آزمایش های جدید می توانند ذرات ریز اما سمی را شناسایی کنند

DURHAM، NC – دانشمندان دانشگاه دوک مجموعه ای از چهار آزمایش جدید ایجاد کرده اند که می تواند برای تشخیص آلودگی خاکستر زغال سنگ در خاک با حساسیت بی سابقه ای مورد استفاده قرار گیرد.

این آزمایش ها به طور خاص برای تجزیه و تحلیل خاک برای وجود ذرات خاکستر بادی آنقدر کوچک طراحی شده اند که آزمایش های دیگر آنها را از دست می دهند.

خاکستر بادی بخشی از باقیمانده احتراق زغال سنگ (CCR) است که هنگام سوزاندن گرد و غبار زغال سنگ توسط نیروگاه تولید می شود. ذرات کوچک خاکستر بادی، که اغلب از نظر اندازه میکروسکوپی هستند، حاوی غلظت بالایی از آرسنیک، سلنیوم و سایر عناصر سمی هستند که بسیاری از آنها از طریق فرآیند احتراق غنی می شوند.

در حالی که بیشتر خاکستر بادی توسط تله‌های نیروگاه گرفته می‌شود و در مخازن خاکستر زغال سنگ و محل‌های دفن زباله دفع می‌شود، مقداری از آن نشت کرده و در محیط رها می‌شود. با گذشت زمان، این ذرات می توانند در خاک در پایین باد گیاه جمع شوند و به طور بالقوه خطری برای محیط زیست و سلامت انسان به همراه داشته باشند.

آونر ونگوش، استاد بازنشسته کیفیت زیست محیطی در دانشکده محیط زیست نیکلاس دوک، می گوید: «به دلیل اندازه این ذرات، شناسایی آنها و اندازه گیری میزان انباشته شدن خاکستر بادی یک چالش بوده است. روش‌های جدید ما را قادر می‌سازد تا این کار را با سطح بالایی از اطمینان انجام دهیم.»

بقایای احتراق زغال سنگ بزرگترین زباله های جامد صنعتی تولید شده در ایالات متحده است. هنگامی که خاک آلوده به خاکستر بادی مختل می شود یا حفاری می شود، گرد و غبار حاوی خاکستر می تواند از طریق هوا به خانه های مجاور و سایر محیط های داخلی منتقل شود. تنفس در گرد و غبار حاوی ذرات خاکستر بادی با سطوح بالایی از فلزات سمی با بیماری های ریوی و قلبی، سرطان، اختلالات سیستم عصبی و سایر عوارض جانبی مرتبط است.

ژن وانگ، یکی از همکاران فوق دکترا در آزمایشگاه ونگوش در دوک که این مطالعه را رهبری می‌کرد، گفت: «توانایی ردیابی آلودگی به محل منبع آن برای محافظت از سلامت عمومی و شناسایی مکان‌هایی که تلاش‌های اصلاحی را متمرکز کنیم، ضروری است. این روش‌های جدید آزمایش‌هایی را که قبلاً برای ردیابی خاکستر زغال‌سنگ در محیط ایجاد کرده‌ایم و دامنه تحقیقات خود را گسترش داده‌ایم تکمیل می‌کنند.»

آزمایش‌های جدید به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با هم استفاده شوند تا تأیید مستقلی از وجود ذرات خاکستر بادی در نمونه خاک و اگر چنین است، به چه نسبتی با کل خاک وجود دارد یا خیر.

وانگ گفت: «ابتدا، ما فراوانی برخی از فلزات مانند آرسنیک، سلنیوم و آنتیموان را اندازه‌گیری می‌کنیم که می‌دانیم در خاکستر زغال سنگ غنی‌تر از خاک معمولی هستند. اگر این فلزات در سطوح بالاتر از حد معمول وجود داشته باشند، نمونه را با استفاده از دو ردیاب ژئوشیمیایی دیگر، نوکلیدهای رادیوم و ایزوتوپ‌های پایدار سرب که حساس‌تر از فلزات کمیاب هستند و می‌توان برای تشخیص محتوای خاکستر بادی کم در خاک استفاده کرد، آزمایش می‌کنیم. ما همچنین در حال بررسی خاک زیر میکروسکوپ هستیم تا ببینیم آیا می‌توانیم ذرات خاکستر بادی را به صورت فیزیکی شناسایی کنیم و تخمین بزنیم که چه مقدار از خاک را تشکیل می‌دهند.

