تعیین منشأ آلاینده‌های شیمیایی و بیولوژیکی تالاب میقان اراک

1. مقدمه

 تالاب‌ها به دلیل واقع‌شدن در پست‌ترین نقاط حوضه‌های آبخیز، معمولاً از تغییرات و تحولات بالادست تأثیر می‌پذیرند (عابدینی و همکاران، 1396: 113). کاهش آب ورودی به تالاب‌ها از منابع آب سطحی و زیرزمینی حوضة آبخیز و دشت‌های اطراف تالاب‌ها (تأمین‌نشدن حقابة زیست‌محیطی تالاب‌ها) و ورود انواع آلاینده‌های بیولوژیکی، شیمیایی و فیزیکی گسیل‌شده از مزارع کشاورزی، شهرها، آبادی‌ها، صنایع و رسوبات ناشی از فرسایش خاک بالادست تالاب‌ها، مهم‌ترین مشکلاتی است که بر تالاب‌ها تأثیر می‌گذارد (لاهیجانی و همکاران، 1389: 45). تالاب‌ها، محیط‌های آبی بسته‌ای هستند که با توجه به تأثیرپذیربودن از ترکیبات شیمیایی، محیط‌های آسیب‌پذیری محسوب می‌شوند. همین حساسیت باعث شده است چنین محیط‌هایی به ورود انواع آلاینده‌های مختلف طبیعی و انسانی پاسخ‌های سریع شیمیایی و بیولوژیکی دهند (Perry and Taylor, 2007: 125).

آلودگی تالاب‌ها به این دلیل اهمیت دارد که علاوه بر آسیب‌زدن به اکوسیستم یک تالاب و از بین بردن موجودات زنده، سلامت مردم مجاور را نیز به خطر می‌اندازد (فتحی و همکاران، 1394: 119). ورود کودهای شیمیایی، فاضلاب شهری، فاضلاب‌های خطرناک بیمارستانی و صنعتی به تالاب‌ها و همچنین دفع پسماند در مجاورت آنها، تالاب‌ها را آلوده می‌کند (کرمی و همکاران، 1395: 46؛ صمدی، 1395: 159).

منابع آب تالاب‌ها بیشتر دربردارندۀ ناخالصی‌های شیمیایی است. این ناخالصی‌ها ناشی از آلودگی هوا، آلودگی خاک یا مواد آلایندۀ ناشی از فعالیت‌های انسانی است که به‌صورت فضولات جامد و مایع در محیط تخلیه می‌شوند (عطاملکی و همکاران، 1394: 67). آلاینده‌های شیمیایی با اشکال متفاوت که از زباله‌های صنعتی و فضولات جامد و مایع شهری حاصل شده است، منابع آب را بیش از پیش تهدید می‌کنند. حلال‌های شوینده، سیانید، فلزات سنگین، اسیدهای آلی و معدنی، مواد ازته، مواد سفیدکننده، رنگ‌ها، رنگ‌دانه‌ها، سولفیدها، آمونیاک، مواد سمی و انواع گوناگون ترکیبات آلی کشندة موجودات زنده از آلاینده‌های موجود هستند (فلاح و همکاران، 1393: 28)؛ علاوه بر فعالیت‌های انسانی مؤثر بر آلودگی تالاب‌ها، شرایط طبیعی حاکم بر حوضۀ تالاب نیز در ترکیب شیمیایی تالاب‌ها مؤثر است. سنگ‌های حوضۀ بالادست هر تالابی، ترکیب شیمیایی منابع آب و خاک آن را تعیین می‌کند (شیخ فخرالدینی و عباس‌نژاد، 1394: 203). در اثر تجزیۀ سنگ‌های آذرین، عناصری چون سیلیس، پتاسیم، سدیم و آلومینیوم وارد آب‌ها می‌شود (خدابخش و همکاران، 1395: 367). در اثر انحلال سنگ‌های آهکی ترکیباتی چون کلسیم، منیزیم و یون‌های بی‌کربنات به آب اضافه می‌شوند. طبقات گچی و نمکی با افزایش یون‌های سولفات و کلر در آب همراه هستند (شهبازی و فیض‌نیا، 1390: 93). از سویی تالاب‌های مرکزی ایران ازجمله تالاب میقان اراک بیشتر شورند و شوری آنها به دلیل دخالت‌های انسانی به سفره‌های آب زیرزمینی دشت‌های مجاور راه یافته است. این پدیده که متأثر از جبهۀ پیش‌روندۀ شوری در آبخوان‌ها نوعی آلودگی انسانی بوده است، در بیشتر آبخوان‌های ساحلی و مرکزی ایران دیده می‌شود (مظفری‌زاده و سجادی، 1392: 69؛ عزیزی و همکاران، 1396: 437).

