سامانه مدیریت نشریات علمی دانشگاه شهید بهشتی

مظلومی, سهراب, اسماعیلی ساری, عباس, بهرامی فر, نادر. (1399). بررسی میزان فلزهای سنگین در ذرات معلق (PM4) هوای شهر تهران و ارزیابی ریسک سلامت ناشی از آن ها. , 18(1), 1-16. doi: 10.29252/envs.18.1.1
سهراب مظلومی; عباس اسماعیلی ساری; نادر بهرامی فر. "بررسی میزان فلزهای سنگین در ذرات معلق (PM4) هوای شهر تهران و ارزیابی ریسک سلامت ناشی از آن ها". , 18, 1, 1399, 1-16. doi: 10.29252/envs.18.1.1
مظلومی, سهراب, اسماعیلی ساری, عباس, بهرامی فر, نادر. (1399). 'بررسی میزان فلزهای سنگین در ذرات معلق (PM4) هوای شهر تهران و ارزیابی ریسک سلامت ناشی از آن ها', , 18(1), pp. 1-16. doi: 10.29252/envs.18.1.1
مظلومی, سهراب, اسماعیلی ساری, عباس, بهرامی فر, نادر. بررسی میزان فلزهای سنگین در ذرات معلق (PM4) هوای شهر تهران و ارزیابی ریسک سلامت ناشی از آن ها. , 1399; 18(1): 1-16. doi: 10.29252/envs.18.1.1

بررسی میزان فلزهای سنگین در ذرات معلق (PM4) هوای شهر تهران و ارزیابی ریسک سلامت ناشی از آن ها

فصلنامه علوم محیطی
مقاله 1، دوره 18، شماره 1، فروردین 1399، صفحه 1-16    اصل مقاله (897.33 K)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.29252/envs.18.1.1
نویسندگان
سهراب مظلومی* ؛ عباس اسماعیلی ساری؛ نادر بهرامی فر
گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، مازندران، ایران
چکیده
سابقه و هدف:
ذرات معلق از مهم ترین آلاینده­ های هوا در شهر تهران بوده که براساس مطالعات اپیدمیولوژیک، برای سلامتی انسان بسیار مخاطره ­آمیز می­ باشند. این ذرات حاوی مقادیری از فلزهای سنگین هستند که برخی از آن­ها جزء عنصرهای سمی سرطان­زا محسوب می­ شوند. با توجه به اینکه ذرات معلق با قطر کوچکتر از 4 میکرومتر می ­توانند به نای، نایژه ­ها و کیسه­ های هوایی نفوذ کنند، بنابراین در این مطالعه، به بررسی میزان فلزهای سنگین همراه باPM4 در هوای تهران و ارزیابی ریسک سلامت ناشی از آن­ها پرداخته شد.
مواد و روش ­ها:
نمونه ­برداری از ذرات معلق PM4 در دو منطقه مسکونی: تهرانپارس در شرق و اکباتان در غرب تهران توسط دستگاه نمونه ­بردار ذرات معلق هوای Chrono با دبی مکش 10 لیتر در دقیقه، بطور همزمان در دو ایستگاه و هر 6 روز یک بار انجام شد و غلظت ذرات معلق PM4 به روش وزن سنجی محاسبه شد. برای اندازه ­گیری غلظت فلزهای سنگین، نمونه­ ها با استفاده از محلول استخراج (شامل اسید HCl و HNO3) هضم شده و آماده­ سازی انجام گرفت. سپس غلظت فلزهای سنگین در نمونه ­ها به­وسیله دستگاه ICP-MS اندازه­گیری شد. جهت بررسی غنای فلزی فاکتور غنی ­شدگی و برای ارزیابی ریسک سلامت فلزهای سنگین، ریسک سرطان­ زایی محاسبه شد.
