تاثیر فلزات سنگین در آبهای آشامیدنی بر سلامت انسان
این مقاله در مورد مواد شوینده نمی باشد و صرفا جهت اطلاع رسانی
و حفظ سلامت عموم مردم تهیه و
منتشر می گردد لطفا به کیفیت آب مصرفی خود و خانواده عزیزتان دقت فرمائید.
آلودگی فلزات سنگین یک مشکل بزرگ زیست محیطی است که
امروزه جهان با آن روبرو است. صنعتی شدن سریع منجر به
گسترش آلودگی می شود و باعث افزایش مداوم غلظت فلزات
می شود و باعث مشکلات جدی در آلودگی دفع مواد زائد صنعتی
به طور مستقیم به داخل آب و مناطق زیر زمینی می شود. فلزات سنگین
عناصر اصلی پوسته زمین هستند که به عنوان آلاینده های محیطی
پایدار وجود دارند که بعضی از آنها می توانند به اشکال غیر سمی
تبدیل شوند. بطور کلی فلزات سنگین یک اصطلاح جمعی است و
برای گروه فلزاتی با عدد اتمی بالاتر (بالاتر از ۲۰) و چگالی
بیشتر (۵ گرم در سانتی متر مکعب) مانند: کادمیوم، سرب، جیوه، نیکل،
کروم، آرسنیک ، مس و روی استفاده می شود. این فلزات به دلیل
اقدامات مهاری قدرتمند در فعالیت های تخریب زایی به طور مستقیم
با آلودگی محیط زیست و مشکلات سمیت زیست محیطی ارتباط
دارند. بیشتر فلزات به عنوان عناصر مغذی در مقادیر کم ضروری
هستند و در طیف وسیعی از مسیرهای آنزیمی و متابولیک دخیل
هستند. با این حال ، مقادیر زیادی از فلزات می توانند در زندگی برای
میکروارگانیسم ها، گیاهان، حیوانات و انسان به شدت مهار کننده
و یا کشنده باشند. اگرچه تعداد کمی از فلزات مانند:
کادمیوم، آرسنیک، جیوه سمیت کمتری دارند.
محیط (خاک ، آب و هوا) با فلزات سمی مختلف آلوده شده است.
فلزات از طریق فعالیت های مختلف انسانی و طبیعی وارد محیط
می شوند. به طور طبیعی، تشکیل سنگ ها ، هوازدگ ، فرسایش
و آتشفشان ها به ویژه مسئول قرار گرفتن در معرض و انتشار مقدار
زیادی آلومینیوم، مس، جیوه، منگنز، نیکل و روی در محیط هستند.
معمولاً فلزاتی مانند: آلومینیوم، مس و نقره در انواع سنگ هایی از
جمله آذرین، اولیوین و رسوبات به عنوان مواد معدنی رسوب می شوند
و سنگ هایی که به اندازه کافی فلزات برای استخراج اقتصادی دارند
به عنوان سنگ معدن شناخته می شوند.
غلظت بالای فلزات، هنگامی که در خاک انباشته می شوند باعث
ایجاد اثرات مضر بر تولید و باروری می گردند. اینها همچنین می توانند
برای مدت طولانی از طریق غذا، آب ، هوا و تجمع بیولوژیکی به
سیستم وارد شوند. تجمع فلزات کشنده در بدن انسان عواقب جدی
سلامتی مانند رشد و ناهنجاری های رشد، سرطان زایی،
نقص عصبی عضلانی، بیماری های روانی و عدم موفقیت در فعالیت های
متابولیکی را ایجاد می کند. مهمترین راه انتشار فلزات سمی به
محیط زیست از طریق طیف وسیعی از شیوه ها و مسیرها ، همراه
با احتراق و استخراج زباله های سمی به اتمسفر و انتشار بیش از
حد فاضلاب و پساب حاوی مواد شیمیایی مضر و آلودگی های مضر،
آلوده کننده آب های سطحی و خاک ها استفاده مداوم از فلزات خطرناک
در فعالیت های انسانی از بخش های صنعتی مانند: آبکاری، نقاشی،
برنزه کردن، منسوجات و رنگ ها، کاغذ سازی، معدن و سایر موارد
بسیار زیاد شده است و برای تنوع زندگی روی زمین مضر است.
