مقدمه

نیاز به درک بهتر رفتار عناصر سنگین در محیطهای شهری و پیامد زندگی در شهر و حومه آن، با توجه به این حقیقت که ۲/۷ میلیارد نفر یا به بیانی %۴۷ جمعیت جهان در شهرها زندگی میکنند، به خوبی توجیه میشود( Eduardo .(et al, 2005 تراکم جمعیت انسان در مناطق خاص، فرایندهای زیستزمین-شیمیایی موجود در این مناطق و سامانههای آبی وابسته به آنها را به شدت تحت تأثیر قرار دادهاست(.(Panagiotopoulos et al, 2010 توسعه صنعتی به طور معمول به آلودگی بومسامانهها منجر میشود، چراکه بار آلودگی تخلیه شده در رودخانهها و دریاچهها، در خاک و آب زیرزمینی نفوذ کرده، و یا به صورت ریزگرد و هواویز به هوا گسیل میشود(.(Abernathy et al., 1984 منابع آب سطحی به دلیل دسترسپذیری آسان، و دفع انواع پساب در آنها درمقابل آلودگی آسیبپذیرتر هستند(.(Singh et al. 2002

ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی، و باکتریایی آب تعیینکننده کیفیت آن برای استفاده درمصارف خانگی، صنعتی و کشاورزی است. در هر برنامه آبرسانی، به ویژه در مواردی که هدف تأمین آب شرب است، کیفیت آب به مراتب از کمیت آن مهمتر میشود( CPHEEO, 1998و.( Blais et al 1993 از میان آلاینده-های مختلف، فلزات سنگین به دلیل پایداری محیطی، بازیافت زیستزمین-شیمیایی، تمرکز و سمناکی زیستشناختی، جذب-واجذب، پتانسیل اکسایش-

کاهش، تهنشست، انحلالپذیری، کیلیتی شدن و خطرات بومشناختی مورد توجه بیشتری قرار گرفتهاند(.(Zhiaho Wu et al, 2011 در بیشتر مواقع، منبع فلزات سنگین در رودخانهها آبشویی سنگ بستر، و تخلیه پسابهای شهری و صنعتی در رودخانه است(.(Soares et al, 1999 گونههای فلز سنگین در محیط آبگین، شامل گونههای حلشده در آب، کلوئید، و فاز رسوبی می-شود. جذب سطحی فلزات توسط رسوبات، فرایند مهمی است که میتواند به صورت بالقوه غلظت فلزات را در محیط آبگین طبیعی کاهش دهد( Comber et .(al. 1996 اگرچه بیشتر آلایندههایی که جذبسطحی رسوبات شدهاند به سختی در دسترس موجودات آبزی قرار میگیرند، اما تغییر برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آب در تماس با رسوب مانند pH، Eh، شوری، و کیلیت-های آلی میتواند موجب آزاد شدن فلزات و ورود آنها به فاز محلول شود، بنابراین با تغییر شرایط محیطی، رسوبات ممکن است خود به عنوان منبع آلودگی عمل کنند.

هدف اصلی این مطالعه تعیین اثر فعالیتهای انسان بر کیفیت آب و رسوبات بخشی از رودخانه زایندهرود است که در استان اصفهان جریان دارد. اجزاء غیرآلی اصلی و شش فلزی که به طور معمول در پسابهای شهری دیده می-شوند(Cd، Cr، Cu، Zn، Ni، و (Pb در آب رودخانه، پسابها و روانابهایی که به آن تخلیه میشوند و همچنین رسوبات رودخانه بررسی شد.

۸۲

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

منطقه مورد مطالعه

حوضه آبریز زایندهرود با مساحت حدود ۴۱۵۵۰ کیلومتر مربع در مختصات جغرافیایی ۰۲′ و ۵۰ تا ۲۴′ و ۵۳ طول شرقی و ۱۱′ و ۳۱ تا ۴۲′ و ۳۳ عرض شمالی قرار گرفتهاست(جعفری، .(۱۳۷۶ رودخانه زایندهرود بزرگترین رودخانه مرکزی ایران است که مسافتی حدود ۳۶۰ کیلومتر را از سرچشمه خود در ارتفاعات زردکوه استان چهارمحال و بختیاری تا باتلاق گاوخونی در استان اصفهان طی میکند. از آب رودخانه زایندهرود برای مصارف کشاورزی، خانگی، و صنعتی استفاده میشود. رودخانه زایندهرود به طور مستقیم پسابهای سطح شهر و سه تصفیهخانه فاضلاب شهری را دریافت میکند. همچنین در بخش-هایی از مسیر زایندهرود، زهابهای کشاورزی دراین رودخانه تخلیه میشود.

