بررسی میزان جذب عناصر کادمیم، روی، مس، نیکل، آهن و سرب موجود در پساب بیمارستانی به روش گیاه پالایی توسط گیاه وتیور

98-1-30

بررسی میزان جذب عناصر کادمیم، روی، مس، نیکل،
آهن و سرب موجود در پساب بیمارستانی
به روش گیاه پالایی توسط گیاه وتیور
علی دیندارلو، محمد هدایت، اسماء حسینی

چکیده
فاضلاب بیمارستانی یکی از انواع فاضلاب‌های شهری است که با توجه به منبع تولیدش ممکن است حاوی عوامل پاتوژن و میکروارگانیسم‌ها، انواع عوامل بیماری‌زای روده‌ای، باکتری‌یابی، ویروسی، عوامل انگلی و مواد سمی موجود در شیرابه پساب‌های بیمارستانی از جمله فلزات سنگین باشد. در این پژوهش میزان جذب عناصر کادمیم، روی، مس، نیکل، آهن و سرب موجود در پساب بیمارستانی به روش گیاه‌پالایی، با استفاده از گیاه وتیور بررسی شد. به این منظور گیاه وتیور براساس طرح کاملاً تصادفی، در قالب 8 تیمار و
4 تکرار کشت و با ترکیب‌های مختلفی از آب معمولی و پساب بیمارستانی، به مدت 75 روز آبیاری شد. مطابق نتایج به‌دست آمده، بیشترین تجمع عناصر سرب، مس، روی، آهن و نیکل به ترتیب به میزان 244/9، 313/2، 3188/2، 2625/3، 638/27 در قسمت ریشه گیاه و عنصر کادمیم به میزان 45/3 میکروگرم در گرم ماده خشک در خاکی که گیاه در آن کاشته شده بود، رخ داد و مقادیر خیلی کمی از عناصر سنگین در قسمت شاخ و برگ گیاه وتیور تجمع یافت. تجمع بیشتر فلزات مس، سرب، نیکل و روی در ریشه نسبت به اندام هوایی نشان‌دهنده مکانیسم تحمل گیاه در غلظت‌های بالای فلزات در خاک است. به‌طور کلی استفاده از گیاه وتیور به‌عنوان گزینه مؤثر در کاهش آلودگی پساب‌های بیمارستانی
توصیه می‌شود.

مقدمه
با رشد روزافزون جمعیت و افزایش مصرف آب در جوامع به‌طور همزمان، میزان تولید فاضلاب نیز افزایش می‌یابد که می‌تواند خطر بزرگی برای محیط‌زیست باشد. در این میان یکی از انواع فاضلاب‌ها که برای محیط‌زیست خطرات بسیاری دارد و به دلیل کیفیت، در دسته مواد زائد خطرناک تقسیم‌بندی شده است، فاضلاب بیمارستانی است. از مهم‌ترین و اساسی‌ترین تهدیدات بهداشتی، جاری شدن این پساب‌ها به درون خاک و آب‌های زیرزمینی است که در درازمدت می‌تواند آثار جبران‌ناپذیری را برای آن منطقه به‌وجود آورد. بیمارستان «مهر برازجان» روزانه در حدود 4هزار لیتر فاضلاب از فعالیت‌های مختلف بیمارستان تولید می‌کند که به‌صورت ثقلی از قسمت‌های مختلف جمع‌آوری و به تصفیه‌خانه‌ای که در محوطه بیمارستان است، منتقل می‌شود و پس از آشغال‌گیری وارد محوطه هوادهی می‌شود. پس از تصفیه مقدماتی و کلرزنی به درون چاه‌های تعبیه شده، در محوطه، منتقل شده و در خاک دفع می‌شود. این پساب شامل عناصر سنگین از جمله کادمیم، سرب، روی،‌ مس، آهن، نیکل، منیزیم و میکرب‌ها و غیره است. ورود این عوامل به درون خاک، برخی خطرات بهداشتی را به همراه دارد. این عناصر به‌طور طبیعی در خاک موجود هستند، اما اگر مقدار آنها از حد مجاز بیشتر شود، باعث بروز برخی خطرات بهداشتی خواهند شد.
