اثرات MTBE در آلودگی منابع آب

MTBE(متیل ترسیو – بوتیل اتر) یك ماده آلی اكسیژن دار است كه امروزه در ایران و برخی كشورهای جهان به صورت گسترده در بنزین بدون سرب استفاده می شود در ابتدای انتخاب و استفاد ه از این ماده در سوخت مزایای زیست محیطی آن مورد توجه بود ولی اكنون پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنیا مشخص شده است كه MTBE دارای امكان تاثیرات سوء روی انسان بوده و دارای پتانسیل آلودگی محیط زیست است. ورود MTBE به منابع آب و خاك به روشهای مختلف انجام می گیرد .MTBE در خاك بسیار متحرك است و حركت آن در آب تابع قوانین حركت آب در خاك است. MTBE مقاومت زیادی به تخریب زیستی دارد و نیمه عمر آن در آب بالاست ، جذب آنها توسط ذرات خاك ضعیف است ،حلالیت بالایی در آب دارد و بسیار متحرك است . این عوامل باعث حركت MTBE به سمت آبهای زیر زمینی و جمع این ماده در این آبها می گردد و از آنجا كه آبهای زیرزمینی در شرب و كشاورزی استفاده دارند با تهدید سلامتی انسان و طبیعت باعث معضلات زیست محیطی می گردد درحال حاضر USEPA حد مجاز این ماده در آبهای آشامیدنی راpb 40-20 تعیین كرده است. با توجه به مصرف گسترده MTBE در ایران قبل از آنكه این ماده به معضل زیست محیطی در كشور تبدیل گردد باید راهكارهی مناسب ادامه و عدم مصرف آن مشخص شود.
مقدمه:
متیل ترسیو یک ماده آلی مصنوعی اکسیژن دار است که پس از اثبات جنبه های سوء بهداشتی و زیست محیطی سرب بعنوان جایگزین آن معرفی و امروزه در ایران و برخی از کشورای جهان بصورت گسترده در بنزینهای بدون سرب استفاده می شود.توجه به این ماده در دهه ۷۰ میلادی آغاز و مصرف آن در دهه ۸۰ و ۹۰ میلادی در جهان افزایش یافت. در ابتدای انتخاب و استفاده از این ماده در سوخت مزایای زیست محیطی آن مورد توجه بود که مهمترین آنها افزایش عدد اکتان بنزین٫ کاهش نشر گازهای آلاینده منتشر از اگزوز خودرو مانند منواکسید کربن و ازن ٫ حذف سرب از بنزین به همراه تاثیر بهبود نسبی کیفیت هوا ٫تولید آسان و سهولت اختلاط با بنزین می باشد ولی اکنون پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنیا مشخص شده است که MTBE دارای امکان تاثیرات سوء روی بدن انسان و مضرات زیست محیطی بودند و آلودگی آبها زیر زمینی از مهمترین جنبه های زیست محیطی آن می باشد . در آمریکا از سال ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۱ میلادی دو سیستم تامین کننده نیاز آب شرب شهری بخاطر آلودگی MTBE برای این منظور غیر قابل استفاده شدند.در سانتامونیکای آمریکا حداقل ۵۰ درصد از کل آب شهری که از منابع زیرزمینی تامین می شدبرای شرب غیر قابل استفاده گردید بطوریکه ۵/۳ میلیون دلار برای جایگزینو تامین آب شرب منطقه هزینه شد. وجود MTBE در کالیفرنیا در نمونه های شهری عموما با مقادیر کمتر از ۲mg/l گزارش شده است. در شرایط خاص در جاهایی که قایقهای موتوری استفاده می شد غلظت این ماده در آن آبها به۱۲ppm هم می رسد. در تحقیقی که در سال۱۹۹۶ توسط USGS در ۱۶ شهر آمریکا انجام شد ٫ مقدار MTBE موجود در آبهای سطحی بین µg/L 100-2/0 گزارش شد که غلظتهای بیشتر بین ماه های اکتبر تا مارس واقع شده است.