در این مطالعه، بخشی از رودخانه زایندهرود(شعاع ۵۰ کیلومتری از مرکز شهر اصفهان) مورد بررسی قرار گرفت(شکل .(۱ زمین شناسی استان اصفهان بسیار پیچیده است و از نظر زونهای ساختاری-رسوبی ایران((Stocklin, 1977 بخشهایی از زون ایران مرکزی، بلوک لوت، کمان ماگمایی سهند-بزمان، زون دگرگونی سنندج-سیرجان و بخش کوچکی از زون چین خورده زاگرس را شامل میشود. محدوده مورد مطالعه که بخش کوچکی از استان اصفهان را شامل میشود، بخشهایی از ایران مرکزی، کمان ماگمایی سهند-بزمان، و زون دگرگونی سنندج-سیرجان را در بر میگیرد. بخشهای شرقی منطقه در محدوده زون ایران مرکزی و بخشهای غربی در ۲ زون دیگر قرار میگیرد(برگه زمین-شناسی ۱:۲۵۰۰۰۰ اصفهان). زمینشناسی منطقه به طور عمده شامل سنگ-های رسوبی(آهک، دولومیت، ژیپس، ماسهسنگ و شیل) و نهشتههای قدیمی زایندهرود است(شکل .(۱ اصفهان از اواخر خرداد تا اوایل مهر ماه هوای گرم را با میانگین دمای ۲۷ درجه سانتیگراد تجربه میکند و میانگین بارش سالانه در این استان ۱۲۰ میلیمتر در سال است. در محدوده مورد مطالعه، رودخانه با طول حدود ۱۳۰ کیلومتر از غرب به شرق جریان داشته و از شهرهایی چون زرینشهر، مبارکه، پیربکران، فلاورجان، دُرچه، و کلانشهر اصفهان عبور می-کند.

مواد و روشها

در این مطالعه به منظور تعیین نقاط نمونهبرداری، مواردی چون مطالعات پیشین، صنایع آلاینده، پسابهای تخلیهشده در رودخانه، و امکان نمونهبرداری از نقاط تعیینشده مدنظر قرار گرفت. در مجموع ۱۶ نمونه آب(W1 تا (W16 و ۹ نمونه پساب/رواناب(WW1 تا (WW9 در اردیبهشت سال ۹۰ از رودخانه برداشته شد(شکل .(۱ نمونهها با استفاده از بطریهای پلیاتیلن((HDPE که قبل از نمونهبرداری با آب مورد نمونهبرداری شسته شده بودند برداشته شدند. استفاده از بطریهای HDPE، آلودگی ظروف نگهدارنده را کمینه کرده و نگهداری نمونهها را بهبود میبخشد(.(Hall , 1998 پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب شامل دما، pH، Eh، و هدایت الکتریکی((EC همزمان با نمونهبرداری و با استفاده از دستگاه قابل حمل((Eutech instruments, PCD650 اندازهگیری شد. در هر ایستگاه نمونهبرداری دو نمونه ۱ لیتری برداشته شد. بطری اول بدون آمادهسازی برای تعیین غلظت آنیون و کاتیونهای اصلی به آزمایشگاه شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان ارسال شد. نمونههای دوم نیز با استفاده از صافی ۰/۴۵ میکرومتر فیلتر شدند، و pH آنها پس از قرار گرفتن در بطریهای

