ارزیابی و رتبه بندی مخاطره فلزات سنگین در رسوبات معدن مس سرچشمه با استفاه از روش های FDAHP و ELECTRE
محورهای موضوعی : فلزات سنگینمحمد رضا توکلی محمدی 1 , علی رضایی 2 , محمد حیاتی 3 , حسین حسنی 4
1 - (مسوول مکاتبات): استادیار پژوهشکده فرآوری مواد معدنی، جهاد دانشگاهی تربیت مدرس، تهران، ایران.
2 - دانشجوی دکتری مهندسی اکتشاف معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.
3 - استادیار گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران.
4 - دانشیار دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.
کلید واژه: فلزات سنگین, ارزیابی و رتبه‌بندی مخاطره, فرایند تحلیل سلسله مراتبی دلفی, روش الکتر, معدن مس سرچشمه,
چکیده مقاله :
زمینه و هدف: فلزات سنگین به دلیل پایداری، تجزیه ناپذیری و مشکلات دسترس پذیری زیستی، از آلاینده های مهم و خطرناک محیط زیست به شمار می روند. رسوبات معدن مس سرچشمه ایران، حاوی غلظت های بالایی از این آلاینده ها می باشد. هدف اول این پژوهش، ارزیابی مخاطره زیست محیطی فلزات سنگین این رسوبات با تعیین شاخص ضریب آلودگی، شاخص بار آلودگی، شاخص غنی شدگی و شاخص زمین انباشتگی و هدف دوم، رتبه بندی این فلزات بر اساس میزان بحرانیت با استفاده از روش های تصمیم گیری چند شاخصه است. روش بررسی: در این تحقیق، ابتدا با تعیین شاخص های ارزیابی مخاطره به بررسی میزان آلودگی فلزات سنگین (Co، Cu، Mo، Zn، Cr، Mn، Ni، Pb، Ti و Fe) در رسوبات معدن مس سرچشمه منتهی به سد باطله پرداخته شده است. در ادامه، با جمع آوری نظرات خبرگان در خصوص میزان اهمیت نسبی هر کدام از شاخص های یاد شده و تعیین وزن نهایی شاخص ها با استفاده از فرایند تحلیل سلسله مراتبی دلفی فازی، رتبه بندی و خوشه بندی فلزات سنگین رسوبات در منطقه مورد مطالعه، با استفاده از روش الکتر صورت گرفته است. نتیجه گیری: بر اساس نتایج سنجش شاخص های ارزیابی مخاطره، شدت آلودگی منطقه به فلزات سنگین، به صورتZn> Cu> Fe>Mo> Pb >Mn>Cr می باشد و کلیه فلزات رسوبات به جز مس، روی و آهن تقریبا در محدوده غیرآلوده قرار داشتند. همچنین بر اساس نتایج رتبه بندی، مخاطره های 10 گانه در 7 دسته خوشه بندی شدند، به طوری که مس، آهن و روی به ترتیب بالاترین میزان آلایندگی و بحرانیت مخاطره را در بین فلزات سنگین رسوبات مورد مطالعه داشتند.
Background and Objective: Heavy metals are considered the serious pollution source for the environment because of their stability, atomic and biological accessibility problems. The sediments of Sarcheshmeh copper mine in Iran contain high concentrations of these pollutants. Thus, environmental evaluation and ranking them based on emission levels are important for timely environmental measures with the lowest operating costs. The first aim of this study is to evaluate the environmental risk of these sediments by determining the contamination factor, pollution load index, enrichment factor and Geoaccumulation index. The second aim is ranking these metals based on the level of risk critical using the Multi-Attribute Decision Making (MADM) method. Method: In this study, first, by determining risk evaluation indices, heavy metals contamination (Co , Cu , Mo , Zn , Cr , Mn , Ni , Pb , Ti and Fe ) in the sediments of Sarcheshmeh copper mine which conduce to the tailings dam was assessed. Then, by collecting expert opinions on the relative importance of each indicator mentioned in the environmental contamination risk of heavy metals, through final weighting of the indices using Fuzzy Delphi Analytic Hierarchy Process (FDAHP), ranking and clustering of heavy metals in the sediments of the study area were performed using ELECTR method. Results: Based on the results measuring the risk evalution indices, the intensity of contamination related to these metals was in order of Zn> Cu> Fe> Mo> Pb > Mn > Cr, and all the metals except for copper, zinc and iron were almost cited to be in the unpollutant limit. Also based on ranking results, the ten risks were clustered in seven categories with copper, iron and zinc having the highest pollution and critical risk amongst the heavy metals in the studied sediments, respectively. Conclusion: Considering the boilers with high energy consumption and low efficiency in this factory, the replacement of old boiler with the new one through CDM project is cost effective.
