مقاله درباره مناطق شهری، مناطق روستایی، صنایع وابسته

جمله منابع مهم آلاینده‌ است. در مناطق جنگلی، آتشسوزی جنگل، سبب تولید مقدار قابلتوجهی هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای می‌شود.اِسومانگ و همکاران در سال 2011 (Essumang et al. 2011)منابع انسانزاد تولید PAHها را به چند گروه تقسیم کردند: منابع متحرک از قبیل اتومبیل، کامیون، کشتی و هواپیما، منابع صنعتی از قبیل نیروگاههای برق، کارخانههای فولاد، کورههای ککسازی، ذوب فلزات، کارخانههای سیمان و پالایشگاههای نفت، منابع خانگی از قبیل سوزاندن گرمایشی و پخت وپز، به ویژه سوختهای جامد مثل چوب و زغالسنگ. آتش و دود ناشی از سوزاندن پسماندهای کشاورزی، کباب کردن و دودی کردن غذاها و دود تنباکو و سیگار از دیگر منابع این ترکیبات است. در مجموع، هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای را میتوان ناشی از سه فرایند عمده دانست که عبارتند از فرایندهای آذرزاد(Pyrogenic)،نفتزاد(Petrogenic)و دیاژنزی(diagenetic)(Burgess et al., 2003)هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای آذرزاد، نتیجه سوختن ناقص مواد آلی در دمای بالا و زمان کوتاه هستند(Ishiwatari and Meyer, 1993).تصور می‌شود این گروه از هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای ناشی از شکستن(Cracking)مولکول مواد آلی و تشکیل رادیکالهای با وزن مولکولی کمتر، در فرایند آذرکافت(Pyrolysis)و تجمع سریع این رادیکالها برای تشکیل هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای آلکیلی نشده، باشد(Neff, 1979). علاوه براین، فرآیند آذرکافت سبب تشکیل دوده کربنی نیز می‌شود که تجمعی از هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای چگالیده است(Neff,1979 ; Thomas et al., 1968). هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای نفتزاد حاصل فرایندهای سنگزایی در دمای کم و زمان بسیار طولانی هستند(فرآیندهایی که به تولید نفت وسایر سوختهای فسیلی دارای هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقهای منجر میشوند) Boehm et al.,2001) ; Ishiwatari) and Meyer , 1993). این گونه هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای که در دمای پایین( حدود 150 درجه سانتیگراد) و زمان طولانی تشکیل شده‌اند، اساساً به صورت مولکول‌های آلکیلی شده هستند. ساختار آلکیلدار هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای نفتزاد ، نشاندهنده مواد گیاهی و جانوری قدیمی تشکیلدهنده این ترکیبات است(Neff,1979). ترکیبات آلکیلی شده، ترکیباتی هستند که دارای یک یا چند گروه آلکیل(به فرمول CnH2n+1 ) در ساختار خود میباشند. لازم به ذکر است که ویژگیهای آبگریزی و پتانسیل زیستانباشت هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای، با افزایش درجه آلکیلی شدن، افزایش مییابد. هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقهای دیاژنزی، ناشی از تغییرات بوجود آمده در مواد زیستزاد، مانند هیدروکربن‌های موجود در اسانس گیاهان، در فرآیندهای رسوبی هستند. چنین فرآیندهایی منجر به تشکیل ترکیباتی مانند رتن(Retene)و مشتقات فنانترن و کرایزن میشوند(Silliman et al., 1998). علاوه بر اینکه هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای سنگزاد، بطور معمول در رسوبات جدید(نهشته شده در 150 سال گذشته) در غلظتهای زمینه یافت میشوند، اغلب به عنوان مجموعههای غالب در رسوبات نهشته شده تا پیش از فعالیتهای صنعتی انسان نیز شناخته شدهاند(Gschwend et al., 1983).
ماینشاین(Meinschein, 1959)اولین کسی بود که نشان داد ترکیب مولکولی هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقهای موجود در رسوبات، با ترکیب مولکولی که عموماً در نفتها مشاهده می‌شود تفاوت دارد. مشاهده چنین اختلافی در سایر نقاط، نشان داد که بیشتر هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقهای موجود در محیط آبگین از منابع آذرزاد منشأ گرفتهاند(Blumer,1976 ; Suess,1976 ; Hites et al.,1977 ; NRC,1985 ; Wu et al,2001). با وجود این ، هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای نفتزاد میتوانند بهتنهایی ویا همراه با انواع آذرزاد در محیط دیده شوند(Lake et al., 1979 ; Wakehamet al., 1980 ; NRC,1985 ; Hites and Gschwend, 1981 ; Readman et al., 1992). در مجموع به نظر میرسد که هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای نفتزاد در ارتباط با منابع محلی یا نقطهای مانند پالایشگاهها یا سایر صنایع وابسته به نفت، و همچنین در مجاورت راهها و مسیرهای حمل و نقل باشند. برعکس، هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای آذرزاد در مقیاس جغرافیایی وسیعی مشاهده میشوند . هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای دیاژنزی عموما ً در غلظتهای زمینه حضور دارند، و اهمیت چندانی ندارند. با توجه به آنچه گفته شد، ارتباطی بسیار قوی بین منشأ هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای و گسترش آنها وجود دارد، بهطوری که انواع آذرزاد عموما ً نوع غالب در محیطهای آبگین و خاک هستند.