ونگوش گفت: هر روشی نقاط قوت و ضعف خود را دارد و اگر به تنهایی مورد استفاده قرار گیرد، می تواند منجر به دست کم گرفتن یا دست کم گرفتن از وقوع مگس در خاک شود. با استفاده از هر چهار با هم، می‌توانیم وجود خاکستر بادی در خاک را از نظر قانونی تأیید کنیم.»

برای ارزیابی قابلیت اطمینان آزمایش‌های جدید، محققان خاک سطحی ۲۱ محل در پایین‌وزش کارخانه فسیلی Bull Run اداره دره تنسی در کلاکستون، تنسی، و ۲۰ محل در پایین باد کارخانه بخار مارشال دوک انرژی در دریاچه نورمن، کارولینای شمالی را تجزیه و تحلیل کردند. نمونه‌های کارولینایی از مورسویل، شهری واقع در سراسر دریاچه از کارخانه مارشال به دست آمد. نمونه های شاهد نیز در مکان های مخالف باد هر گیاه جمع آوری شد.

آزمایش‌ها به طور مداوم نشان داد که بیشتر نمونه‌های جمع‌آوری‌شده در پایین باد هر دو گیاه حاوی آلودگی خاکستر بادی بودند، اما از آنجایی که کسر خاکستر بادی کم بود، غلظت عناصر سمی از دستورالعمل‌های سلامت انسان برای فلزات در خاک تجاوز نکرد.

آزمایش‌ها همچنین نشان داد که نمونه‌های خاک در نزدیکی کارخانه فسیلی Bull Run در تنسی عموماً حاوی مقادیر قابل توجهی خاکستر بادی نسبت به نمونه‌های کارولینای شمالی بودند و بالاترین غلظت در خاک پارک اجتماعی Claxton، یک زمین بازی و مکان تفریحی واقع در خارج بود. کارخانه گاو نر.

همه اینها به ما چه می گوید؟

ونگوش گفت: “اول، تایید می کند که ابزارهای جدید ما به طور مداوم کار می کنند و وقتی با هم استفاده می شوند، روش قابل اعتمادی برای تشخیص آلودگی ارائه می دهند که ممکن است آزمایش های دیگر از دست بروند.”

ثانیاً، نیاز به نظارت منظم بر سایت‌های نزدیک به یک نیروگاه زغال‌سنگ را نشان می‌دهد، حتی اگر سطح آلودگی کمتر از آستانه ایمنی فعلی باشد.» خاکستر بادی در طول زمان انباشته می شود و خطرات می تواند با قرار گرفتن مکرر در معرض گرد و غبار زمین بازی یا گرد و غبار خانه افزایش یابد.

ونگوش گفت: غلظت کم فلزات سمی در خاک به معنای عدم خطر نیست. ما باید بدانیم که چگونه وجود خاکستر بادی در خاک‌های نزدیک کارخانه‌های زغال‌سنگ می‌تواند بر سلامت افرادی که در آنجا زندگی می‌کنند تأثیر بگذارد. حتی زمانی که کارخانه‌های زغال‌سنگ در ایالات متحده بسته می‌شوند یا با گاز طبیعی جایگزین می‌شوند، میراث زیست‌محیطی خاکستر زغال سنگ در این مناطق برای دهه‌های آینده باقی خواهد ماند.»

مطالعه بررسی شده در 20 ژوئیه در سال 2018 منتشر شد علوم و فنون محیطی.

###

این مطالعه توسط الن کوان و ریچل کویت از دانشگاه ایالتی آپالاچیان، هدر استاپلتون و گری دوایر، همگی از دوک، انجام شد. حمایت از بنیاد ملی علوم و مورسویل، کارولینای شمالی، تأمین مالی جامعه، به رهبری سوزان ویند، ساکن سابق، صورت گرفت.

نقل قول: “ارزیابی و ادغام شاخص های ژئوشیمیایی برای تشخیص سطوح ردیابی خاکستر بادی زغال سنگ در خاک”، ژون وانگ. Rachel M. Coit، Ellen A. Cowan، Heather M. Stapleton، Gary S. Dwyer و Avner Vengosh. علوم و فنون محیطی20 ژوئیه 2021. DOI: 10.1021/acs.est.1c01215