(۳).در آمریکا به خاطر تاثیرات این ماده در انسان و محیط زیست به ویژه آلودگی منابع آب اعتراضات فراوانی نسبت به ادامه مصرف آن وجود دارد ودر بعضی مناطق استفاده از MTBEممنوع شده است در این مقاله برسی توانایی MTBEدر آلودگی منابع آب سه محور اصلی مورد توجه است تاثیرات MTBE روی سلامتی انسان چگونگی ورود MTBE به منابع آب وسرنوشت MTBE در منابع آب
خصوصیات MTBE :
متیل ترسیو بوتیلاتر یک ترکیب آلی با فرمول شیمیایی C5H12O می باشد در دما وفشار استاندارد مایعی بی بیرنگ ٫ قابل اشتعال و قابل احتراق است . جرم مولکولی آن ۱۵/۸۸ بوده و دارای نقطه ذوب ۹-ـ درجه سانتی گراد ونقطه جوش ۶/۵۳ - ۲/۵۵ درجه سانتی گراد می باشد . چگالی این ماده ۷۴۴/۰ ۷۵۸/۰ گزارش شده است . انحلال پذیری MTBE در آب بسیار بالاست 540mg/L گرارش شده است
تاثیرات MTBE روی سلامت انسان:
انسان از سه طریق خوردن یا آشامیدن ، اشتنشاق وتماس پوستی می تواند در معرض MTBE قرار گیرد و سلامتی او تهدید گردد كه از این بین بلع مهمترین راه ورود این ماده به بدن انسان است و عمدتاً از طریق آشامیدن آب آلوده انجام می شود، ضمن آنكه استحمام با آب گرم آلوده نیز فراریت آن را افزایش داده و باعث استنشاق این ماده می گردد . تاثیرات این ماده روی بدن به دو قسمت سرطانیو غیر سرطانی تقسیم می شود . به دلیل زمان نسبتاً كوتاه از آغاز مصرف گسترده این ماده تحقیقات ومطالعات كافی برای برسی تاثیرات سرطان زائی در انسان انجام نشده است ولی این موضوع هنگامیكه حیوانات آزمایشگاهی به صور مختلف در معرض مقادیر بالای MTBE قرار گرفتند اثبات گردید. در یك آزمایش در آثر بلعیدن MTBE در موشهای صحرایی ماده به مقدار mg 1000 به ازاء هر كیلوگرم وزن بدن در روز طی یك دوره 104 روزهاین موشها به سرطان خون مبتلا شدند وهمین تیمار در موشهای صحرایی نر در دوره فوق باعث بروز تومورهای بیضوی در آنها گردید. طی تحقیقاتی در یك دوره18 ماهه ، استنشاق این ماده توسط موشهای صحرایی نر وماده صورت گرفت و خاصیت سرطان زایی MTBE در این حیوانات آزمایشگاهی مشاهده گردید . بر همین اساس USEPA این ماده را در گروه دارای امكانم سرطان زائی قرار داده است . در مورد تا ثیرات غیر سرطانی MTBE، از مهمترین وشایعترین عوارض تنفس آندر انسان سردرد ،سرگیجه،تهوع،آلرژی و مشكلات تنفسی می باشد در آزمایشی روی موش صحرایی با بلعیدن mg 70 به ازاء هر كیلوگرم وزن بدن در روز تاثیری مشاهده نشد واز mg 100 به ازاء هر كیلوگرم وزن بدن در روزعوارض آن مشاهده گردید(2). برای ارزیابی صحیح از سمیت این ماده بر روی آنسان نیاز به مطالعات وتحقیقات بیشتری می باشد . ضمن آنكه در مواردی مانند تاثیر روی ژنتیك ،تولید مثلو رشد اطلاعات بسیار محدود است .