1- Fenglian Fu., Wang Qi, 2011. “Removal of Heavy Metal Ions from Wastewater: A Review”, Journal of Environmental Management, Vol. 92, pp. 407-418.
2- Sengupta, A.K. 2002. “Environmental Separation of Heavy Metals: Engineering Processes”, Lewis Publishers.
3- Prasad, M.N.V, 2004. “Heavy Metal Stress in Plants: from Biomolecules to Ecosystems”, Springer.
4- Zhang, W., 2009, “Heavy metal contamination in surface sediments of Yangtze River intertidal zone: An assessment from different indexes”, Environmental Pollution, Vol. 1-11.
5- Gonzales- Macias, C., Schifter, I., Liuch- Cota, D.B., endez- Rodriguez, L., Hernandez- Vazquez, S., 2006. “Distribution, enrichment and accumulation of heavy metals in coastal sediments of Salina Cruz Bay, Mexico”, Environmental Monitioring and Assessment, Vol. 118, pp. 211- 230.
6- Wang, Sh., Cao, Z., Lan, D., Zheng, Z., Li, G., 2008, “Concentration distribution and assessment of several heavy metals in sediments of west- four Pearl River, Estuary”, Environmental Geology l55, pp.963- 975.
7- اسلامی، محمد، اسدی پور میبدی، مرتضی، طاهری، علی، «تأثیر دگرسانی و هوازدگی بر مقاومت سنگهای معدن مس سرچشمه»، دومین کنفرانس معادن روباز ایران، 1384، 117-111.
8- Gonzalez, A., Rodriguez, M., Sanchez, J.C., Espinosa, A.J., La Rosa, F.J., 2000. “Assessment of metals in sediments in a tributary of GUADALQUIVIR river (Spain). Heavy metal partitioning and relation between the water and sediment system water”, Air and soil pollution, Vol. 121, pp. 11-29.
9- Milenkovic, N., Damjanovic, M., Ristic, M., 2005. “Study of heavy metal pollution in sediments from the Iron Gate (Danube River), Serbia and Montenegro”, Polish Journal of Environmental studies, Vol.14, No. 6, pp. 781-787.
10- شایستهفر، محمدرضا، رضایی، علی، «ارائه راهکار در کاهش آلودگی زیست محیطی سد رسوبگیر معدن مس سرچشمه با استفاده از دادههای ژئوشیمیایی»، بیست و هفتمین گردهمایی علوم زمین و سیزدهمین همایش انجمن زمینشناسی ایران، 1388، تهران، 254.
11- Hwang, C.L., Yoon, K., 1981. “Multiple Attribute Decision Making: Methods and Applications”, Springer-Verlag, Berlin.
12- Reddy, M., Basha, S., Sravan Kumar, V.G., Joshi, H.V., Ramachandraiah, G., 2004. “Distribution, enrichment and accumulation of heavy metals in coastal sediments of the Alang- Sosiya ship scrapping yard, India”, Marine Pollution Bulletin, Vol. 48, pp. 1055- 1059.
13- Selvaraj, K., Rom Mohan, V., Szefer, P., 2004; “Evaluation of metal contamination in coastal sediments of the Bay of Bengal, India; geochemical and statistical approaches”, Marine Pollution Bulletin, Vol. 49, pp. 174- 185.
14- Adama, P., Arienzo, M., Imporato, M., Noimo, D., Nardi, G., Stanzione, D., 2005, “Distribution and partition of heavy metals in surface and sub- surface sediments of Naples city port”, Chemosphere, Vol. 61, pp. 800- 809.
15- Vard¢es, J., Var Gas, G., Sifeddine, M., 2005, “Distribution and enrichment evaluation of heavy metals in Mejillones Bay (23 AS), Northern Chile: geochemical and statistical approach”, Marine Pollution Bulletin, Vol. 50, pp. 1558- 1568.
16- Shayestehfar, M.R, KarimiNasab, S., Mohammadalizadeh, H., 2007. “Mineralogy, petrology, and chemistry studies to evaluate oxide copper ores for heap leaching in Sarcheshmeh copper mine, Kerman, Iran”, Journal of Hazardous Materials, pp. 602- 612.