یکی دیگر از تفاوتهای مهم بین هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای آذرزاد و نفتزاد ، گسترش کمتر انواع نفتزاد در ستون رسوبی ، نسبت به انواع آذرزاد است. یکی از دلایل این پدیده، انتشار کمتر انواع نفتزاد در محیط است . علاوهبراین، به نظر میرسد هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای آذرزاد همراه با دوده کربن، پایدارتر بوده و تا حد زیادی نسبت به انواع فرآیندهای تجزیه در محیط، مقاوم باشند. مطالعات انجام شده در مورد هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقهای جذب شده در دوده کربن نشاندهنده اکسایش نورشیمیایی کمتر در مقایسه انواع موجود در دیگر زمینهها(Matrix)است(Crossley and Butler, 1981 ; Korfmacher et al., 1981 ; Yokley et al., 1986). بهعلاوه، هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای آذرزاد در برابر تجزیه میکروبی پایدار هستند(Farrington et al., 1983). بنابراین سرنوشت هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای آذرزاد، تا حد زیادی تحت تأثیر فرآیندهای حذفکننده یا تجزیهکنندهای قرارنمیگیرند(بجز فرآیند رسوبگذاری). در مقابل، هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقهای نفتزاد تمایل بیشتری برای دگرسانی زیستشیمیایی دارند و همچنین مستعد فرآیندهای فراریت، انحلال، اکسایش نورشیمیایی، تجزیه میکروبی و تهنشینی هستند(Sass and Blumer, 1972; Gearing et al., 1979; Lee,1980; Payne and Jordan,1980).
فان متر و همکاران(Van Metre et al., 2000)هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای در مغزههای حفاری شده در 10 دریاچه و مخزن سد را بررسی کردند( 1800 تا 1968 میلادی ) و نشان دادند که بیشترین افزایش غلظت هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقهای ستون رسوبی مربوط به مناطقی است که بیشترین افزایش مناطق شهری را داشتهاند. علاوه بر این، ترکیب هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای در 40 سال گذشته، در رسوبات مورد مطالعه تغییر کرده است، بطوری که هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای، در رسوبات پیش از 1960 میلادی ، عموما ً از منشأ نفتزاد( چشمههای نفتی ) بودند، حال آنکه در رسوبات جدیدتر، نسبت انواع آذرزاد(عموما ًناشی از وسایل نقلیه موتوری ) به سرعت افزایش یافتهاست. این پژوهشگران همچنین نشان دادند که افزایش غلظت هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقهای، مستقیما ً به افزایش مسافت طی شده توسط اتومبیلها در 30 سال گذشته،بستگی دارد. فان متر و همکاران(Van Metre et al., 2000)نشان دادند که توسعه بیرویه شهرها، کیفیت منابع آب موجود در حوضه های آبریز را، از نقطهنظر هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای، تحت تأثیر قرار دادهاست، زیرا این ترکیبات از راه ریزش جوی، وارد چرخه آبشناختی میشوند.
دیخوت و گوستافسون(Dickhut and Gustafson , 1997)گزارشدادند که غلظت هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای موجود در هوای مناطق شهری، بیش از 50 برابر مناطق روستایی است. علاوه بر این، بیشترین غلظت این ترکیبات در مناطق شهری، در فصل تابستان مشاهده شد، حال آنکه تغییرات فصلی در مناطق روستایی بسیار اندک است. این الگوی فصلی نشان می‌دهد که در مناطق شهری، هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای از سطوح آلوده مانند سطح خیابانها، تبخیر میشوند، و افزایش دما در چنین سطوحی، نرخ فراریت را افزایش می‌دهد. ریزشهای جوی، این آلاینده‌های هوا را وارد چرخه آب‌شناختی می‌کند.

