نشریه علوم زمین خوارزمی

نشریه علوم زمین خوارزمی

تمرکز، غلظت فلزات سنگین، کانی‌شناسی و ریخت‌شناسی ذرات معلق 2.5 میکرون (PM2.5) در نواحی مرکزی شهر تهران (مطالعه موردی میدان هفت‌تیر)

نویسندگان
مهساسادات گوهری
افشین قشلاقی
دانشگاه صنعتی شاهرود
چکیده
هدف از این پژوهش تعیین تمرکز، غلظت فلزات سنگین و بررسی کانی‌شناسی-ریخت شناسی ذرات PM2.5 جمع‌آوری شده از ایستگاه سنجش آلودگی هوا در میدان هفت‌تیر (مرکز تهران) است. برای این منظور ذراتPM2.5 به کمک دستگاه نمونه‌گیر کم‌حجم و در طی مدت 5 ماه (اردیبهشت – شهریور 1398) بر روی فیلترهای تفلونی جمع‌آوری گردید. غلظت فلزات در نمونه‌ها پس از هضم آن‌ها در اسید توسط دستگاه جذب اتمی اندازه‌گیری گردیده و سپس از طریق روابط استاندارد به غلظت بر حسب میکروگرم بر مترمکعب تبدیل شدند. بر اساس نتایج به دست آمده تمرکز ذرات PM2.5 در خردادماه بیشتر از سایر ماه‌ها بوده و بالاتر از مقدار مجاز μgm−3 10 قرار می‌گیرد و سطح آلودگی نیز در همه ماه‌ها در رده آلودگی شدید تا شدیداً بالا است. از نظر غلظت فلزات سنگین تغییرات در همه ماه‌های نمونه‌برداری تقریباً مشابه بوده و از روند Zn>Ni>Pb>Cr>Cu>Cd تبعیت می‌کند. غلظت دو فلزPb و Cr در ذرات کمتر از حد مجاز سازمان بهداشت جهانی و میانگین غلظت دو فلز Cd و Ni در نمونه‌ها بالاتر از استاندارد سازمان حفاظت محیط‌زیست آمریکا قرار می‌گیرد. محاسبه ضریب غنی‌شدگی و روش تحلیل مؤلفه اصلی نشان داد که کروم احتمالاً منشأ زمین زاد، کادمیم و روی دارای منشأ عمدتاً انسان‌زاد و سه فلز دیگر سرب، مس و نیکل دارای هر دو منشأ طبیعی و انسان‌زاد هستند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که ذرات PM2.5 به صورت بی‌شکل یا نامنظم، میله‌ای شکل، نامنظم کروی، کاملاً کروی، ورقه‌ای و همچنین به صورت اگرگاتهای بلند زنجیره یا بلورهای منفرد مشاهده می‌شوند. بر اساس مطالعات پراش پرتوایکس کانی‌های رسی (کاندیت و ایلیت)، کوارتز و کلسیت به عنوان کانی‌های اصلی، کانی‌های ژیپس و دولومیت به عنوان کانی‌های فرعی و کانی‌های وزتیت و هالیت به عنوان فازهای کانیایی کمیاب شناسایی گردیدند.



کلیدواژه‌ها
PM2.5
فلزات سنگین
کانی‌شناسی
ریخت‌شناسی ذرات
میدان هفت‌تیر
تهران

عنوان مقاله English

Concentration, heavy metal content, mineralogy and morphology of PM2.5 collected in central district of Tehran (case study on Hafte-Tir Square)

