Pollution Characteristics and Health Risks of Heavy Metals in Groundwater of a Chemical Industrial Park

ملخص تقني: خصائص التلوث والمخاطر الصحية للمعادن الثقيلة في المياه الجوفية لمجمع صناعي كيميائي

بيان المشكلة
تشكل المجمعات الصناعية الكيميائية مخاطر كبيرة على موارد المياه الجوفية وصحة الإنسان بسبب احتمالية تسرب المعادن الثقيلة أثناء عمليات الإنتاج والتخزين. وبينما استخدمت الدراسات السابقة طرقًا إحصائية متنوعة لتحليل خصائص التلوث ومصادره، فإن تقييمات المخاطر الصحية التقليدية غالبًا ما تعتمد على معاملات تعرض ثابتة، مما يؤدي إلى عدم القدرة على مراعاة التأثيرات السمية المشتركة للمعادن الثقيلة أو عدم اليقين المتأصل في سيناريوهات التعرض. علاوة على ذلك، هناك نقص في البيانات المحلية المتعلقة بالتطور الديناميكي للملوثات ومدى قدرة معاملات التعرض على التكيف مع السياقات الإقليمية المحددة. تعالج هذه الدراسة هذه الفجوات من خلال استقصاء مجمع صناعي كيميائي في جنوب الصين لتوصيف تلوث المعادن الث heavy بشكل منهجي، وتحديد المصادر، وإجراء تقييم قوي للمخاطر الصحية يأخذ في الاعتبار عدم اليقين.

المنهجية
أُجري البحث في مجمع صناعي كيميائي في جنوب الصين، يتميز بطبقات من العصر الكريتاسي العلوي والرباعي مع تدفق للمياه الجوفية من الغرب إلى الشرق.

• أخذ العينات والتحليل: تم جمع وتحليل ما مجموعه 127 عينة من المياه الجوفية لـ 11 معدنًا ثقيلًا (الحديد Fe، المنجنيز Mn، الألومنيوم Al، الزنك Zn، الكوبالت Co، النيكل Ni، الرصاص Pb، النحاس Cu، الكادميوم Cd، الزرنيخ As، والثاليوم Tl).
• تقييم التلوث: استخدمت الدراسة مؤشر التلوث لعامل واحد ومؤشر نيميرووف الشامل للتلوث لتقييم مستويات التلوث مقابل المعايير من الفئة الثالثة لـ GB/T 14848-2024. وتم رسم التوزيع المكاني باستخدام استكمال الوزن المقلوب (IDW) في برنامج ArcGIS 10.8.
• تحديد المصدر: تم استخدام تحليل ارتباط بيرسون لتحديد الارتباطات الداخلية بين المعادن الثق heavy، مما ساعد في تحديد المصادر المشتركة أو التقارب الجيوكيميائي.
• تقييم المخاطر الصحية: ربطت الدراسة نموذج وكالة حماية البيئة الأمريكية (USEPA) مع محاكاة مونت كارلو لتقييم المخاطر غير المسرطنة والمسرطنة عبر الابتلاع الفموي. وقد أنشأت هذه المنهجية توزيعات احتمالية لمعاملات التعرض (مثل كمية استهلاك الماء، وزن الجسم، مدة التعرض) لمراعاة عدم اليقين، مع تقييم المخاطر لكل من البالغين والقصر بشكل محدد.

النتائج الرئيسية

• خصائص التلوث: أظهر الحديد (Fe) أعلى متوسط تركيز (12.16 ملجم/لتر)، يليه المنجنيز (Mn) والألومنيوم (Al). وباستثناء النحاس (Cu)، تجاوزت متوسطات تركيزات جميع المعادن الثقيلة التي تم تحليلها معايير مياه الشرب من الفئة الثالثة. بلغ مؤشر نيميرووفوف الشامل للتلوث في المنطقة 42.78، مما يشير إلى تلوث عام شديد. صُنفت عناصر الحديد (Fe) والألومنيوم (Al) والثاليوم (Tl) والرصاص (Pb) والنيكل (Ni) كملوثات شديدة، بينما أظهر الكادميوم (Cd) والكوبالت (Co) تلوثًا طفيفًا.
• التوزيع المكاني: توزعت عناصر الحديد (Fe) والمنجنيز (Mn) والألومنيوم (Al) والثاليوم (Tl) في جميع أنحاء منطقة الدراسة بتركيزات عالية. وفي المقابل، أظهر الكادميوم (Cd) والكوبالت (Co) والنيكل (Ni) والرصاص (Pb) بؤرًا ساخنة موضعية في المنطقة الشمالية الوسطى، بينما أظهرت الأجزاء الجنوبية والشرقية تركيزات أقل. وشهدت المنطقة الوسطى الشرقية التلوث الأكثر شدة بسبب تراكب ملوثات متعددة.
• ارتباطات المصدر: كشف تحليل ارتباط بيرسون عن مجموعة ذات ارتباط إيجابي قوي تضم الزنك (Zn) والألومنيوم (Al) والكادميوم (Cd) والنيكل (Ni) والكوبالت (Co) (معاملات الارتباط عمومًا > 0.8)، مما يشير إلى أصل مشترك أو تقارب جيوكيميائي مماثل. وأظهر المنجنيز (Mn) ارتباطات إيجابية كبيرة مع معظم العناصر، حيث عمل كعامل "ربط" في الهجرة والإثراء. أما الرصاص (Pb) فقد أظهر ارتباطات ضعيفة مع المعادن الأخرى، مما يشير إلى مصدر متميز أو آلية إثراء مختلفة.
• تقييم المخاطر الصحية:
  • المخاطر غير المسرطنة: بلغ متوسط مؤشر الخطر (HI) للبالغين 5.39 وللقصر 2.25، وكلاهما يتجاوز حد الأمان البالغ 1. واجه البالغون خطرًا أعلى من القصر. وكان المنجنيز (Mn) والكوبالت (Co) هما المحركان الرئيسيان للمخاطر غير المسرطنة.
  • المخاطر المسرطنة: بلغ متوسط إجمالي المخاطر المسرطنة (TCR) للبالغين 0.501 وللقصر 0.210. وبينما وقعت القيم المتوسطة ضمن نطاق "الاستدعي للاهتمام" (1×10⁻⁶ إلى 1×10⁻⁴)، وصل الحد الأقصى لـ TCR للبالغين إلى 1.33، متجاوزًا حد الأمان. وتم تحديد الألومنيوم (Al) كعامل دفع جوهري للمخاطر المسرطنة.

الأهمية والادعاءات
يذكر المؤلفون أن هذه الدراسة توفر أساسًا علميًا للوقاية المستهدفة، والإدارة، والمعالجة لمنع تلوث المياه الجوفية الإقليمي بالمعادن الثقيلة. ومن خلال دمج محاكاة مونت كارلو مع نموذج USEPA، تعالج الدراسة أوجه القصور في التقييمات التقليدية فيما يتعلق بمراقبة التلوث الديناميكي ومعايرة معاملات التعرض المحلية. إن تحديد عوامل الدفع المحددة (المنجنيز والكوبالت للمخاطر غير المسرطنة؛ والألومنيوم للمخاطر المسرطنة) وتحديد البؤر الساخنة المكانية يوفران أهدافًا دقيقة للحوكمة المستقبلية. علاوة على ذلك، يوضح تحليل الارتباط خصائص مصادر المعادن الثقيلة في منطقة الدراسة، مما يدعم استراتيجيات تتبع المصادر والتحكم في التلوث بشكل أكثر فعالية داخل المجمعات الصناعية الكيميائية.