جدول1-2- توزیع PAHs در محیط‌زیست بر حسب درصد (Wild, 1995)

محققین بسیاری از نسبتهای مختلف بین ترکیبات مختلف هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای، برای تعیین منابع احتمالی آلودگی استفاده کردهاند(Tsapakis et al.,2002 ; Kavouras et al., 2001 ;Nielsen , 1998). بارتن و دولا کرتاز (Barten and de la (Cretaz,2007 نسبتهای مختلفی را برای تمیز دادن هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای ناشی از موتورهای بنزینسوز از انواع ناشی از موتورهای دیزل استفاده کردند. این نسبتها عبارتند از :
فنانترن / متیل فنانترن (MePh/Ph)، (فلورانتن+ پایرن) / فلورانتن Fl / (Fl+ Py)، بنزو(a)(آنتراسن + کرایزن) / بنزو(آ)آنتراسن (BaA/(BaA+Chr)). لین و دونگ (Lin & Doong, 2004) ، از نسبتهای فلورانتن / نفتالن (Nap/Fl)، آنتراسن/ فنانترن (Phe/ Ant)، پایرن/ فلورانتن (FL/ Pyr)، بنزو(a) آنتراسن / کرایزن (Chr/BaA)، بنزو(a) پایرن / پایرن .(Pyr/BaP) همچنین نسبت هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای سبک به انواع سنگین (LPAH/HPAH)، برای شناسایی منشأ ترکیبات آروماتیک در رسوبات استفاده کردند. به اعتقاد این پژوهشگران، هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای موجود در نفت خام بیشتر شامل نفتالن ، فلورن، فنانترن و کرایزن میشود، حال آنکه فلورانتن و پایرن بیشتر از فرآیندهای آذرزاد میباشند. به اعتقاد سایرس و همکاران(Sirece et al., 1987 )نسبتهای بزرگتر از یک FL/Pyr، نشانه منشاء آذرزاد ترکیبات آروماتیک است. به عنوان یک قاعده کلی میتوان گفت، نفتها بیشتر دارای هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقهای با وزن مولکولی پایین هستند. حال آنکه فرآیندهای آذرزاد عموما ً ترکیبات با وزن مولکولی بالا تولید میکنند.
بنزو آلفا پایرن(BaP) یکی از ترکیبات PAH و در واقع معرف و شاخص این گروه از آلایندههای محیطزیست است که بیشتر به صورت ترکیب شده دیده می‌شود و PAHها با این ترکیب شناخته می‌شوند. BaP استفاده خاصی ندارد اما همان‌طور که گفته شد، برخی از PAHها کاربردهایی در صنعت و پزشکی دارند. از میان ویژگی‌های کلی BaP وسایر PAHها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- به راحتی نمیسوزند
2- می‌توانند در اتمسفر مسافت زیادی را طی کنند
3- به سختی تجزیه می‌شوند
4- توانایی بخار شدندارند
5- در آب بهراحتی شکسته نمی‌شوند
6- زیستانباشت می‌شوند
7- از عوامل اصلی ابتلا به سرطان به شمار می‌روند
ترکیبات آلی چندحلقهای با بیش از چهار حلقه بهطورکل از ترکیبات پایروژنیک منشأ میگیرند(Dahle et al, 2003). انحلالپذیری و فشار بخار ترکیبات آلی چندحلقهای با افزایش وزن ملکولی آنها کاهش مییابد. PAH سه حلقهای، یا بیشتر دارای انحلالپذیری و فشار بخار کمی هستند و به دلیل این خصوصیات ویژه، در طبیعت تنها در محیطهای خاک و رسوب یافت میشوند و حضور آنها در محیط هوا و آب به صورت معلق میباشد. بیشتر PAH در محیطزیست، در خاک(حدود 95%) و تقریبا 2/0% در هوا میباشد(Smith et al., 1995).گسیلهای ناشی از وسایل نقلیه یکی از اساسیترین منابع ترکیبات آلی چندحلقهای در محیطهای شهری است(Christens and Arora, 2007).بنابراین غبارهایی که در کناره جادهها و در خیابانهای شهری رسوب میکنند دارای مقدار زیادی PAH ناشی از فعالیت وسایل نقلیه و نیز روسازی آسفالتها و تایر اتومبیلها میباشند(Takada et al., 1990, 1991; Murakami et al., 2005; Aryal et al., 2006).PAHها از هر منبع طبیعی و یا انسانزاد، وقتی به جو گسیل میشوند، میتوانند از راه فرآیندهایی مثل حذف جوی(مثلا نهشت خشک) به زمین بازگردند(Yang and Chiang ., 1999). همچنین PAHها میتوانند از راه فرآیندهایی مثل تبخیر و وزش بادهای شدید به اتمسفر باز گشته، و در طول دوره آب و هوایی مرطوب بار دیگر به سطح زمین برگشته و با رواناب شسته، و وارد محیطهای آبی وارد شود(Aryal et al., 2005). بنابراین غبار خیابان به دلیل تأثیر بر کیفیت رواناب و پراکندگی توسط باد مهمترین منبع آلاینده ترکیبات آلی چندحلقهای برای محیطهای آب و هوا در نظر گرفته میشود(Maltby et al., 1995a,b, Pitt et al., 1995; Aryal et al.,