسیدی، آلی و رسی اشاره کرد. در بررسی‌های آب منطقه با اندازه گیری آنیون‌ها و کاتیون‌ها و نیز اسیدیته و هدایت الکتریکی، ارزیابی‌های کیفیت آب جهت مصارف آبیاری و شرب انجام شد که در این بررسی‌ها مشخص گردید آب‌های دشت از نوع سدیم کلره بوده و از این نظر برای آبیاری چندان مناسب نمی‌باشند. در اندازه گیری فلزات سنگین آب‌ها مشخص شد که میزان آن در نمونه‌های آب بسیار پایین و زیر حد استاندارد می‌باشد که علت عمده‌ی آن را می‌توان pH خنثی تا قلیایی منطقه ذکر کرد که سبب عدم تحرک فلزات سنگین می‌شود. همچنین با توجه به گستردگی دشت می‌توان اظهار داشت امکان این که منشأ آب‌های منطقه از جایی غیر از نواحی معدنی باشد وجود دارد و بدین صورت امکان آلودگی آب‌ها و اختلاط آن‌ها با آب‌های معدنی بسیار کم می‌باشد.

کلیدواژه‌ها: ایرانکوه، آلودگی فلزات سنگین، دشت لنجان، سرب، روی

فهرست مطالب

فصل اول: کلیات پژوهش... 1

1- 1 مقدمه. 2

1 – 1 – 1  فلزات سنگین.. 3

1 – 1 – 2 فلزات واسطه‌ی سرب، روی و کادمیوم: 3

1 - 1 - 3 توزیع فلزات سنگین در محیط... 4

1 – 1 – 4 چرخه‌ی طبیعی عناصر. 4

1 – 1 – 5 چرخه‌های انسانزاد. 5

1 – 1 – 6 سرب... 5

1 – 1 – 6 – 1 سرب در خاک... 7

1 – 1 – 6 – 2 سرب در آب... 9

1 – 1 – 7 روی.. 10

1 – 1 – 7 – 1 روی در خاک... 12

1 – 1 – 7 – 2 روی در آب... 13

1 – 2 بیان مسئله و اهداف تحقیق... 14

1 – 3 تاریخچه‌ی مطالعات پیشین... 15

1 – 3 – 1 مطالعات پیشین منطقه مورد مطالعه. 15

1 – 3 – 2 مطالعات مشابه در سایر نقاط ایران.. 16

1 – 3 – 3 مطالعات مشابه در سایر کشورها 17

فصل دوم: زمین شناسی منطقه. 20

2 – 1 موقعیت جغرافیایی منطقه. 21

2 – 2 کلیات زمین شناسی... 22

2 – 2 - 1 ماگماتیسم.. 24

2 – 2 - 2 تکتونیک.... 25

2 – 2 – 2 – 1 گسل‌های مهم منطقه. 26

2 – 2– 3 چینه شناسی منطقه. 27

2 – 2 –  3 – 1 واحدهای تریاس بالایی – ژوراسیک.... 27

2 –  2 – 3 – 2 واحدهای کرتاسه‌ی زیرین.. 27

2 –  3 کانه زایی در منطقه. 30

فصل سوم: مواد و روش ها 33

3 – 1 مقدمه. 34

3 – 2 مطالعات تکمیلی... 34

3 – 2- 1 نمونه برداری.. 34

3 – 2- 1 – 1 نمونه برداری خاک... 34

3 – 2- 1 – 2 نمونه برداری آب... 37

3 – 2 – 2 مطالعات آزمایشگاهی.. 38

3 – 2 – 2 – 1 مطالعات آزمایشگاهی نمونه‌های خاک... 38

3 – 2 – 2 – 1 – 1 تعیین بافت خاک... 38

3 – 2 – 2 – 1 – 2 تعیین pH خاک... 39

3 – 2 – 2 – 1 – 3 تعیین EC خاک... 39

3 – 2 – 2 – 1 – 4 تعیین مواد آلی خاک... 39

3 – 2 – 2 – 1 – 5 تعیین کربنات کلسیم معادل.. 40

3 – 2 – 2 – 1 – 6 تعیین اکسیدهای آزاد آهن، آلومینیوم و منگنز. 41