 پژوهش‌های زیادی در استفاده از روش‌های آماری چندمتغیره در تحلیل داده‌های شیمیایی و بیولوژیک تالاب‌ها انجام شده است.

استفاده از تحلیل‌های آماری نظیر تحلیل عاملی، تحلیل خوشه‌ای و تحلیل مؤلفۀ اصلی روی ترکیبات شیمیایی و بیولوژیک آب دریاچۀ یولوبات^[1] ترکیه نشان داد عوامل میکروبی، مواد آلی و فیزیکوشیمیایی به ترتیب مهم‌ترین عوامل آلایندۀ دریاچه‌اند که از فعالیت‌های انسانی حاشیۀ دریاچه ناشی می‌شوند (Iscen et al., 2008: 269).

بساط‌نیا و همکاران (2018) با تحلیل‌های آماری خوشه‌ای و عاملی، عوامل بیولوژیک و شیمیایی رسوبات و آب تالاب گمیشان را بررسی و مشخص کردند عوامل بیولوژیک نظیر غلظت مواد آلی و اکسیژن محلول، مهم‌ترین عوامل انسان‌زاد تغییر در دریاچه‌اند.

با تحلیل عوامل فیزیکوشیمیایی و بیولوژیک دریاچة کاجی تیتلان^[2] در مکزیک به روش‌های تحلیل مؤلفۀ اصلی و تحلیل عاملی مشخص شد منابع انسانی نظیر کود حاصل از فعالیت‌های کشاورزی و پساب صنایع اطراف دریاچه، مهم‌ترین منابع آلایندۀ نیترات، نیتریت و تغییر pH دریاچه‌اند (Gradilla-Hernández et al., 2020: 205).

 تالاب میقان اراک، یکی از تالاب‌های ایران مرکزی و شور است. پرندگان محلی و مهاجر، حیوانات محلی و آبزیان از تالاب میقان بهره‌مند می‌شوند. مهم‌ترین منابع آبی تغذیه‌کنندۀ تالاب را آب‌های زیرزمینی، فاضلاب‌های تصفیه‌شدة شهر اراک و در ماههای مرطوب رواناب‌های سطحی تشکیل می‌دهند. منابع آلایندة انسانی بزرگی چون شهرها (اراک و آشتیان)، روستاها، شهرک‌های صنعتی (شهرک صنعتی اراک، خیرآباد و ایبک‌آباد) و قطب بزرگی از فعالیت‌های کشاورزی در بالادست و حاشیۀ تالاب میقان اراک واقع شده است؛ همچنین منابع آلایندۀ طبیعی نظیر سازندهای گچی و نمکی در بخش شمالی تالاب میقان گسترش دارند (Ghadimi and Ghomi, 2013: 54).