نویسندگان English

Mahsa Saadat Gohari
Afshin Qishlaqi
چکیده English

The aim of this study is to determine the ambient concentration, content of heavy metals and morphology and mineralogy of PM2.5 samples collected from air pollution monitoring station in Haft-Tir square (central Tehran). For this purpose, PM2.5 samples were collected by means of low-volume sampling device during five months (April-August 2019). Based on the obtained results, there is more loading of PM2.5 on June higher that 10 μgm−3 and showed high to very high pollution level. Variations in metal concentration in the sampling months were relatively similar, showing order of Zn>Ni>Pb>Cr>Cu>Cd. Comparing the mean concentration of metals with international permissible limits the concentration of Pb and Cr in PM2.5 samples was lower than that of recommended by the WHO while the average concentration of Cd and Ni was higher than those of USEPA recommended limit. Calculations of enrichment factor and results of principal component analysis revealed that Cr is of geogenic origin, Cd and Zn are derived from anthropic sources and Pb, Cu and Ni are probably of mixed sources. Based on scanning electron microscopy images, PM2.5 are observed as a shapeless or irregular, rod-shaped, irregular spherical, completely spherical, sheeted, as well as long chain aggregates or single crystals. According to the results of X-ray diffraction analysis, clay minerals, quartz and calcite were found as major minerals, gypsum and dolomite minerals were identified as minor minerals and wüstite and halite minerals were identified as rare mineral phases.