3 – 2 – 2 – 1 – 7 استخراج ترتیبی.. 42

3 – 2 – 2 – 1 – 8 هضم خاک و تعیین فلزات سنگین.. 44

3 – 2 – 2 – 2 مطالعات آزمایشگاهی آب... 44

3 – 3 – 3 آنالیز نتایج و پردازش داده ها 45

فصل چهارم: نتایج و بحث خاک... 46

4 – 1 بررسی نتایج حاصل از تجزیه و اندازه گیری نمونه‌های خاک.... 47

4 – 1 – 1 مقدمه. 47

4 – 1 – 2 نتایج آنالیز عنصری (AAS) نمونه‌های خاک... 47

4 – 1 –  2 – 1 نسبت تمرکز عناصر در خاک... 49

4 – 1 – 3 نتایج آنالیز استخراج ترتیبی.. 51

4 – 1 – 4 تعیین خصوصیات خاک ها 54

4 – 1 – 4 - 1 تعیین بافت... 54

4 – 1 – 4 - 2 EC و   pHخاک... 57

4 – 1 – 4 - 3 کربنات معادل و ماده آلی.. 57

4 – 1 – 4 – 4 اکسیدهای آزاد آهن، آلومینیوم و منگنز. 59

4 – 2 بررسی آلودگی خاک منطقه. 61

4 – 2 – 1 مقدمه. 61

4 – 2 – 2 بررسی مقادیر عناصر سرب، روی و کادمیوم در نمونه ها 62

4 – 2 – 2 – 1 عنصر سرب (Pb) 62

4 – 2 – 2 – 2 عنصر روی (Zn) 62

4 – 2 – 2 – 3 عنصر کادمیوم. 63

4 – 2 – 3 محاسبه‌ی شاخص‌ها 63

4 – 2 – 3– 1  شاخص زمین انباشت (Igeo) 63

4 – 2 – 3– 2  فاکتور غنی شدگی (EF) 66

4 – 2 – 3– 2- 1 غنی شدگی سرب... 68

4 – 2 – 3– 2- 2 غنی شدگی روی.. 68

4 – 2 – 3 – 3 شاخص آلودگی مجموع فلزات (MCI) 69

4 – 2 –  3– 4  فاکتور آلودگی.. 71

4 – 2 – 3 – 5 شاخص تجمعی آلودگی (MCd): 74

4 – 2 – 3 – 6  تعیین گونه‌ی عناصر بر اساس استخراج ترتیبی انتخابی.. 74

4 – 2 – 3 – 6 – 1 نتایج حاصل از استخراج ترتیبی سرب... 75

4 – 2 – 3 – 6 – 2 نتایج حاصل از استخراج ترتیبی روی: 77

4 – 2 – 3 – 6 – 3 نتایج حاصل از استخراج ترتیبی کادمیوم. 78

4 – 2 – 1 – 6 – 4 تحرک کادمیوم، سرب و روی در خاک‌های منطقه. 79

4- 2 –  3 – 7 ماتریس همبستگی پارامترهای خاک... 80

فصل پنجم: نتایج و بحث آب.. 81

5 – 1 بررسی نتایج حاصل از تجزیه و اندازه گیری نمونه‌های آب... 82

5 – 1 – 1 مقدمه. 82

5 – 1 – 2 بررسی پارامترهای صحرایی pH، EC، TDS و دما در منابع آب منطقه. 82

5 – 1 – 2 – 1 هدایت الکتریکی (EC) 83

5 – 1 – 2 – 2  اسیدیته (pH) 84

5 – 1 – 2 – 3  دما 84

5 – 1 – 2 – 4 مجموع مواد محلول¹ (TDS_C) 84

5 – 1 – 3 اندازه گیری آنیون‌ها و کاتیون‌های اصلی آب... 85

5 – 1 – 3 – 1 درصد خطا یا درصد واکنش.... 85

5 – 1 – 3 – 2 آنیون‌های اصلی منطقه. 86

5 – 1 – 3 – 3 کاتیون‌های اصلی منطقه. 88

5 – 1 – 4 اندازه گیری فلزات سنگین در منابع آب منطقه. 89

5 – 2  تعیین کیفیت آب‌های منطقه. 91

5 - 2 - 1 تعیین کیفیت آب از نظر مصارف آشامیدنی و تیپ آب‌های منطقه. 91