کادمیم ناشی از زائدات صنعتی یا فضولات معدنی که از آلوده‌کننده‌های اصلی آب هستند، می‌تواند باعث فشار خون بالا، تخریب کلیه، تخریب بافت‌های بیضه و تخریب گلبول‌های قرمز خون شود. همچنین مسمومیت با سرب اختلال جدی در عملکرد کلیه‌ها، دستگاه‌های تناسلی،‌ مغز و سلسله اعصاب مرکزی ایجاد می‌کند و در نهایت باعث مرگ فرد می‌شود. مسمومیت ناشی از وجود سرب در محیط‌زیست، برخی از کودکان را به عقب‌ماندگی ذهنی و بروز بیماری آنمی دچار کرده است.
دو عنصر از عناصر کمیاب مهم بدن، روی و مس هستند. تحقیقات نشان داده که روی در فرایند تشکیل لخته با پلاکت‌ها تداخل می‌دهد، در عمل هورمون‌های تیروئیدی مؤثر است و برای تولید شکل فعال ویتامین A در رنگدانه‌های بینایی نیز ضروری است. مس و روی جزء ترکیبی نزدیک به 300 آنزیم اند. ون ارپ و ون لون در سال 1991 پس از
14 سال بررسی خاک‌های تیمار شده با لجن نتیجه گرفتند که غلظت کادمیم و روی در زهاب در طول زمان کاهش می‌یابد،‌ در حالی که غلظت‌های مس و سرب افزایش یافتند. این امر به دلیل این واقعیت است که سرب و مس با مواد آلی، پیوند قوی تشکیل می‌دهند، به خاطر سرعت کم تجزیه مواد آلی به کندی آزاد می‌شوند. کادمیم و روی با مواد آلی پیوند ضعیف‌تری تشکیل می‌دهند، بنابراین تحت تأثیر تجزیه لجن قرار نمی‌گیرند که این مسئله می‌تواند خطرات ناشی از این عناصر را بیشتر بروز دهد. نتیجه یک تحقیق در سال 1991 در رابطه با زیادی مس در بدن، نشان داد که در بیماران دارای گرفتگی شدید عروق کرونر، میزان مس موجود در سرم نسبت به گروه نرمال براساس میکرومول بر لیتر افزایش داشته است. در ارتباط با غلظت مس و روی و سرولوپلاسمین در بیماران آتراواسکلروز تحقیقی صورت گرفته و بیان شد که نسبت روی به مس در این بیماران نسبت به گروه نرمال بسیار بالاتر است. مصرف بالای نیکل، خطر ابتلا به سرطان ریه، سرطان بینی، سرطان حنجره و سرطان پروستات را افزایش می‌دهد. مشکلات تنفسی، افزایش حساسیت‌های پوستی، افزایش بروز ناهنجاری و سقط جنین در انسان و حیوانات نیز از دیگر عوارض مصرف بالای نیکل است. از آثار آهن بر سلامت انسان می‌توان به ورم ملتحمه، مشکلاتی در مشیمیه و آماس شبکیه، مشکلات معده و ریوی خوش‌خیم اشاره کرد. نتایج بررسی‌های مذکور، عوارض ناشی از وجود عناصر سنگین بیشتر از حد مجاز و خطرات بهداشتی و بروز بیماری‌های خطرناکی در انسان را تأیید می‌کند. از این رو راه‌های ورود آن به بدن و همچنین پاکسازی آنها از محیط اطراف باید بررسی شود.