ورود MTBE به منابع آب:
اولین مرحله در آلودگی منابع آب به MTBE ورود این ماده به اجزاء محیط زیست می باشد . مهمترین منابع ورود MTBE به محیط زیست نشت از تانكها وذخایر زیر زمینی ،لوله ها واتصالات ،وسائل وجایگاههای سوخت گیری ، وسائل نقلیه موتوری با سوخت بنزین ، قایق های موتوری ووسائل حمل و نقل MTBE می باشند كه بر حسب جایگاه و نوع منبع ، این ماده می تواند وارد هوا خاك و آب گردد. MTBE موجد در هوا، شستشوی سطوح ذرات آلوده به مواد حاوی این ماده ، تخلیه مستقیم MTBE یا بنزین حاوی این ماده به آبورود این ماده به آبهای سطحی شده و ورودبه آبهای زیر زمینی نیز از طریق آبهی سطحی ، شكافها و عوارض زمین ، چاهها و خاك قابل انجام است ورود MTBE به هوااز طریق تبخیر در جایگاههای سوخت گیری و سوخت رسانی ، خروج از خودروها ، تبخیر از لكه های بنزین روی سطح زمین و استفاده های متفرقه انجام می گردد . در نتیجه یك تحقیق پیك غلظت MTBE در هوای نزدیك به پمپهای بنزین به ppbv 1400 در اندازه گیریهای كوتاه مدت رسیده است و میانگین آن در همین مكان در محدوده ppbv 100-10 قرار داشته است . میانگین غلظت MTBE در هوا در محیطهای غیر از پمپ بنزین ppbv 25/066/0 و82/0 گزارش شده است .(4) MTBE موجود در هوا با انحلال در ترولات آسمانی به همراه بارندگی وارد سطح زمین ، خاك ویا آبهای سطحی می گردد.(3و4) این اتفاق در مناطقی كه ترافیك سنگین دارد به ویژه در هوای سرد بیشتر مشهود است . در یك تحقیق در كالیفرنیا هنگامیكه غلظت متوسط MTBE در دمای 25 درجه سانتی گراد در هوا ppbv 2 بود غلظت تعادلی این ماده در آب باران ppbv (70%) اندازه گیری شد . همچنین در تحقیقی در آلمان گزارش شده است كه 20 درصد از MTBE موجود در روان آبهای شهری پس از بارندگی مربوط به MTBE ورودی از هوادر اثر بارش می باشد بنابراین MTBE موجود در هوا یكی از منابع ورود به منابع آب می باشد. ورود MTBE به خاك هم از طریق مختلف قابل انجام است. MTBE ورودی به هوا از طریق نزولات آسمانی ، روانابهای سطحی حاوی MTBE ، نشت از مخازن ،اتصلات،تانكرها و جایگا ه های سوختگیری و نشت از تانكهای زیرزمینی از مهمترین منابع ورود این ماده به خاك می باشد. نحوهحركت MTBE در خاك عامل مهمی در آلوده شدن آبهای زیرزمینی به این ماده می باشد. درحركت وجابجایی این ماده در خاك خصوصیات فیزیكی و شیمیایی خاك اهمیت زیادی دارد . ازمهمترین خصوصیات فیزیكی خاك در این ارتباط تخلخل ،نفوذ پذیری خاك ،بافت، ساختمان و عمق خاك می باشند.بافت سبك و تخلخل بالا با افزایش نفوذپذیری خاك حركت این ماده را در خاك تسهیل می نماید . در مورد خصوصیات شیمیائی خاك جذب سطحی و دفع از مهمترین این خصوصیات است كه آلاینده های آلی را در خاك تحت تاثیر قرار میدهد. در خاك كلوئیدهای رس و مواد آلی عوامل اصلی جذب سطحی MTBE می باشند هرچه قابلیت یك ماده برای جذب سطحی شدن به ذرات خاك بیشتر باشد تحرك آن ماده در خاك كمتر است . برای این منظور در برآورد حركت MTBE در خاك از ضریب جذب سطحی (Kd) استفاده می نمایند.
فرمول شماره یك:
غلظت جذب سطحی شده ماده مورد نظر روی سطح خاك بر حسب mg/kg یا (g یا μ)=Kd غلظت ماده مورد نظر در فاز محلول (آب خاك) بر حسب mg/Kg یا (µg/kg) بر این اساس (1993)Howard ماده، MTBE را در خاك بسیار متحرك معرفی می كند(2). جذب MTBE به ذرات خاك ضعیف بوده و حلالیت آن در آب بسیار بالاست بنابراین به راحتی در خاك به همراه آب به سمت پایین حركت كرده و در نهایت آبهای زیر زمینی را آلوده می نماید . این حركت تابع قوانین حركت آب در خاك می باشد.