5 – 2 – 1 – 1 نمودار شولر و کیفیت آب آشامیدنی.. 91

5 – 2 – 1 – 2 نمودار پایپر و تعیین تیپ آب‌های منطقه. 92

5  - 2 – 2 تعیین کیفیت آب از نظر مصارف کشاورزی.. 93

5 – 2 – 2 – 1 نسبت جذب سدیم (SAR): 93

5 – 2 – 2 – 2 درصد سدیم ((Na%... 95

5 – 2 –  2 – 3 سدیم کربنات باقی مانده (RSC) 97

5 – 2 – 2 – 4 درصد سدیم محلول (SSP) 97

5 – 2 – 2 – 5 نسبت منیزیم (MR) 98

5 – 2 – 2 – 6 بی‌کربنات سدیم باقی مانده (RSBC) 99

5 – 2 – 2 – 7 سختی کل (TH) 100

5 – 2 – 2 – 8 شاخص نفوذ پذیری (PI): 101

5 – 2 – 2 – 9 شاخص کلروآلکالین (CAI) 102

5 – 2 – 2 – 10 شاخص Kelley. 103

5 – 2 – 3 آلودگی فلزی در آب‌های منطقه. 103

5 – 2 – 3 – 1 شاخص فلزی (MI) 104

5 – 2 – 3 – 2 شاخص آلودگی فلزات سنگین (HPI) 105

5 – 2 – 4 ماتریس همبستگی پارامترهای اندازه گیری شده 106

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات.. 108

آلودگی خاک منطقه. 109

آلودگی آب منطقه. 111

پیشنهادات... 112

منابع و مآخذ. 113

فهرست جداول

جدول3- 1. شرح نقاط نمونه برداری خاک... 35

جدول3- 2. شرح نقاط نمونه برداری آب... 37

جدول4- 1. نتایج آنالیز عنصری نمونه‌های خاک... 48

جدول4- 2. پارامترهای آماری محاسبه شده در خاک‌های معدنی (n=18) 49

جدول4- 3. پارامترهای آماری محاسبه شده در خاک‌های سد باطله (n=6) 49

جدول4- 4. پارامترهای آماری محاسبه شده در خاک‌های دشت (n=15) 49

جدول4- 5. داده‌های حاصل از استخراج متوالی نمونه‌ی S2.. 52

جدول4- 6. داده‌های حاصل از استخراج متوالی نمونه‌ی S4.. 52

جدول4- 7. داده‌های حاصل از استخراج متوالی نمونه‌ی S7.1.. 53

جدول4- 8. داده‌های حاصل از استخراج متوالی نمونه‌ی 1.S12.. 53

جدول4- 9.  داده‌های حاصل از استخراج متوالی نمونه‌ی S13.. 53

جدول4- 10. داده‌های حاصل از استخراج متوالی نمونه‌ی S14.. 53

جدول4- 11. داده‌های حاصل از استخراج متوالی نمونه‌ی T1.. 53

جدول4- 12. داده‌های حاصل از استخراج متوالی نمونه‌ی T7.. 54

جدول4- 13. درصد دانه‌های موجود در نمونه‌های خاک و بافت خاک... 55

جدول4- 14. میزان EC، pH ، کربنات و ماده آلی اندازه گیری شده برای نمونه ها 58

جدول4- 15. میزان اکسیدهای آهن و منگنز اندازه گیری شده برای نمونه ها 60

جدول4- 16. میانگین عناصر در پوسته زمین.. 63

جدول4- 17. مقادیر Igeo نمونه‌های خاک منطقه. 64

جدول4- 18. مقادیر EF محاسبه شده برای نمونه ها 67

جدول4- 19. فاکتور آلودگی محاسبه شده برای نمونه‌های خاک... 72

جدول4- 20. مجموع فاکتور آلودگی خاک‌های معدنی، باطله و دشت... 73