کلیدواژه‌ها English

PM2.5
Heavy metals
mineralogy
particle morphology
Hafte-Tire
Tehran
احمدی بیرگانی، ح.، فیض نیا، س.، میرنژاد، ح.، احمدی، ح.، مک کویین، ک.، قربان پور، م.، "خصوصیات فیزیکی شیمیایی و کانی شناختی ذرات گرد و غبار و هواویز غرب ایران (مطالعه ی موردی: شهرهای آبادان و ارومیه)"، مجله منابع طبیعی ایران، جلد 70، شماره 3 (1396)551-567.
ارفعی نیا، ح.، حسینی، م.، رنجبر وکیل‌آبادی، د.، اعلم الهدی، ع.، بنفشه افشان، س.، کرمانی، م.، " بررسی ریخت‌شناسی و کانی‌شناختی ذرات PM2.5 در هوای منطقه دوازده شهر تهران با تکیه بر تصاویر آنالیزی SEM – EDX و آنالیزهای XRD ." مجله سلامت، جلد 7، شماره 2 (1395) 134-145.
درویشی خاتونی، ج.، عباساقی، ف.، محمدی، ع.، "کانی‌شناسی و ژئوشیمی رسوبی گردوغبارهای وارده به استان خوزستان". مجله مخاطرات طبیعی، جلد 6، شماره 14 (1396) 16-1.
رجبی، م.، بیرانوند، م.، " بررسی غلظت و سطوح آلودگی فلزات سنگین در ذرات معلق در سه شهر سنندج، خرم‌آباد و اندیمشک"، فصلنامه علوم محیطی، جلد 13، شماره 4 (1394) 9-16.
مظلومی، س.، اسماعیلی ساری، ع.، بهرامی، فر ن.، معین‌الدینی، م.، "ارزیابی حضور میزان حضور فلزات و شبه فلزات در گردوغبار خیابانی غرب و شرق تهران"، مجله سلامت و محیط‌زیست، جلد10، شماره 2 (1396) 281-292.
Alvi, M.U., Kistler, M., Mahmud, T., Shahid, I., Alam, K., Chishtie, F., Hussain, R., "The composition and sources of water-soluble ions in PM10 at an urban site in the Indo-Gangetic Plain", Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 196 (2019) 105-142.
Apeagyei, E., Bank, M.S., Spengler, J. D., "Distribution of heavy metals in road dust along an urban-rural gradient in Massachusetts", Atmospheric Environment, 45 (2011) 2310-2323.
Atiemo, M.S., Ofosu, G.F., Kuranchie-Mensah, H., Tutu, A.O., Palm, N.D., Blankson, S.A., "Contamination assessment of heavy metals in road dust from selected roads in Accra, Ghana", Research Journal of Environmental and Earth Sciences, 3 (2011) 473–480.
Chen, Y., Schleicher, N., Cen, K., Liu, X., Yu, Y., Zibat, V., Dietze, V., Fricker, M., Kaminski, U., "Evaluation of impact factors on PM2.5 based on long-term chemical components analyses in the megacity Beijing, China", Chemosphere, 155 (2016) 234–242.
Eby, G.N., "Principles of environmental geochemistry", Waveland press, Massachusetts, (2004).
Fang, G.C., Chang, C.N., Chu, C.C., Wu, Y.S., Fu, P., Yang, I.L., Chen, M.H., "Characterization of particulate, metallic elements of TSP, PM2.5 and PM2.5-10 aerosols at a farm sampling site in Taiwan, Taichung", Science of the Total Environment, 308 (2003) 1-16.
Hassanvand, M.S., Naddafi, K., Faridi, S., Arhami, M., Nabizadeh, R., Sowlat, M.H. "Indoor/outdoor relationships of PM10, PM2.5, and PM1 mass concentrations and their water-soluble ions in a retirement home and a school dormitory", Atmospheric Environment, 82 (2014) 375-382.
Hien, P.D, Binh, N.T., Truong, Y., Ngo, N.T., Sieu, L.N., "Comparative receptor modelling study of TSP, PM2.5 and PM2−10 in Ho Chi Minh City", Atmospheric Environment, 35 (2001) 2669-2678.
Hjortenkrans, D.S.T., Bergbäck, B.G., Häggerud, A.V., "Metal emissions from brake linings and tires: case studies of Stockholm, Sweden 1995/1998 and 2005", Environmental Science and Technology, 41 (2007) 5224–5230.
Kermani, M., Jafari, A.J., Gholami, M., Arfaeinia, H., Shahsavani, A., Fanaei, F., "Characterization, possible sources and health risk assessment of PM2.5-bound heavy metals in the most industrial city of Iran", Journal of Environmental Health Science and Engineering, 19 (2021) 151–163.
Liu, J., Chen, Y., Chao, S., Cao, H., Zhang, A., "Levels and health risks of PM2.5-bound toxic metals from firework/firecracker burning during festival periods in response to management strategies", Ecotoxicology and Environmental Safety, 171 (2019) 406–413.
Liu, P.P., Lei, Y.L., Ren, H.R., Gao, J.J., Xu, H.M., Shen, Z.X., Zhang, Q., Zheng, C.L., Liu, H.X., Zhang, R.J., Pan, H., "Seasonal variation and health risk assessment of heavy metals inPM2.5 during winter and summer over Xi’an, China", Atmosphere, 8 (2017) 91-99.
Mbengue, S., Alleman, L.Y., Flament, P., "Bioaccessibility of trace elements in fine and ultrafine atmospheric particles in an industrial environment", Environmental Geochemistry and Health, 37 (2015) 875-889.