 هدف پژوهش حاضر، شناسایی متغیرهای آلایندۀ شیمیایی و بیولوژیک آب تالاب در دو کاربری حوضچه‌های مصنوعی (حفرشده توسط شرکت املاح ایران در بخش مرکزی جزیره برای دستیابی به مادة معدنی سولفات سدیم) و کاربری دریاچه (در پیرامون جزیرۀ مرکزی) با مقایسۀ استاندارد شرب و شناسایی متغیرهای آلایندۀ شیمیایی و بیولوژیک سایر کاربری‌های آب ازجمله آب چاههای کشاورزی اطراف تالاب، فاضلاب تصفیه‌شدۀ شهر اراک، پساب شرکت املاح و صنایع اطراف به‌مثابة پتانسیل آلایندگی آب تالاب است؛ همچنین مهم‌ترین منابع آلایندۀ طبیعی و انسانی مؤثر در آلایندگی تالاب به روش آماری چندمتغیرۀ تحلیل عاملی تعیین شد.

1. روش پژوهش

2.‌1. موقعیت جغرافیایی منطقه

 حوضۀ آبریز اراک با مساحت 5500 کیلومترمربع، حوضۀ بسته است (شکل 1). حدود 62 درصد از مساحت حوضه را ارتفاعات، 36 درصد را دشت و 2 درصد (110 کیلومترمربع) را تالاب میقان تشکیل داده است. بلندترین نقاط ارتفاعی حوضه به کوههای سفید خانی و نقرة کمر با ارتفاع 3080 تا 3170 متر از سطح دریا در جنوب و شمال شرق و پست‌ترین نقطۀ ارتفاعی حوضه به تالاب میقان با ارتفاع 1650 متر از سطح دریا مربوط است. درجه‌حرارت و بارندگی متوسط سالیانۀ حوضۀ اراک به ترتیب 14 درجۀ سانتی‌گراد و 350 میلی‌متر است. تالاب از دو بخش جزیره در مرکز و دریاچه در اطراف جزیره تشکیل شده که عمق متوسط آب در دریاچه نیم‌متر است. استخراج سولفات سدیم مربوط به شرکت املاح ایران از جزیره انجام می‌شود. آبرفت تالاب میقان با ضخامتی بیش از 300 متر روی سنگ‌های آهکی کرتاسه واقع شده است و دو گسل بزرگ تلخاب در شمال و گسل تبرته در جنوب، گودی بزرگ تالاب را از ارتفاعات جدا می‌کند (Ghadimi and Ghomi, 2013: 54).

شکل 1. موقعیت جغرافیایی تالاب میقاناراک در ایران و استان مرکزی

Fig. 1. Geographical location of Arak Mighan playa in Iran and Markazi province

2.‌2.نمونه‌برداری و تجزیه

 با توجه به وسعت و اهمیت کاربری‌ها، 32 نمونه آب در پاییز سال 1397 از کاربری‌های مختلف (6 نمونه جزیره، 6 نمونه دریاچه، 10 نمونه چاه کشاورزی، 1 نمونه پساب شرکت املاح، 2 نمونه پساب صنایع، 4 نمونه فاضلاب شهری اراک و 3 نمونة تکراری برای تعیین نتایج آزمایش‌ها) از تالاب و منابع آبی اطراف آن با ظروف پلی‌اتیلن برداشت شد که با اسیدکلریدریک و سپس آب مقطر شسته شده‌اند. آب‌ها ضمن عبور از صافی و اسیدی‌شدن در pH کمتر از 2 به آزمایشگاه معتمد درّ یتیم جنوب در اراک برای تجزیه‌های شیمیایی و بیولوژیک ارسال شد. هدایت الکتریکی به کمک دستگاه WTW Universal Conductivity Meter Multi Line P₄ Set، غلظت ترکیبات کلسیم، منیزیم، پتاسیم، سدیم، کلر، سولفات، فلوئور، نیترات و فسفات به روش کرموتوگرافی، بی‌کربنات به روش تیتراسیون، BOD با دستگاه اندازه‌گیری BODسنج مدل BOD 600 و COD به کمک دستگاه رومیزی  CODمتر HI83214 تعیین شد (بینای مطلق، 1389: 1). دقت داده‌ها در حد یک میلی‌گرم در لیتر بود.