جدول4- 21. فاکتور تحرک نمونه‌های تحت استخراج.. 80

جدول4- 22. ماتریس همبستگی اسپیرمن نمونه‌های خاک... 80

ج

جدول5- 1. مقادیر پارامترهای pH، EC،  TDS و دما در نمونه‌های آب منطقه. 83

جدول5- 2. مقادیر آنیون‌ها و کاتیون‌های اصلی نمونه‌های آب منطقه. 85

جدول5- 3. مقادیر فلزات سرب و روی در نمونه‌های آب منطقه. 90

جدول5- 4. پارامترهای آمار توصیفی عناصر سرب و روی نمونه‌های آب... 90

جدول5- 5. مقادیر شاخص SAR، EC و رده بندی نمونه‌های آب بر طبق آن.. 94

جدول5- 6. مقادیر و رده بندی نمونه‌های آب بر اساس درصد سدیم و RSC... 96

جدول5- 7. مقادیر MR، RSBC و SSP مربوط به نمونه‌های آب... 98

جدول5- 8. میزان و رده بندی سختی آب های منطقه. 100

جدول5- 9. مقادیر شاخص های PI، CAI و KI نمونه های آب منطقه. 102

جدول5- 10. شاخص‌های MI و HPI نمونه‌های آب منطقه. 106

جدول5- 11. ماتریس همبستگی پارامترهای آب‌های منطقه. 107

فهرست اشکال

شکل2- 1. نقشه‌ی راه‌های دسترسی به منطقه مورد مطالعه. 22

شکل2- 2. موقعیت زون سنندج – سیرجان 23

شکل2- 3. نقشه زمین شناسی منطقه مورد مطالعه 30

ج

شکل3- 1. تصویر نقاط نمونه برداری خاک و آب 36

شکل3- 2. تصویر آزمایشات تعیین بافت خاک... 38

شکل3- 3. تصویر آزمایش تعیین ماده آلی.. 40

شکل4- 1. نمودار میله‌ای نسبت تمرکز عناصر سرب، روی و کادمیوم در نمونه‌های معدنی.. 50

شکل4- 2. نمودار میله‌ای نسبت تمرکز عناصر سرب، روی و کادمیوم در نمونه‌های سد باطله. 50

شکل4- 3. نمودار میله‌ای نسبت تمرکز عناصر سرب، روی و کادمیوم در نمونه‌های دشت... 51

شکل4- 4. نمودار تعیین بافت نمونه‌های خاک... 56

شکل4- 5. نمودار دایره‌ای شاخص غنی شدگی سرب در سه نوع خاک... 69

شکل4- 6. نمودار دایره‌ای شاخص غنی شدگی روی در سه نوع خاک... 69

شکل4- 7. نمودار میله‌ای مربوط به مقادیر MCI نمونه‌های معدنی.. 70

شکل4- 8. نمودار میله‌ای مربوط به مقادیر MCI نمونه‌های باطله. 70

شکل4- 9. نمودار میله‌ای مربوط به مقادیر MCI نمونه‌های دشت... 71

شکل4- 10. نمودار توزیع سرب در فازهای مختلف خاک... 76

شکل4- 11. نمودار توزیع روی در بین فازهای مختلف خاک... 77

شکل4- 12. نمودار توزیع کادمیوم در بین فازهای مختلف خاک... 78

شکل5- 1. نمودار شولر نمونه‌های آب... 92

شکل5- 2. نمودار پایپر مربوط به نمونه‌های آب منطقه. 93

شکل5- 3. نمودار ویلکاکس مربوط به نمونه‌های آب... 95

شکل5- 4. نمودار میله‌ای شاخص MI نمونه‌های آب منطقه مورد مطالعه. 104

شکل5- 5. نمودار میله‌ای مربوط به شاخص HPI نمونه‌های آب منطقه مورد مطالعه. 105