تخلیه غیرقابل تفکیک فلزات خطرناک از این فرایندهای صنعتی اغلب
در غلظت های بالا (بالاتر از حد مجاز) خطر سمیت را برای آلودگی
محیط زیست ایجاد می کند. از این رو، حذف واصلاح آنها
برای ایمنی محیط زیست ضروری شده است.
کروم ( Cr )
کروم یکی از متداول ترین فلزات سنگین است که در زمین و
طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی وجود دارد. بیشتر فلز Cr
در داخل رسوبات و سنگ ها به عنوان سنگ معدن نگهداری
می شود و به طور عمده در ترکیبات کرومیت FeOCr2O3 وجود دارد
و معمولاً در آب های طبیعی، خاک، هوا و محصولات غذایی وارد
می شود. Cr (VI) بسیار مضر است و به عنوان آلاینده ها و
سرطان زا های انسانی در اولویت گزارش شده و عوارض شدیدی
در سلامتی و اختلالات بالینی دارد که گاه منجر به مرگ می شوند.
صنایع متالورژی تقریباً ۹۰٪ از کل تولید کروم را برای ساختن فولاد ضد زنگ
و فولاد آلیاژی استفاده می کنند، در حالی که بخش باقیمانده از آن
در مواد نسوز و ریخته گری استفاده می شود. همچنین در برنزه کردن چرم ،
تولید رنگدانه و صنایع آبکاری از کروم در مقیاس وسیعی استفاده
می گردد. کروم در دو شکل اکسیداتیو اولیه در طبیعت به صورت
سه ظرفیتی ( Cr3+ ) و شش وجهی ( Cr6+) وجود دارد. اثرات خطرناک
مختلفی توسط مطالعات انجام شده بر روی انسان و همچنین بر روی
اکوسیستم گزارش شده است. هند ۱۴٪ از تولید كروم سرتاسر جهان
را در معدنی در دره Sukinda سهیم است. دره سوکیندا به دلیل
وجود آب های زیاد و حضور کروم در آب های اطراف، یک منطقه آلوده
شناخته شده در جهان است. میزان سمیت کروم به میزان جذب و تجمع
بستگی دارد. Cr6+ بسیار محلول در آب است و به عنوان
کرومات اکسی آنیون CrO42_ وجود دارد. وجود مقادیر بیش از حد
این یون فلزی در بدن اثرات خطرناکی بر سلامت فردی می گذارد.
حلالیت، پتانسیل اکسیداسیون زیاد و نفوذپذیری غشاء باعث سمیت
بیشترکروم شش وجهی می شود. Cr6+ به عنوان یک سرطان زا
بالقوه عمل می کند و باعث ایجاد گونه های اکسیداسیون واکنش پذیر
می شود و باعث ایجاد جهش بر DNA انسان و دیگر موجودات می شود.
اثرات سمیت کروم شامل سوزش مجاری دستگاه تنفسی،
مشکلات دستگاه گوارش، درماتیت و واکنش های آلرژیک پوستی است.
سمیت آن روی آب های شیرین تأثیر می گذارد و سطح پروتئین ها
و گلیکوژن ها را در بدن کاهش می دهد و منجر به کاهش مکانیسم
تنوع زیست محیطی می گردد. با این حال می تواند از غشاهای
بیولوژیکی عبور کند، و لی مقدار قابل توجهی از آن توسط پستانداران
قابل تحمل است.Cr3+ نسبتاً نامحلول در آب و از نظر ترمودینامیکی پایدار است.