2.‌3. تعیین دقت نتایج آزمایش‌ها

 هنگام ارسال نمونه‌ها به آزمایشگاه، 10 درصد از کل نمونه‌ها به‌مثابة نمونه‌های تکراری با کدگذاری محرمانه انتخاب و به آزمایشگاه ارسال شد تا نتایج آزمایشگاه کنترل و از دقت نتایج اطمینان حاصل شود. برای تعیین دقت آزمایش از روش محاسباتی استفاده شد (رابطۀ 1). در این روش خطای تجزیۀ نمونه‌های تکراری از رابطۀ 1 محاسبه شد (حسنی پاک، 1362: 55).

(1)
در این رابطه،  تعداد نمونه‌های تکراری،  نتیجۀ تجزیۀ نمونه،  نتیجۀ تجزیۀ نمونۀ تکراری و خطای نسبی تجزیه است. حد دقت تعریف‌شده به انتظار شخص از آزمایشگاه و نوع دستگاه تجزیه بستگی داشته است که 10 درصد انتخاب شد. از آنجا که نمونه‌های آب به آزمایشگاه معتمد درّ یتیم جنوب واقع در اراک ارسال شد، دقت آزمایشگاه نیز ارزیابی شد.

2.‌4. روش تجزیه و تحلیل

 مراحل داده‌پردازی شامل فایل‌بندی داده‌های خام آزمایشگاه، شناسایی و جایگزینی داده‌های سنسورد، شناسایی مقادیر خارج از رده و مطالعات آماری تک‌متغیره و چندمتغیره است. نخستین گام در پردازش داده‌ها، واردکردن و فایل‌بندی داده‌های حاصل از آنالیز در رایانه و تهیۀ بانک اطلاعاتی مدنظر است. این عمل برای تمامی نمونه‌های منابع آبی به همراه مختصات و شمارة نمونه برای هر عنصر و با استفاده از نرم‌افزارهای Excel، Statistica،RockWorks  و ArcGIS انجام شد. از بین متغیرهای مختلف ترکیبات اصلی آب منطقه، 12 متغیر شیمیایی و بیولوژیکی pH، EC، TDS، NO₃، PO₄، SO₄، Cl، F، HCO₃، NH₃، BOD و COD انتخاب و غلظت آنها در 32 نمونه آب از محدودۀ تالاب میقان از قبیل آب شور، لب‌شور و شیرین در مقایسه با مقدار استاندارد بین‌المللی شرب[3] (2017) تحلیل شد. لازم به توضیح است مبنای مقایسه براساس آزمون‌های آماری t استیودنت و p-value صورت گرفت. دلیل انتخاب استاندارد بین‌المللی شرب این بود که تالاب میقان، تالابی بین‌المللی است و هرساله پرندگان مهاجر زیادی دارد؛ از طرفی تالاب میقان سکونتگاه پرندگان بومی، مهاجر و حیواناتی است که در اطراف تالاب به‌ویژه در جبهۀ ورود آب فاضلاب تصفیه‌شدة شهر اراک با آب شور تالاب زندگی می‌کنند. در تحلیل آمار چندمتغیره از روش‌های ماتریس همبستگی[4] و تحلیل عاملی[5] استفاده شد.

1. یافته‌های پژوهش

3.‌1. غلظت ترکیبات اصلی

برای ارزیابی دقت داده‌ها از رابطۀ 1 استفاده شد. از آنجایی که تکرار نمونه‌های MW6 نمونۀ MW31، نمونۀ MW15 نمونۀ MW32 و نمونۀ MW22 نمونۀ MW33 بوده است، بعضی از شاخص‌های مهم ازجمله EC، Alkalinity، TDS،SO₄ ، Cl و HCO₃ به روش محاسباتی آزموده شد (جدول 1). با توجه به جدول 1 بدیهی است خطای نسبی تجزیه (R%) کمتر از 10 درصد باشد؛ بنابراین دقت داده‌ها تأیید شد.