در چند دهه اخیر، روش‌هایی به این منظور ارائه شده‌اند که به سه دسته شیمیایی، غشایی و بیولوژیکی تقسیم می‌شوند: روش‌های شیمیایی شامل استفاده از آهک، سنگ آهک، نمک‌های باریم، روش ترکیبی آهک و سولفات آلومینیم هستند. روش‌های غشایی و یونی شامل استفاده از اسمز معکوس، غشاهای الکترودیالیزی و تبادل یونی هستند. روش‌های بیولوژیکی شامل استفاده از انواع بیوراکتورها، تالاب‌های مصنوعی، روش ترکیبی آهک و تصفیه خاک و دیواره‌های نفوذپذیر زیرزمینی‌اند. مشکلاتی نظیر گران بودن مواد اولیه، گرفتگی و عمر کوتاه غشاها و عدم کاربری در روش‌های شیمیایی، غشایی و یونی منجر به کاربرد روش‌های بیولوژیکی به دلیل سازگاری با محیط‌زیست، امکان بازیافت برخی مواد در صنعت، عدم تولید لجن فراوان و غیره در چند دهه اخیر شده است. روش جدیدتری به نام MBR نیز در جهت تصفیه فاضلاب بیمارستانی به‌کار گرفته شده که قادر به حذف درصد بالایی از فاکتورهای موجود در فاضلاب‌های بیمارستانی از جمله TSS، COD و BOD و همچنین میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا هستند. امروزه روش‌هایی برای حذف و به دام انداختن فلزات سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرد
که از آن جمله می‌توان به استفاده از گیاهان سبز (شامل گونه‌های علفی و چوبی) که این قابلیت را دارند، اشاره کرد. به این روش که در آن از گیاهان به منظور تمیز کردن یا کنترل گونه‌های آلوده به فلزات، حشره‌کش‌ها، روغن‌ها و غیره استفاده می‌شود، روش «گیاه‌پالایی» گفته می‌شود. حذف فلزات سنگین با استفاده از روش گیاه‌پالایی، از جمله فناوری در استخراج، سمیت‌زدایی، تثبیت یا به دام انداختن آلاینده‌هاست. به‌طور طبیعی گیاهانی وجود دارند که عناصر خاص را در خود متمرکز می‌سازند. این گیاهان در شرایط آلوده می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. تعداد این گیاهان محدود است؛ که از آن جمله می‌توان به گیاه «وتیور» اشاره کرد. استفاده از این گیاه به‌عنوان «سیستم وتیور» شناخته می‌شود. در پژوهشی در نیجریه، برای دفع سموم حاصل از پساب بیمارستانی به کمک گیاه وتیور یا نیگریتانا که در آن پساب بیمارستانی با آب معمولی به نسبت‌های 1: 3، 3 : 1،
1 :1، 0 : 4 و 4 :0 مخلوط شدند، نشان داد که نسبت اختلاط 1 : 3 بهترین پیشنهاد برای اوایل دوره رشد گیاه خواهد بود.
با بررسی تعدادی از پارامترهای شیمیایی و غلظت فلزات سنگین در آب و خاک و گیاه تالاب گاوخونی در سال 1385 مشخص شد که میانگین غلظت فلزات Cd, Pb, Ni, Mn, Cu, Zn و Cr در آب تالاب به ترتیب برابر 73/0، 054/0، 76/0، 058/0، 48/0، 14/1 و 075/0میلی‌گرم در لیتر است که این مقادیر از حدود استاندارد مربوط به آب آشامیدنی و آب مناسب برای کشاورزی و استانداردهای خاک و گیاه بیشتر است. در بررسی اثر زئولیت طبیعی بر جذب سرب و کادمیم موجود در لجن فاضلاب توسط ذرت مشاهده شد که کاربرد لجن موجب افزایش معنی‌دار (در سطح 1درصد)‌ غلظت سرب و کادمیم در ریشه ذرت می‌شود. همچنین کاربرد زئولیت موجب کاهش معنی‌دار (در سطح 1درصد) غلظت سرب و کادمیم در اندام‌ هوایی و ریشه ذرت و افزایش معنی‌دار
PH خاک می‌شود.