Mohseni Bandpi, A., Eslami, A., Shahsavani, A., Khodagholi, F., Aliaghaei, A., Alinejad, A., "Water-soluble and organic extracts of ambient PM2.5 in Tehran air: Assessment of genotoxic effects on human lung epithelial cells (A549) by the Comet assay", Toxin Review, 36 (2017) 116–124.
Okuda, T., Kato, J., Mori, J., Tenmoku, M., Suda, Y., Tanaka, S., He K., Ma, Y., Yang, F., Yu X., Duan, F., Lei Y., "Daily concentrations of trace metals in aerosols in Beijing, China, determined by using inductively coupled plasma mass spectrometry equipped with laser ablation analysis, and source identification of aerosols", Science of the Total Environment, 330 (2004) 145-158.
Rashki, A., Eriksson, P.G., Rautenbach, C.J.W., Kaskaoutis, D.G., Grote, W., Dykstra, J., "Assessment of chemical and mineralogical characteristics of airborne dust in the Sistan region, Iran", Chemosphere, 90 (2013) 227–236.
Shah, M.H., Shaheen, N., Jaffar, M., Khalique, A., Tariq, S.R., Manzoor, S., "Spatial variations in selected metal contents and particle size distribution in an urban and rural atmosphere of Islamabad, Pakistan", Journal of Environmental Management, 78 (2006) 128-137.
Shahsavani, A., Naddafi, K., Jaafarzadeh, N., Mesdaghinia, A., Yunesian, M., Abizadeh, R., Arhami, M., Yarahmadi, M., Sowlat, M., Ghani, M., Jonidi Jafari, A., Alimohamadi, M., Otevalian, S., Soleimani, Z., "Characterization of ionic composition of TSP and PM10 during the Middle Eastern Dust (MED) storms in Ahvaz, Iran", Environmental Monitoring and Assessment, 184 (2012) 6683-6692.
Soleimani, M., Amini N., Sadeghian, B., Wang, D., Fang, L., "Heavy metals and their source identification in particulate matter (PM2.5) in Isfahan City, Iran", Journal of Environmental Sciences, 72 (2018) 166-175.
Tagliani, S.M., Carnevale, M., Armiento, G., Monterealib, M.R., "Content, mineral allocation and leaching behavior of heavy metals in urban PM2.5", Atmospheric Environment, 153 (2017) 47-60.
Talbi, A., Kerchich, Y., Kerbachi, R., Boughedaoui, M., "Assessment of annual air pollution levels with PM1, PM2.5, PM10 and associated heavy metals in Algiers, Algeria", Environmental Pollution, 232 (2018) 252–263.
Talebi, S.M., Tavakoli, T.,"Level of PM10 and its chemical composition in the atmosphere of the city of Isfahan", Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 5(2008) 62-67.
USEPA, "National Ambient Air Quality Standards (NAAQS)", Washington DC, (2014).
USEPA, "Regional Screening Levels (RSLs) - Generic Tables". https://www.epa.gov/ risk. (2016)
USEPA, "Reference method for the determination of fine particle matter as PM2.5 in the atmosphere. US Environmental Protection Agency; 40 CFR 58, Appendix L, as amended July 18, (1997).
Usman, F., Zeb, B., Alam, K., Huang, Z., Shah, A., Ahmad, I., Ullah, S., "In-Depth Analysis of Physicochemical Properties of Particulate Matter (PM10, PM2.5 and PM1) and Its Characterization through FTIR, XRD and SEM–EDX Techniques in the Foothills of the Hindu Kush Region of Northern Pakistan", Atmosphere, 124 (2022) 1-21.
Wang, K., Wang, W., Li, L., Li, J., Wei, L., Chi, W., Hong, L., Zhao, Q., Jiang, J., "Seasonal concentration distribution of PM1.0 and PM2.5 and a risk assessment of bound trace metals in Harbin, China: Effect of the species distribution of heavy metals and heat supply", Scientific Reports, 10 (2020) 60-81.
Wang, X.H., Bi, X.H., Sheng, G.Y., Fu, J.M., "Chemical composition and sources of PM10 and PM2.5 aerosols in Guangzhou, China", Environmental Monitoring and Assessment, 119 (2006) 425–439
WHO, "Guidelines for Air Quality," Geneva, (2016).
WHO, "Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide: Summary of risk assessment", Global update (2005).
Wu, Y., Lu, B., Zhu, X.L, "Seasonal Variations, Source Apportionment, and Health Risk Assessment of Heavy Metals in PM2.5 in Ningbo, China", Aerosol and Air Quality Research, 19 (2019) 2083–2092.
Zereini, F., Wiseman, L.S., "Urban Airborne Particulate Matter: Origin, Chemistry, Fate and Health Impacts", Springer-Verlag, Heidelberg, (2010).
Zhai, Y.B., Liu, X.T., Chen H.M., Xu B.B., Zhu L., Li, C.T., Zeng G.M., "Source identification and potential ecological risk assessment of heavy metals in PM2.5 from Changsha", Science of the Total Environment, 493 (2014) 109–115.