جدول 1. تعیین دقت آزمایش‌های شیمیایی شرکت درّ یتیم اراک

(Ec به میکروموس بر سانتی‌متر و سایر ترکیبات به میلی‌گرم در لیتر)

Table 1. Determining the accuracy of chemical analysis of Arak Dor Yatim Company

آب شور تالاب سه کاربری دارد؛ شامل استخرهای موجود در مرکز تالاب (نمونه‌های w1،w2 ،w3 ،w4 ،w5 ، w6)، دریاچۀ میقان (w7،w8 ،w18 ،w24 ،w25 ،w26 ) و پساب شرکت املاح (w9). آب شیرین تالاب نیز سه کاربری دارد؛ شامل چاههای کشاورزی اطراف تالاب میقان (w10،w13 ،w17 ،w14 ،w19 ،w20 ،w22 ،w23 ،w27 ،w28 )، فاضلاب تصفیه‌شدۀ شهری اراک (w11،w12 ،w15 ،w16 ) و پساب صنایع اطراف تالاب (w21،w29 )؛ (شکل 2).

شکل 2. کاربری‌های مختلف آب در محدودۀ تالاب میقان

Fig. 2. Different uses of water in the area of Mighan playa

3.‌1.‌1. کاربری آب شور

 آب شور در تالاب میقان در سه بخش حوضچه‌های داخل جزیره (حوضچه‌های ایجادشده برای برداشت سولفات سدیم)، دریاچه (همة آب‌های اطراف جزیرۀ مرکزی) و پساب شرکت املاح (دوغاب خروجی از کارخانۀ املاح به محل باطلۀ داخل دریاچۀ میقان) تمرکز یافته است.

- حوضچه در جزیرۀ میقان: از حوضچه‌های آب شور در بخش‌های مختلف جزیره شش نمونه برداشت (شکل 3) و متغیرهای مختلف شیمیایی و بیولوژیکی (pH، EC، TDS، NO₃، PO₄، SO₄، Cl، F، HCO₃، NH₃، BOD، COD) تعیین شد (جدول 2). با مقایسۀ غلظت تک‌تک متغیرها با غلظت استاندارد شرب WHO در جدول 2 و با توجه به قدر مطلق مقدار t استیودنت محاسبه‌شده که بیش از مقدار بحرانی برابر با 01/2 بود و همچنین p-value کمتر از 05/0 در سطح اطمینان 95 درصد، مقادیر تمامی متغیرهای شیمیایی و بیولوژیکی با مقدار استاندارد شرب متفاوت بود.

شکل 3. حوضچه‌های ایجادشدة ناشی از برداشت سولفات سدیم

Fig. 3. Ponds created by sodium sulfate extraction

جدول 2. خلاصه آمار متغیرهای اصلی موجود در آب شور حوضچه های جزیرۀ میقان

(Ec به میکروموس بر سانتی متر و سایر ترکیبات به میلی گرم در لیتر)

Table 2. Summary of statistics of the main variables in the saline water of the ponds of Mighan island

-      دریاچة میقان: 6 نمونه آب از دریاچة آب شور اطراف جزیرۀ میقان برداشت و غلظت آنها با غلظت استاندارد شرب WHO مقایسه شد. با توجه به جدول 3، قدر مطلق مقدار  tاستیودنت محاسبه‌شدۀ متغیرهای EC، TDS، NO₃، PO₄، SO₄، Cl، F، NH₃، BOD و COD از مقدار بحرانی برابر با 01/2 بیشتر و مقدار p-value کمتر از 05/0 بوده است؛ بنابراین مقدار آنها بیشتر از استاندارد شرب و متفاوت با آن است. قدر مطلق مقدار t استیودنت محاسبه‌شدۀ متغیرهای  pHو HCO₃ کمتر از مقدار بحرانی و p-value بیشتر از 05/0 حاکی از ترکیب مشابه آنها با استاندارد شرب است.