×تابستان ۹۱، شماره ۴، جلد ۱

پلیاتیلن استریل، با استفاده از اسیدنیتریک خالص(مرک) به زیر ۲ رسانده شد، و برای تجزیه به روش ICP-MS و تعیین غلظت فلزات سنگین به آزمایشگاه Labwest استرالیا ارسال شد. در زمان نمونهبرداری به دلیل خشکسالی و بسته بودن دریچههای سد زایندهرود ، قطعههایی از مسیر رودخانه خشک بود و امکان برداشت نمونه آب وجود نداشت. در این مطالعه نمونههای آب و پساب به طور مجزا مورد بررسی قرار میگیرد، بنابراین ذکر این نکته لازم است که چهار نمونه پاییندست رودخانه، از پساب تصفیهخانه فاضلاب جنوب اصفهان منشأ میگیرند اما به دلیل طی مسیر طولانی در بستر رودخانه، رواناب رودخانه درنظر گرفته شدهاند. همزمان با نمونهبرداری از آب، ۲۷ نمونه رسوب سطحی با استفاده از بیلچه پلاستیکی از ۳ تا ۵ سانتیمتر بالایی رسوبات بستر رودخانه که نهشت جدید را نشان میداد، برداشته و در کیسههای پلاستیکی پلیاتیلن نگهداشته شد(شکل .(۱ پس از انتقال به آزمایشگاه، نمونهها در دمای اتاق خشک، و پس از همگنسازی با استفاده از هاون چینی، ذرات کوچکتر از ۰/۶۳ میکرومتر آنها برای تجزیه به روش ICP-MS الکشده، و به آزمایشگاه Labwest استرالیا ارسال شد.

نتایج و بحث زمین شیمی آب

نتایج تجزیه نمونههای آب و پساب(آنیونها و کاتیونهای اصلی) و نیز خلاصه آماری هریک از آنها در جدول ۱ آورده شدهاست. میانگینpH در نمونههای آب و پساب به ترتیب ۷/۱۹ و ۷/۱۷ است. هدایت الکتریکی نمونههای آب و پساب نیز به ترتیب در محدوده ۴۷۴/۴ تا ۱۷۴۰ میکروزیمنس بر سانتیمتر با میانگین ۱۲۶۸/۷ ʽS/cm و ۴۱۶/۶ تا ۴۶۱۰ میکروزیمنس بر سانتیمتر با میانگین ۲۰۱۱ µS/cm قرار دارد. همچنین میانگین کل جامدات حلشده((TDS نمونههای آب ۴۶۶/۲ ppm و در نمونههای پساب۶۴۵/۲۸ ppm است. در نمونههای آب و پساب کاتیونها از روند Na+> Ca2+> Mg2+>K+ و آنیونها به ترتیب از روند HCO3-> SO42-> Cl->NO3- و-SO42-> HCO3-> Cl پیروی میکنند. شکل ۲ نمودار پایپر غلظت یونهای اصلی در نمونههای آب رودخانه را نشان میدهد. سه تیپ هیدروشیمیایی آب شامل کلسیم-بیکربنات و سولفات((I، سدیم-کلر و سولفات((II، و سدیم-بیکربنات((IIIدر این نمودار قابل شناسایی است. تیپ آب نمونههای بالادست رودخانه تابع زمینشناسی منطقه است. نمودار پایپر نمونههای آب نشان میدهد که تیپ آب در زرینشهر(نمونه (W5 از کلسیم-بیکربنات و سولفات به سدیم-کلر و سولفات تغییر میکند. با توجه به اینکه این ایستگاه نمونهبرداری در پاییندست محل تخلیه پساب تصفیهخانه فاضلاب زرینشهر((WW5 به رودخانه قرار دارد و غلظت کلر و سولفات در این پساب بالا است، یکی از عوامل تغییر تیپ آب میتواند آمیختگی این پساب با آب رودخانه باشد. همچنین به دلیل تبخیر بالا، بر سطح خاکهای منطقه شورههایی وجود دارد که آب برگشتی کشاورزی موجب شسته شدن این شورهها و ورود آن به رودخانه میشود بنابراین آب برگشتی کشاورزی نیز می-تواند عامل دیگر در تغییر تیپ آب این منطقه باشد. همچنین تیپ آب ۴ نمونه W13 تا W16 شبیه به نمونه پساب تصفیهخانه جنوب اصفهان((WW9 می-باشد(-.(Na+-HCO3

۸۳

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×تابستان ۹۱، شماره ۴، جلد ۱

شکل.۱ نقشه زمینشناسی و موقعیت نقاط نمونهبرداری از آب، پساب و رسوب.

۸۴

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
×تابستان ۹۱، شماره ۴، جلد ۱

جدول -۱ غلظت آنیونها و کاتیونها و پارامترهای فیزیکوشیمیایی نمونههای آب و پساب.