مطالعات اولیه ازCr3+ به عنوان یک عامل مؤثر در عملکرد انسولین
برای تنظیم سطح قند خون خبر داده است .با این حال، اخیراً در
برخی از مطالعات در مورد نیازبه Cr3+ به عنوان یک عامل مؤثر
برای عملکرد انسولین شک و تردید وجود دارد. علاوه بر این، در
استفاده از در بیماران مبتلا به دیابت نوع ۲ و سندرم گلوکز اختلالاتی
نشان داده شده است و مقدار بیش از حد تجمع Cr3+ توسط این
مکمل ها ممکن است منجر به شکل گیری ترکیب های افزایشیCr_ DNA
شود که باعث ایجاد سمیت پتانسیل می شود .بنابراین همچنان
اختلاف نظر هایی در مورد استفاده از کروم به عنوان مکمل وجود دارد.
انتشار بدون کنترل یا وجود بیش از حد کروم در محیط زیست، تهدیدی
غیر قابل اغماض برای اکوسیستم است. این تهدید خواستار انجام
برخی اقدامات لازم برای تشخیص و از بین بردن کروم از مناطق
آسیب دیده شده است. حسگرهای زیستی مبتنی بر آنزیم را
می توانند برای تشخیص انواع فلزات سنگین مانند سرب، آرسنیک
و کادمیوم استفاده کنند. اوره آز ( اوره آمیدو هیدرولاز)یکی از آنزیم های
خوب مورد مطالعه برای مهار فلزات سنگین به دلیل مزایای خاص آن
است. اوره آز را میتوان از منابع فراوانی از قبیل : باکتری ها،
جلبک ها، قارچ ها ، گیاهان و خاک به دست آورد. فعالیت بیولوژیکی
خاک نشانگر مستقیم وجود اوره است. اوره نسبت به فلزات سنگین
به عنوان مثال: نقره، کبالت، نیکل، کادمیوم، سرب، کروم و جیوه
حساس است. یون های فلزی با باقی مانده های سیستئین
موجود در محل در تعامل هستندو حسگرهای زیستی مبتنی بر
اوره آز برای تشخیص فلزات سنگین در محیط در حال استفاده می باشند.
اوره آز اولین آنزیم کریستالیزه و شناخته شده حاوی نیکل است و
می تواند اوره را به آمونیاک و دی اکسید کربن تبدیل کند. میزان کاتالیز
ممکن است به ۱۰۱۴ برابر تبدیل بدون تجزیه و تحلیل نزدیک شود.
ساختار و وزن مولکولی این آنزیم با منشاء آن مانند گیاه، باکتری،
قارچ و جلبک متفاوت است. اوره آز یک مولکول شش ضلعی است.
برخی از فلزات سنگین که با واکنش با گروه های سولفو هیدریل در
محل فعال اوره آز فعال می شوند، باعث مهار فعالیت اوره آز می گردند.
کادمیومCd
کادمیوم در اشکال مرتبط با سنگ معدن سرب و روی در محیط های
طبیعی موجود است. این محصول فرعی پالایش روی است. تولید روی،
منبعی شایع آلودگی کادمیوم به محیط را تشکیل می دهد. کادمیوم
در بسیاری از فرایندهای صنعتی از جمله آبکاری، عامل تثبیت کننده
در صنعت پلاستیک و فروش دستگاه های نوشابه، دود سیگار و باتری
قابل ملاحظه است و از محافظت در برابر خوردگی محافظت می کند.