جدول3. خلاصه آمار متغیرهای اصلی موجود در آب شور دریاچۀ اطراف جزیرۀ میقان

(Ec به میکروموس بر سانتی متر و سایر ترکیبات به میلی گرم در لیتر)

Table 3. Summary of statistics of the main variables in the saline water of the lake around Mighan island

-      پساب شرکت املاح: با توجه به ماهیت شوراب‌بودن پساب خروجی شرکت املاح، بدیهی است مقدار EC (20 میکروموس بر سانتی‌متر)، TDS (13507 میلی‌گرم در لیتر)، SO₄(10000 میلی‌گرم در لیتر)، Cl (2100 میلی‌گرم در لیتر) و HCO₃(1640 میلی‌گرم در لیتر) در مقایسه با غلظت استاندارد شرب WHO (جدول 2) زیاد است. از طرفی مقدار F، NH₃ در مقایسه با غلظت استاندارد شرب کم و NO₃(11 میلی‌گرم در لیتر)، BOD (29 میلی‌گرم در لیتر)، COD (43 میلی‌گرم در لیتر) در محدودۀ استاندارد شرب و pH پساب در حد شدیدًا قلیایی (17/11) بود.

3.‌1.‌2. آب شیرین

 آب شیرین در محدودۀ تالاب میقان شامل چاههای کشاورزی (روستای طرمزد، مبارک‌آباد، سهل‌آباد، ابراهیم‌آباد، میقان، داوودآباد و ده‌نمک)، آب ورودی و خروجی تصفیه‌خانۀ فاضلاب شهر اراک (کانال انتقال و محل دهانه به تالاب میقان)، پساب خروجی تصفیه‌خانة خیرآباد و پساب شهرک صنعتی ایبک‌آباد است.

-      آب کشاورزی: 10 نمونه از آب چاههای کشاورزی در اطراف تالاب میقان برداشت و متغیرهای مختلف شیمیایی و بیولوژیکی تعیین شد (جدول 4). با توجه به جدول 4، قدر مطلق مقدار t استیودنت محاسبه‌شدۀ متغیرهای pH، NO₃، PO₄، Cl، F و NH₃ در سطح اطمینان 95 درصد از مقدار بحرانی برابر با 81/1 بیشتر و مقدار p-value از 05/0 کمتر بوده است؛ بنابراین با مقدار استاندارد شرب متفاوت بودند؛ در حالی که این مقایسه نشان داد متغیرهای EC، TDS، SO₄، HCO₃، BOD و COD در حد استاندارد شرب بودند؛ همچنین این بررسی نشان داد چاههای حاشیۀ تالاب متأثر از لایه‌های شور بوده‌اند و با توجه به مقادیر بیش از استاندارد شرب متغیرهایی چون EC، TDS، SO₄ و Cl، آب عمدۀ چاهها لب‌شور (آلودگی طبیعی) بوده است (چاههای اطراف روستاهای ابراهیم‌آباد، سهل‌آباد، میقان، ده‌نمک و داوودآباد)؛ اما چاههای دور از تالاب عمدتاً شیرین بوده‌اند (نظیر چاه شرکت املاح در نزدیکی کمربندی اراک و چاه ابتدای روستای مبارک‌آباد و چاه بین روستای میقان و راهزان). غلظت BOD و COD چاه مبارک‌آباد (w14) به دلیل نزدیکی به کانال تصفیۀ فاضلاب شهری به ترتیب با 250 و 174 میلی‌گرم در لیتر بیش از استاندارد شرب (به ترتیب 60 و 30 میلی‌گرم در لیتر) بوده و بنابراین چاه آلوده است.