TDS(ppm) EC(ʽS) pH HCO3- Cl- So42-
(mg/l) (mg/l) (mg/l)
۱۷۴/۸۰ ۴۷۴/۴۰ ۶/۸۸ ۱۵۱ ۲۷ ۱۸۷
۲۰۲/۲۰ ۵۸۳/۸۰ ۷/۲۸ ۱۶۷ ۳۲ ۱۳۳
۲۰۵/۶۰ ۵۹۷/۴۰ ۷/۵ ۱۶۷ ۳۷ ۸۸
۲۸۰/۵۰ ۸۸۳/۷۰ ۷/۲۸ ۱۵۲ ۳۹ ۱۱۰
۴۶۵/۳۰ ۱۴۷۰ ۷/۳ ۱۶۷ ۱۶۰ ۲۲۳
۵۳۳ ۱۷۴۰ ۷/۴ ۱۵۶ ۲۳۸ ۲۹۸
۵۴۰/۲۰ ۱۶۲۰ ۷/۱ ۱۸۹ ۲۳۱ ۲۸۹
۵۳۸/۸۰ ۱۵۱۰ ۷/۲۷ ۱۸۹ ۲۱۶ ۲۷۷
۶۳۸/۲۰ ۱۷۰۰ ۷/۵۴ ۱۷۸ ۲۱۶ ۲۸۳
۵۶۰/۸۰ ۱۴۹۰ ۷/۸۳ ۱۵۶ ۲۱۶ ۲۶۶
۶۰۰/۱۰ ۱۳۸۰ ۸/۲۵ ۱۱۴ ۲۱۰ ۱۹۴
۴۲۵ ۱۲۵۰ ۶/۵۵ ۱۳۶ ۱۷۴ ۲۱۱
۵۲۳ ۱۴۱۰ ۷/۱۲ ۳۷۷ ۵۳ ۲۰۰
۵۴۳/۲۰ ۱۴۱۰ ۷/۱۵ ۳۵۶ ۵۳ ۲۰۵
۵۵۶/۸۰ ۱۳۸۰ ۷/۴۱ ۳۸۸ ۵۳ ۱۸۶
۶۷۱/۷۰ ۱۴۰۰ ۷/۵۴ ۳۸۰ ۵۳ ۱۱۲
۱۷۴/۸۰ ۴۷۴/۴۰ ۶/۵۰ ۱۱۴ ۲۷ ۸۸
۶۷۱/۷۰ ۱۷۴۰ ۸/۲۵ ۳۸۸ ۲۳۸ ۲۹۸
۴۶۶/۲۰ ۱۲۶۸/۷۰ ۷/۱۹ ۲۱۳/۹۴ ۱۲۵/۵۰ ۲۰۳/۸۸
۱۶۱/۲۱ ۴۰۵ ۰/۴۶ ۹۸/۱۰ ۸۷/۱۱ ۶۷/۵۳
۱۳۶/۶۰ ۴۱۶/۶۰ ۷/۰۵ ۱۳۵ ۲۴ ۷۰
۲۱۴/۱۰ ۱۲۱۰ ۷/۳۳ ۲۶۲ ۶۱ ۱۰۶
۱۷۱۰ ۴۶۱۰ ۷/۶۷ ۸۷۴ ۷۴۵ ۸۵۷
۴۱۸/۸۰ ۱۱۱۰ ۷/۴۰ ۴۲۱ ۱۱۰ ۷۸
۴۹۴/۵۰ ۱۶۶۰ ۷/۶۷ ۳۳۷ ۷۵ ۳۷۱
۲۸۵/۹۰ ۸۵۱/۴۰ ۶/۶۳ ۱۶۲ ۶۹ ۱۱۴
۷۴۸/۷۰ ۲۲۰۰ ۶/۶۳ ۱۴۰ ۲۳۷ ۶۳۵
۸۵۹/۹۰ ۲۶۲۰ ۷/۲۳ ۲۵۹ ۱۱۷ ۶۴۴
۵۰۷/۹۰ ۲۶۲۰ ۷/۱۲ ۳۲۴ ۶۰ ۱۹۵
۱۳۶/۶۰ ۴۱۶/۶۰ ۶/۶۳ ۱۳۵ ۲۴ ۷۰
۱۷۱۰ ۴۶۱۰ ۷/۶۷ ۸۷۴ ۷۴۵ ۸۵۷
۶۴۵/۲۸ ۲۰۱۱ ۷/۱۷ ۳۲۳/۷۸ ۱۶۶/۴۴ ۳۴۱/۱۱
۴۸۸/۶۱ ۱۳۲۸/۴۸ ۰/۴۰ ۲۲۸/۰۲ ۲۲۵/۲۵ ۲۹۹/۱۸