سرنوشت MTBE در منابع آب:
تخریب زیستی MTBE در آب بسیار كند است . MTBE توسط جمعی از دانشمندان در گروه مقاوم به تخریب زیستی قرار گرفته است این ماده در هر دو حالت بی هوازی و هوازی به تجزیه میكروبی مقاومت می كند ولی گزارشاتی مبنی بر تجزیه آن توسط میكروبها در شرایط خاص موجود است. این مقاومت به تجزیه میكروبی مربوط به رفتار اتم كربن ترشیایی در ساخمان اتر و یا پیوند غیر فعال اتر می باشد. در آبهای زیرزمینی كه تخریب MTBE رخ داده است ماده ترسیو بوتیل اتر الكل تشكیل شده است كه خود می تواند دارای خاصیت سرطان زائی باشد. مقاومت به تخریب توسط MTBE باعث حضور این ماده در آب می گردد كه طی مطالعات مختلف اثبات شده است . نیمه عمر MTBE در آبها سطحی بسته به وضعیت آب متغیر است. عوامل مؤثر در نیمه عمر MTBE در این آبها سرعت آب، عمق حضور ماده و دمای آب می باشد. كاهش عمق،افزایش دمای آب و افزایش سرعت آب باعث كاهش نیمه عمر MTBE در آب می گردد. نیمه عمر MTBE در آبها سطحی در حدود 9 ساعت می باشدكه بسته به وضعیت آب می تواند در محدوده 4 هفته تا 6 ماه قرار گیرد . در دریاچه و آبهای ساكن این مقدار بیشتر و در رودخانه ها و جریانات متلاطم كمتر است. نیمه عمر MTBE در آبها زیرزمینی به خاطر سرع كمتر آب و عدم وجود نور نسبت به آبها سطحی بسیار بیشتر است بطوریكه غلظت های حدود mg/l 200 نیز در آبهای زیرزمینی گزارش شده است. بخاطر حلالیت بالای MTBE موجود در آب حركت و انقال این ماده در منابع آب تابعی از این آبها بوده و در آبهای زیر زمینی از قانون دارسی پیروی می نماید.
فرمول شماره 2 فرمول دارسی Q=-kAi:
كه A سطح مقطع منطقه ، I شیب هیدرولیكی و k هدایت هیدرولیكی بستر می باشد . در این معادلهI=Δh/Δs بطوریكه Δh اختلاف پتانسیل هیدرولیكی و Δs فاصله حركت می باشد.هدایت هیدرولیكی بستر تابعی از خصوصیات نوعی سنگ ، رسوب یا خاك بستر بوده و تخلخل و نفوذ پذیری دو خصوصیت مهم بستر هستند كه روی آب موثرند. از آنجا كه MTBE به راحتی جذب سطحی ذرات بستر نمی گردد حركت آن با آب تسهیل می شود.
نتیجه:
با خصوصیات خود شامل تاثیر روی سلامتی انسان توانایی بالای حركت در منابع آب وخاك ،مقاومت به تخریب طبیعی و حلالیت بالا قادر است از مسیرهای مختلف وارد منابع آبی شده و در آن حضور داشته و مدت زیادی در آن مانده و باعث آلودگی منابع آب گردد . آلودگی آبهای زیر زمینی به این ماده یكی از مهمترین جنبه های زیست محیطی MTBE تلقی می شود زیرا بیش از 90% آب شهرها و حدود 40% آب مورد نیاز بخش كشاورزی در جهان از این منابع تامین می شود و این آبها به طور مستقیم و غیر مستقیم می تواند به مصرف انسان رسیده و روی سلامتی او تاثیر گذار باشد . در غلظتهای ppb 15- 5 بو و مزه آن در آب می تواند شكایت مصرف كننده را در بر داشته باشد (2)،USEPA حداكثر مجاز این ماده را در آب آشامیدنی ppb 40- 20 پیشنهاد نموده است . با توجه به مصرف MTBE در ایران قبل از آنكه این ماده به یك معضل زیست محیطی تبدیل گردد با مطالعات و تحقیقات كافی راهكارهای مناسب مصرف و عدم مصرف آن مشخص گردد.یافتن جایگزین مناسب برای MTBE از مهمترین این راهكارها می باشد هم اكنون در بعضی از كشورهای جهان از برخی از انواع الكلها به عنوان جایگزین این ماده در بنزین استفاده می گردد. MTBE ، MTBE