جدول 4. خلاصه آمار متغیرهای اصلی موجود در آب شیرین چاه های اطراف جزیرۀ میقان

(Ec به میکروموس بر سانتی متر و سایر ترکیبات به میلی گرم در لیتر)

Table 4. Summary of statistics of the main variables in the fresh water of wells around Mighan island

- فاضلاب شهری: بیشتر آب خروجی تصفیه‌خانۀ فاضلاب شهری اراک به تالاب میقان وارد می‌شود. برای ارزیابی آلایندگی آب روی آب تالاب میقان، چند نمونه آب از قسمت‌های مختلف فاضلاب (فاضلاب ورودی شهر اراک به تصفیه‌خانه، خروجی آب تصفیه‌شده در داخل کانال و خروجی آب تصفیه‌شده به تالاب) برداشت شد (جدول 5). قدر مطلق مقدار t استیودنت محاسبه‌شدۀ متغیرهای pH، EC، TDS، SO₄، Cl، HCO₃، BOD و COD در سطح اطمینان 95 درصد از مقدار بحرانی برابر با 35/2 کمتر و مقدار p-value  آنها بیشتر از 05/0 بوده است؛ بنابراین در حد استاندارد شرب است (جدول 5)؛ اما قدر مطلق مقدار t محاسبه‌شدۀ متغیرهای NO₃، NH₃ و PO₄ از مقدار بحرانی بیشتر و مقدار p-value  آنها از 05/0 کمتر بوده است؛ بنابراین با استاندارد شرب مغایر بودند.

جدول 5. خلاصه آمار متغیرهای اصلی موجود در فاضلاب شهری

(Ec به میکروموس بر سانتی متر و سایر ترکیبات به میلی گرم در لیتر)

Table 5. Summary of statistics of the main variables in municipal wastewater

-      شهرک صنعتی: دو نمونه آب از خروجی تصفیه‌خانۀ شهرک صنعتی خیرآباد (w21) و پساب شهرک صنعتی ایبک‌آباد در اطراف تالاب میقان برداشت شد (شکل 4). قدر مطلق مقدار t استیودنت محاسبه‌شدۀ متغیرهای EC، TDS، NO₃،BOD و COD (به ترتیب 73/10، 72/11، 66/11-، 02/9 و 98/8) بیش از مقدار بحرانی برابر با 31/6 در سطح اطمینان 95 درصد بوده است؛ بنابراین با مقدار استاندارد شرب متفاوت بودند؛ در حالی که مقدار t استیودنت محاسبه‌شدۀ متغیرهای pH، PO₄، SO₄، Cl، F و HCO3 کمتر از مقدار بحرانی و در حد استاندارد شرب بود. در پساب شهرک صنعتی ایبک‌آباد تصفیه‌نشده، به دلیل وجود کارخانۀ الکل‌سازی، مقادیر متغیرهای BOD، COD و PO₄به ترتیب 1490، 1750 و 6/16 میلی‌گرم در لیتر و بسیار زیاد بود (w21).

شکل 4. پساب خروجی شهرک صنعتی ایبک‌آباد در مسیر جادۀ داوودآباد

Fig. 4. The effluent of Aibakabad industrial town in the direction of Davoodabad road

3.‌2. ماتریس همبستگی

 به‌منظور تعیین روابط متغیرها از ماتریس همبستگی استفاده شد (جدول 6). ماتریس همبستگی در سطح اطمینان 95 درصد و p-value برابر با 05/0 بررسی شد. متغیرهای EC، TDS، NO₃، PO₄، SO₄، Cl، F، HCO₃ و NH₃با توجه به  p-valueبیش از 05/0 در یک گروه قرار گرفته‌اند و متغیر  pHدر گروهی مجزا قرار گرفته است که با هیچ‌یک از متغیرهای دیگر همبستگی ندارد. براساس بررسی‌ها، متغیرهای هدایت الکتریکی (EC)، مواد محلول کل (TDS)، سولفات (SO₄) و کلر (Cl) با یکدیگر همبستگی خیلی زیاد (ضریب همبستگی بیش از 8/0) و فلوئور (F) با آمونیاک (NH₃) همبستگی زیاد (ضریب همبستگی بیش از 7/0) و فلوئور (F) با کلر (Cl) همبستگی زیاد (ضریب همبستگی بیش از 7/0) نشان دادند (جدول 6).