فاضلاب صنعتی حاوی مقادیر بالاتر کادمیوم از ۱۰ میلی متر تا ۱۰۰ میلی متر
است. کادمیوم هفتمین فلز خطرناک و مضر است که طبق رتبه بندی
آژانس مواد سمی و بیماری ها ثبت شده است. قرار گرفتن در
معرض گسترده آلودگی به کادمیوم به احتمال زیاد با استنشاق و یا
مصرف از طریق منابع مختلفی از جمله صنایع فلزی، مواد غذایی فاسد
شده و هدر رفته، سیگار و محصولات سی دی مربوط به کارخانه ها و
مناطق کارمی باشد و به طور جدی به انسان ها و حیوانات را مبتلا
می کند. قرار گرفتن در معرض طولانی مدت کادمیوم در کلیه ها بر
روی چندین آنزیم تأثیر منفی می گذارد که مسئول جذب مجدد
پروتئین ها در لوله های کلیوی هستند و در نتیجه در عملکرد کلیه اختلال ایجاد می شود.
سرب ( Pb)
سرب یک فلز خاکستری مایل به آبی است که متعلق به گروه IV
و دوره ۶ جدول تناوبی است. این ماده به طور طبیعی به عنوان
ماده معدنی در ارتباط با سایر مؤلفه ها مانند: سولفیدها با گوگرد
و یا اکسیدهایی با اکسیژن (PbCO3) مشاهده می شود. این ماده
در پوسته زمین در غلظت های بین ۱۰ تا ۳۰ میلی گرم بر کیلوگرم -۱
وجود دارد. سرب معمولاً در اگزوز ماشین، رنگ موها، رنگ ها،
لعاب سفال مورد استفاده قرار می گیرد. حمل و نقل جاده ای
و وسایل نقلیه در اصل مسئول مقادیر زیاد انتشار سرب به
محیط هستند. فعالیت های ضد احتراق زغال سنگ، سوخت های
سرب و تولید فلزات غیر آهنی پیرو متالورژیکی به طور قابل ملاحظه ای
در آلودگی ناشی از سرب از آب و منابع آب نقش دارند.
جیوه (Hg)
یک فلز نقره سفید سنگین متعلق به d-block و دوره ۶ جدول تناوبی
است. باقیمانده جیوه اغلب در ابزارها و تجهیزات علمی مانند دماسنج
و فشارسنج ها، ابزارهای اندازه گیری فشار خون، مواد ترمیم
دندان و همچنین در نورپردازی فلورسنت مورد استفاده قرار
می گیرند. این ماده تا حد زیادی در فرآیند الکتروشیمیایی تولید کلر
و به عنوان الکترود در صنعت کلر قلیایی نقش دارد. جیوه در
تولید سود سوز آور و حفظ محصولات دارویی، راکتورهای هسته ای
و مواد ضد قارچ برای فرآوری چوب نقش داشته و به عنوان حلال
برای فلزات واکنش پذیر و گرانبها عمل می کند. تمام این اشکال
بسیار مسموم هستند و باعث سمیت دستگاه گوارش، سمیت عصبی و سمیت کلیوی می شوند.
نیکل (Ni)
نیکل یک فلز سفید درخشان، نقره ای و با رنگی طلایی اندک
است که متعلق به فلزات است. نیکل سخت و انعطاف پذیر است
و معمولاً در سنگ های اولترامورفیک وجود دارد. مصرف خوراکی
یک روش اصلی آلودگی نیکل است. نیکل به عنوان یونی فلزی
طبقه بندی می شود زیرا هم خاصیت نرم و هم فلز سخت
دارد و می تواند به Sr ، N و O2 متصل شود. صنایع آبکاری فلزات،
احتراق سوخت های فسیلی، استخراج نیکل و صنایع آبکاری
از عوامل اصلی آلودگی نیکل به محیط زیست هستند. نیکل
یک عنصر اساسی برای واکنش های متابولیکی مختلف است
که به عنوان کاتالیزور مورد نیاز در مقادیر اندک مورد استفاده
قرار می گیرد و در مقادیر فراتر از حد مجاز بسیارخطرناک می شود.
نیکل یک سم تجمعی نیست، اما درغلظت بالاتر و قرار گرفتن در
معرض صنعتی، باعث ایجاد سمیت و حتی سرطان زا بودن می شود،