نتایج و بحث:
در هر دو ایستگاه نمونه ­برداری بالاترین غلظت در تمام نمونه ­هایPM4 مربوط به آلومینیوم و آهن بود که دلیل آن فراوانی زیاد این عنصرها در پوسته زمین می­ تواند باشد. نتایج سنجه غنی ­شدگی نشان دادAl، Fe، Tiو Mn همراه با ذرات معلق دارای غنی­ شدگی کم بوده (1EF≤) و منشاء این فلزها بطور عمده پوسته زمین است. Ni و Cr دارای غنی­ شدگی بالا (10>EF>1) و Zn، Pb، Cu، Sn، As و Cd دارای درجه غنی­ شدگی بسیار بالا(45<EF) بوده و بیشتر منشاء انسانی دارند. غلظت ذرات معلق PM4 بین دو ایستگاه شرق و غرب تفاوت معنی ­داری نداشت ولی مقایسه میانگین غلظت فلزهای اندازه­ گیری شده در نمونه ­های PM4 بین دو ایستگاه نشان داد که غلظت Mn، Cu، Sn، Ni و As در ایستگاه شرق بطور معنی­ دار بالاتر از ایستگاه غرب بود. مقایسه فاکتور غنی­ شدگی بین دو ایستگاه نمونه­ برداری نیز نشان داد مقادیر EF عنصرهای مورد مطالعه در ایستگاه شرق بالاتر از مقادیر آن در ایستگاه غرب بود که می­تواند نشان از سهم بالاتر منبع­ های انسانی در شرق نسبت به غرب باشد. در میان عنصرهای مورد مطالعه بالاترین ریسک سرطان­ زایی مربوط به Cr(VI) بود (در شرق 6-10×61.2 و در غرب 6-10×54) که این امر به ­دلیل سمیت بالای آن می ­باشد. ریسک سرطان ­زایی کل براساس میانگین مقادیر فلزهای سمی همراه با PM4 در ایستگاه شرق 6-10×120.1 و در ایستگاه غرب 6-10×83.1 بود.
نتیجه ­گیری:
بسیاری از فلزهای سنگین همراه باPM4 شرق و غرب تهران بطور عمده منشاء انسانی داشته و ناشی از فعالیت­ هایی چون حمل و نقل و وسایل نقلیه هستند. میانگین غلظت برخی فلزهای سنگین همراه با PM4 شرق تهران بالاتر از غرب بود که درنتیجه آن، ریسک سرطا ن­زایی ناشی از فلزهای سمی همراه با این ذرات نیز در شرق بالاتر از غرب است. مخاطره­ آمیزترین عنصر همراه با ذرات معلق هوای شهر تهران از نظر سرطان­ زاییCr(VI) بود که بیشتر باید مورد توجه قرار گیرد و منبع­ های انتشار انسانی آن کنترل گردد.
کلیدواژه‌ها
فلزهای سنگین؛ ذرات معلق؛ فاکتور غنی شدگی؛ ارزیابی ریسک سلامت؛ ریسک سرطان زایی
عنوان مقاله [English]
Assessment of heavy metals in Tehran's airborne particulate matters (PM4) and their associated health risk
نویسندگان [English]
Sohrab Mazloomi؛ Abbas Esmaeili Sari؛ Nader Bahramifar
Department of Environment, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, University of Tarbiat Modares, Nour, Mazandaran, Iran
چکیده [English]
Introduction:
Particulate matters are one of the most important air pollutants in Tehran and very dangerous for human health according to the epidemiological studies. The ambient particles contain heavy metals, some of which are toxic and carcinogenic components. Therefore, in this study, the content of heavy metals in airborne particulate matters (PM4) of Tehran was measured and the related health risk was assessed.
Material and methods:
Sampling of PM4 was conducted every six days using Chrono PM Sampler with a 10 L/min flow rate at two residential areas including Tehranpars in the east and Ekbatan in the west of Tehran. The concentration of PM4 was calculated with Gravimetric analysis. After the preparation of the samples using the extraction solution (HCl and HNO3), the concentration of heavy metals was measured by ICP-MS. The metal richness was assessed using the enrichment factor. For health risk assessment of heavy metals in PM4, excess cancer risk was calculated.