در یک بررسی از خاک اره، پوسته فندق و پوسته بادام در جذب نیکل موجود در خاک استفاده شده، نتایج حاکی از آن بود که به ترتیب پوسته فندق، خاک اره و پوسته بادام بیشترین مقدار نیکل را جذب نموده‌اند. پاکسازی خاک و آب حاوی کادمیم، سرب، روی، نیکل، مس و دیگر عناصر سنگین، بسیار دشوار است. طرح‌های تحقیق و توسعه در سال‌های گذشته به روشنی ثابت کرده‌اند که سیستم وتیور به دلیل داشتن ویژگی‌های فوق‌العاده، به‌عنوان یک روش مهندسی زیستی برای تثبیت دامنه‌های شیب‌دار، دفن فاضلاب، گیاه‌پالایی زمین‌ها و آب‌های آلوده و سایر اهداف حفاظتی محیط‌زیست مورد استفاده قرار گرفته است.
جذب فلزات سنگین توسط گیاه به‌صورت تابعی خطی از شدت افزایش فلز در خاک صورت می‌گیرد. این میزان افزایش تا یک حد بیشینه رسیده و پس از آن ثابت می‌شود. این اثر می‌تواند تابع فیزیولوژی گیاه باشد. در شرایط آزمایشگاهی، گیاه وتیور توانایی جذب 98درصد سرب از کل سرب موجود در خاک، 54 درصد مس، 41درصد روی و 88درصد کادمیم را دارد و بهترین گزینه برای گیاه‌پالایی خواهد بود. در شرایط مزرعه‌ای جذب عناصر توسط گیاه وتیور، مشاهده شد که ریشه این گیاه محل تجمع مقادیر زیادی از عناصر سنگین است. نتایج بررسی میزان جذب تتراسایکلین توسط گیاه وتیور کشت شده در حالت هیدروپونیک نشان داد که تقریباً تمام تتراسایکلین در 40 روز اول توسط گیاه وتیور جذب و تجمع آن در ریشه و برگ‌های گیاه خواهد بود. تجمع عناصر سنگین در گیاهان در سطح خانواده‌های مختلف گیاهی متفاوت است؛ به‌عنوان مثال، «براسیکایسه» و «فاباسه» به ترتیب خانواده‌هایی هستند که گونه‌های آنها بیشترین و کمترین تجمع کادمیم را نشان می‌دهند. در شناسایی گیاهان بومی اراضی اطراف معدن سرب و روی عمارت شازند اراک به‌منظور استفاده در گیاه‌پالایی عناصر سنگین، با جداسازی باکتری‌های خاک از محیط ریزوسفر و خاک‌های آلوده به فلزات سنگین، هفت جدایه مقاوم به فلزات سنگین شناسایی و گزارش شد که می‌توان از زادمایه آنها برای آزمایش‌های گیاه‌پالایی استفاده کرد. باهمت و همکاران در سال 2013 از روش الکتروسینتیک برای اصلاح خاک‌های آلوده به عناصر سنگین روی، سرب، نیکل و کادمیم استفاده کردند و نشان دادند که بیشترین جذب در نزدیکی کاتد که فلزات سنگین تجمع یافته بودند، اتفاق افتاد. عدم کنترل PH و روند افزایشی آن از آند به کاتد، بیشترین تأثیر منفی را در این زمینه داشت. برای بررسی و ارزیابی عملکرد گیاهان بامبو و پامپاس گراس در جهت حذف سولفات موجود در پساب خروجی از طریق کشت هیدروپونیک، عملکرد گیاه پامپاس گراس نسبت به بامبو در حذف سولفات بهتر بود. در زمینه گیاه‌پالایی مدل‌هایی ارائه شده است. در بیان چگونگی رشد ریشه و گیاه‌پالایی آن در قالب یک مدل نشان داده شده است که بیشترین میزان حذف آلاینده‌ها در لایه‌های نزدیک به ریشه و کمترین میزان پاکسازی توسط توده خاک انجام می‌گیرد. همچنین در مورد گیاهان یکساله دیده شده است که در لایه‌های آخر از سطح ریشه، عملاً تأثیر زیادی در پاکسازی ندارند و شبیه به توده خاک عمل می‌کنند. در این پژوهش امکان جذب و حذف عناصر سنگین کادمیم، روی، مس، نیکل، آهن و سرب موجود در پساب بیمارستانی تصفیه‌خانه فاضلاب بیمارستان مهر در شهر برازجان به کمک روش گیاه‌پالایی مورد توجه
قرار گرفت. ادامه دارد