K+(mg/l) Na+(mg/l) Mg2+(mg/l) Ca2+(mg/l) Sample. No
۶ ۵۹ ۱۵ ۵۶ W1

۲/۴۰ ۶۵ ۱۱ ۶۶ W2

۲/۵۰ ۲۹ ۱۳ ۶۸ W3

۲/۹۰ ۳۷ ۱۰ ۸۷ W4

۴/۶۰ ۱۵۵ ۴/۴۰ ۱۲۸ W5

۵/۷۰ ۱۷۶ ۳۴ ۱۲۶ W6

۴/۵۰ ۱۷۵ ۲۸ ۱۳۴ W7

۴/۱۰ ۱۷۲ ۱۲ ۱۲۸ W8

۵/۵۰ ۱۷۵ ۳۱ ۱۴۰ W9

۴/۲۰ ۱۵۱ ۲۲ ۱۱۲ W10

۵/۶۰ ۱۴۵ ۲۳ ۹۷ W11

۵/۲۰ ۱۳۵ ۲۳ ۹۶ W12

۱۷/۳۰ ۱۱۲ ۲۳ ۸۰ W13

۱۹/۱۰ ۱۴۲ ۲۴ ۷۷ W14

۱۹/۲۰ ۱۴۸ ۲۰ ۸۳ W15

۲۰/۶۰ ۱۱۲ ۲۱ ۸۲ W16

۲/۴۰ ۲۹ ۴/۴۰ ۵۶ کمینه

۲۰/۶۰ ۱۷۶ ۳۴ ۱۴۰ بیشینه

۸/۰۸ ۱۲۴/۲۵ ۱۸/۹۷ ۹۷/۵۰ میانگین

۶/۶۵ ۵۰/۲۹ ۹/۱۷ ۲۶/۹۵ انحراف معیار

۲/۹۰ ۵۰ ۷ ۴۸ WW1

۱۱ ۷۶ ۱۴ ۱۰۵ WW2

۵/۲۰ ۸۰۲ ۵۴ ۲۱۸ WW3

۴/۶۰ ۱۲۵ ۱۷ ۵۶ WW4

۱۳/۶۰ ۱۵۸ ۳۶ ۱۳۴ WW5

۳/۵۰ ۲۲ ۲۱ ۸۲ WW6

۱۸/۹۰ ۲۲۴ ۲۸ ۱۶۴ WW7

۹/۷۰ ۲۲۰ ۴۲ ۲۰۰ WW8

۱۶/۶۰ ۱۰۵ ۲۳ ۷۴ WW9

۲/۹۰ ۲۲ ۷ ۴۸ کمینه
۱۸/۹۰ ۸۰۲ ۵۴ ۲۱۸ بیشینه
۹/۵۵ ۱۹۸ ۲۶/۸۸ ۱۲۰/۱۱ میانگین
۵/۹۱ ۲۳۶/۹۹ ۱۴/۸۱ ۶۲/۴۵ انحراف معیار

۸۵

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×تابستان ۹۱، شماره ۴، جلد ۱

شکل .۲ نمودار پایپر نمونههای آب.

نکته قابلتوجه درمورد پساب سه تصفیهخانه فاضلاب موجود در مسیر رودخانه تبدیل میشود((Chapman, 2003 و یکی از عوامل مهم غلظت بالای نیتریت
این است که غلظت کلر پساب تصفیهخانه زرینشهر بسیار بیشتر از تصفیهخانه- در آب، تصفیه ناقص میکروبیولوژیکی است. مقایسه سه نمونه پساب نشان می
های صفاییه و جنوب اصفهان است که این موضوع میتواند ناشی از فعالیت دهد که پساب تصفیهخانه زرینشهر با بیشترین غلظت کلر، کمترین غلظت
بیشتر واحد کلرزنی این تصفیهخانه نسبت به دو تصفیهخانه دیگر باشد. نقص نیتریت را دارد و تصفیهخانه جنوب اصفهان با کمترین غلظت کلر دارای
در واحد کلرزنی تصفیهخانه میتواند غلظت بالای نیتریت را در نمونهها به وجود بیشترین غلظت نیتریت میباشد(شکل .(۳
آورد. نیترات دراثر فرایندهای زیستشیمیایی توسط نیتراتزدایی به نیتریت