17- Alkarkhi, A.F.M., Ismai, N., Ahmed, A., Easa, A., 2008. “Analysis of heavy metal concentrations in sediments of selected estuaries of malysia-a statistical assessment”, Environmental Monitoring Assessment, Vol. 151, pp.311- 318.
18- Cevik, F., Goksu, M., Derici, O., Findik, O., 2009, “An assessment of metals pollution in surface sediments of Seykan dam by using enrichment factor, Geoaccumulation index and statistical analysis”, Environmental Monitoring Assessment, Vol. 152, pp. 309-317.
19- Baker, D. E., and Amacher, M. C. 1981. The development and interpretation of a digestic soil testing program. Bulletin no. 826, Pensylvania State University Agric. Pesylvania University.
20- Lindsay, W. L., and Norvel, W. A. 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese and copper. J. Soil Science. 42: 421- 428
21- Abrahim, G.M.S., Parker, R.J., 2008. “Assessment of heavy metal enrichment factors and the degree contamination in marine sediments from Tamaki. Estuary, Auckland, New Zealand”, Environmental Monitoring and Assessment, Vol. 136, pp. 227- 238.
22- Adomako, D., Nyarko, B.J.B, Dampare, S.B., Serfor- Armah, Y., Osae, S., Fianko, J.R., Akaho, E.H., 2008. “Determination of toxic elements in waters and sediments from River Subin in the Ashanti Region of Ghana”, Environmental Monitoring Assessment, Vol. 141, pp. 165- 175.
23- Qishlag, A., Moore, F., Forghani, G., 2007. “Impact of untreated wastewater irrigation on soils and crops in Shiraz suburban area, SW Iran”, Environmental Monitiring Assessment, Vol. 149, pp. 254- 262.
24- Pekey, H., 2006. “The distribution and sources of heavy metals in Izmit Bay surface sediments affected by a Polluted stream”, Marine Pollution Bulletia, Vol. 52, pp. 1197- 1208.
25- Hernandez, L., Probst, J.L., Ulrich, E., 2003. “Heavy metal distribution in some French Forset soils: for evidence atmospheric contamination”, the science of the Total Environment, Vol. 31, pp. 195- 212.
26- Cevik, F., Goksu, M., Derici, O., Findik, O., 2009, “An assessment of metals pollution in surface sediments of Seykan dam by using enrichment factor, Geoaccumulation index and statistical analysis”, Environmental Monitoring Assessment, Vol. 152, pp. 309-317.
27- Muller, G., 1979. “Schwermetalle in den sedimenten des Rheins Veranderungen seit 1971, Umschau”, Vol. 79, No. 24, pp. 778- 783.
28- Munendra, S., Muller, G., Sinhg, B., 2002. “Heavy metals in freshly deposited stream sediments of rivers associated with urbanization of the Ganga plain, India”, Water, Air Soil Pollut, Vol. 141, pp. 35- 54.
29- Bermejo Santos, JC., Beltran, R., Gomez Araiza, JL., 2003. “Spatial variations of heavy metals contamination in sediments from Odiel River (southwest Spain)”, Environ Int, Vol. 29, No.1, pp. 69- 77.
30- Audry, S., Schafer, J., Blanc, G., Jouanneau, JM, 2004. “Fifty- year sedimentary record of heavy metal pollution(Cd, Zn, Cu, Pb) in the Lot River reservoirs(France)”, Environmental Pollution, Vol. 132, No. 3, pp. 413- 426.
31- Ghrefat, H., Yusuf, N., 2006, “Assessing Mn, Fe, Cu, Zn and Cd pollution in bottom sediments of Wadi AL- Arab Dam, Jordan”, Chemosphere, Vol. 65, pp. 2114- 2121.
32- Chen, C.W., Kao, C.M., Chen, C.F., & Dong, C.D., 2007. “Distribution and accumulation of heavy metals in the sediments of Kaohsiung Harbor, Taiwan”, Chemosphere, Vol. 66, No. 8, pp. 1431- 1440.
33- میرفخرالدینی، سیدحیدر، «تحلیل داده‌ها در شش‌سیگما با رویکرد MADM، رساله دوره دکتری مدیریت گرایش تحقیق در عملیات»، دانشکده علوم انسانی، دانشگاه تربیت مدرس، 1386، تهران.
34- اصغرپور، محمدجواد، «تصمیم‌گیریهای چند‌معیاره»، 1377، انتشارات دانشگاه تهران، تهران.