Results and discussion:
At both sampling stations, the highest concentrations in all PM4 samples were related to Al and Fe due to the high abundance of these elements in the earth's crust. The results of the enrichment factor indicated that Al, Fe, Ti and Mn in PM4 had low enrichment degree and the source of these metals might mainly be the earth's crust. Ni and Cr had a high enrichment degree. In addition, Zn, Pb, Cu, Sn, As, and Cd had a very high enrichment degree and were mainly anthropogenic. The concentration of PM4 was not significantly different between the two stations in the east and west, but the comparison of the mean concentration of metals in PM4 samples between the two stations showed that the concentrations of Mn, Cu, Sn, Ni, and As at the eastern station were significantly higher than the western station. The comparison of the enrichment factor between the two sampling stations also showed that the EF values of the studied elements at the eastern station were higher than those at the western station, which could indicate a higher contribution of anthropogenic sources in the east. Among the studied elements, the highest excess cancer risk was related to Cr(VI) due to its high toxicity. The total excess cancer risk based on the average concentrations of toxic metals in PM4 was 120.1×10-6 at the eastern station and 83.1×10-6 at the western station.
Conclusion:
Most of heavy metals in PM4in the east and west of Tehran had mainly anthropogenic sources and were generated by human activities, especially transportation. The average concentration of heavy metals in PM4 at the east of Tehran was higher than the west, and as a result, the excess cancer risk of toxic metals in PM4 was also higher in the east. The most dangerous carcinogenic element in particulate matters of Tehran was Cr(VI), which should be taken more under consideration and its anthropogenic emission sources must be controlled.
کلیدواژه‌ها [English]
Heavy metals, Particulate matter, Enrichment factor, Health risk assessment, Excess cancer risk
مراجع
  1. Addo, M., Darko, E., Gordon, C., Nyarko, B. and Gbadago, J., 2012. Heavy metal concentrations in road deposited dust at Ketu-south district, Ghana. International Journal of Science and Technology. 2, 28-39.
  2. Anderson, J.O., Thudiyil, J.G. and Stolbach, A., 2012. Clearing the air: A review of the effects of particulate matter air pollution on human health. Journal of Medical Toxicology. 8, 166-175.
  3. Atiemo, M.S., Ofosu, G.F., Kuranchie-mensah, H., Tutu, A.O., Palm, N. and Blankson, S.A., 2011. Contamination assessment of heavy metals in road dust from selected roads in Accra, Ghana. Research Journal of Environmental and Earth Sciences. 3, 473-480.
  4. Bleiwas, D. I., 2006. Stocks and flows of lead-based wheel weights in the United States. USGS Research Report. USA.
  5. Esmaili Sari, A., 2002. Pollution, health and environmental standards, First ed. Naghshe Mehr Press,Tehran. (In Persian with English abstract).
  6. Faiz, Y., Tufail, M., Javed, M.T. and Chaudhry, M., 2009. Road dust pollution of Cd, Cu, Ni, Pb and Zn along Islamabad Expressway, Pakistan. Microchemical Journal. 92, 186-192.
  7. Ghiasseddin, M., 2015. Air Pollution, second ed. University of Tehran Press, Tehran. (In Persian with English abstract).
  8. Greene,N.A. and Morris, V.R., 2006. Assessment of public health risks associated with atmospheric exposure to PM2. 5 in Washington, DC, USA. International Journal of Environmental Research and Public Health. 3, 86-97.
  9. Haritash, A. and Kaushik, C., 2007. Assessmentof seasonal enrichment of heavy metals in respirable suspended particulate matter of a sub-urban Indian city. Environmental Monitoring and Assessment. 128, 411-420.
  10. Hieu, N.T. and Lee, B.K., 2010. Characteristics of particulate matter and metals in the ambient air from a residential area in the largest industrial city in Korea. Atmospheric Research. 98, 526-537.
  11. Kamani, H., Hoseini, M., Seyedsalehi, M., Mahdavi, Y., Jaafari, J. and Safari, G.H., 2014. Concentration and characterization of airborne particles in Tehran’s subway system. Environmental Science and Pollution Research. 21, 7319-7328.
  12. Kermani, M., Arfaeinia, H., Nabizade, R., Alimohammadi, M., Alamolhoda, A.A., Bahramiasl, F. and Shahsoni, A., 2014. Study on concentration of particulate matter with diameter less than 10 Microns, heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons related to PM2. 5 in the Ambient Air of Sina Hospital District. Journal of Environmental Health Enginering. 1, 93-103.
  13. Kim, Y.H., Kim, K.H., Ma, C.J., Shon, Z.H., Park, CG., Song, S.K., Ro, C.U. and Brown, R.J., 2014. An investigation into the relationship between the major chemical components of particulate matter in urban air. Chemosphere. 95, 387-394.
  14. Leili, M., Naddafi, K., Nabizadeh, R., Yunesian, M. and Mesdaghinia,A., 2008. The study of TSP and PM10 concentration and their heavy metal content in central area of Tehran, Iran. Air Quality, Atmosphere and Health. 1, 159-166.
  15. Lide, D.R., 2004. Handbook of Chemistry and Physics, First ed. CRC press, Florida.
  16. Loska, K., Wiechula, D., Barska, B., Cebula, E. and Chojnecka, A., 2003. Assessment of arsenic enrichment of cultivated soils in Southern Poland. Polish Journal of Environmental Studies. 12, 187-192.
  17. Lu, X., Wang, L., Lei, K., Huang, J. and Zhai, Y., 2009. Contamination assessment of copper, lead, zinc, manganese and nickel in street dust of Baoji, NW China. Journal of Hazardous Materials. 161, 1058-1062.
  18. Manno, E., Varrica, D. and Dongarra, G., 2006. Metal distribution in road dust samples collected in an urban area close to a petrochemical plant at Gela, Sicily. Atmospheric Environment. 40, 5929-5941.
  19. Moeinaddini, M., Sari, A.E., Bakhtiari, A.R., Chan, A.Y.C., Taghavi, S.M., Conell, D. and Hawker, D., 2014. Sources and health risk of organic compounds in respirable particles in Tehran, Iran. Polycyclic Aromatic Compounds. 34, 469-492.
  20. Okorie, A., Entwistle, J. and Dean, J.R., 2012. Estimation of daily intake of potentially toxic elements from urban street dust and the role of oral bioaccessibility testing. Chemosphere. 86, 460-467
  21. Park, E.J., Kim, D.S. and Park, K., 2008. Monitoring of ambient particles and heavy metals in a residential area of Seoul, Korea. Environmental Monitoring and Assessment. 137, 441-449.
  22. Rashki, A., Erikson, P., Rautenbach, C.D.W., Kaskaoutis, D., Grote, W. and Dykstra, J., 2013. Assessment of chemical and mineralogical characteristics of airborne dust in the Sistan region, Iran. Chemosphere. 90, 227-236.
  23. Root, R.A., 2000. Lead loading of urban streets by motor vehicle wheel weights. Environmental Health Perspectives. 108, 937-948.
  24. Saeesi, M., Li, L.Y. and Salmanzadeh, M., 2012. Heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons: pollution and ecological risk assessment in street dust of Tehran. Journal of Hazardous Materials. 227, 9-17.
  25. Sistani, N., Moeinaddini, M., Khorasani, N., Hamidian, A., Ali-Taleshi, M. and Azimi Yancheshmeh, R., 2017. Heavy metal pollution in soils nearby Kerman steel industry: metal richness and degree of contamination assessment. Iranian Journal of Health and Environment. 10, 75-86.
  26. Smichowski, P., Gomez, D., Frazzoli, C. and Caroli, S., 2007. Traffic‐Related Elements in Airborne Particulate Matter. Applied Spectroscopy Reviews. 43, 23-49.
  27. Soltani, N., Keshavarzi, B., Moore, F., Tavakol, T., Lahijanzadeh, A.R., Jaafarzadeh, N. and Kermani, M., 2015. Ecological and human health hazards of heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in road dust of Isfahan metropolis, Iran. Science of The Total Environment. 505, 712-723.
  28. USEPA, 1999. Method IO-3.1: Compendium of Methods for the Determination of Inorganic Compounds in Ambient Air. Available online at: http://www.epa.gov.
  29. Wei, B., Jiang, F., Li, X. and Mu, S., 2010. Heavy metal induced ecological risk in the city of Urumqi, NW China. Environmental Monitoring and Assessment. 160, 33-45.
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 10,434
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 5,326