جدول 6. همبستگی متغیرهای شیمیایی آب درمحدودۀ تالاب میقان

Table 6. Correlation of chemical variables of water in Mighan plauya

3.‌3. تحلیل عاملی

برای تعیین ارتباط ترکیبات شیمیایی و بررسی منشأ ترکیبات از تحلیل چندمتغیره استفاده شد. از آنجایی که غلظت BOD و COD در آب‌های شور اغراق‌آمیز بوده است، در تحلیل عاملی حذف شد (Hoguane, 2010: 310). در تحلیل عاملی از ده متغیر انتخابی، چهار عامل بیشترین نقش را در توزیع متغیرها در گام اول داشتند و حدود 56/87 درصد واریانس را توضیح دادند (جدول 7). از طرفی عامل اول با واریانس 59/48 درصد با متغیرهایی چون EC، TDS، SO₄ و Cl بیشترین تأثیر را در بین عوامل نشان داد. در عامل دوم، متغیرهای فسفات (PO₄) و بی‌کربنات (HCO₃)، در عامل سوم pH و در عامل چهارم فلوئور (F) و آمونیاک (NH₃) نقش اصلی را داشتند.

جدول 7. بارهای عاملی گام اول متغیرهای شیمیایی آب در محدودۀ تالاب میقان

Table 7. Factor loads of the first step of chemical variables of water in the area of Mighan playa

 با توجه به اینکه سهم نیترات (NO₃) در گام اول و pH در گام دوم کم بوده، این متغیرها در تحلیل عاملی حذف و گام سوم اجرا شد (جدول 8). در گام سوم، سه عامل 19/88 درصد واریانس را توضیح داد. عامل اول بیشترین و برابر با 96/56 درصد و شامل EC،TDS ، SO₄ و Cl، عامل دوم شامل F و NH₃و عامل سوم شامل PO4 و HCO₃ بود (شکل 5). پهنه‌های هریک از عوامل در شکل 6 نشان داد تمرکز عامل اول و دوم در محدودۀ تالاب میقان (جزیره و دریاچه) بوده و عامل سوم برخلاف دو عامل اول و دوم، بیشترین تمرکز را در حواشی تالاب (در خاک‌های مراتع و لجن‌های فاضلاب شهری) داشته است.

جدول 8. بارهای عاملی گام سوم متغیرهای شیمیایی آب در محدودۀ تالاب میقان

Table 8. Factor loads of the third step of chemical variables of water in the area of Mighan playa

شکل 5. ارتباط متغیرهای شیمیایی آب در محدودۀ تالاب میقان

Fig. 5. Relation of chemical variables of water in the area of Mighan playa

شکل 6. پهنه‌بندی عوامل در تحلیل عاملی در آب محدودۀ تالاب میقان

Fig. 6. Zoning of factors in factor analysis in the water of Mighan playa

 آب در تالاب میقان اراک در دو کاربری حوضچه‌ها (حوضچه‌های حاصل از برداشت مادة معدنی سولفات سدیم در بخش جزیرۀ مرکزی) و دریاچه (اطراف جزیرۀ مرکزی) متمرکز شده است. کاربری‌هایی نظیر پساب شرکت املاح معدنی، فاضلاب تصفیه‌شدۀ شهری اراک، پساب صنایع و چاههای کشاورزی، منابع بالقوة آلاینده برای آب تالاب میقان محسوب می‌شوند. زیادبودن غلظت ترکیبات شیمیایی EC، TDS، SO₄و Cl از حد استاندارد شرب، ماهیت شورابه‌بودن آب را در تالاب میقان نشان داد. بررسی منشأ شوری آب میقان نشان داد متغیرهای شورکننده از قبیل آنیون‌های SO₄و Cl و همچنین کاتیون‌های Na و K به سنگ‌های گچی و نمکی ارتفاعات شمالی (منطقۀ آشتیان) حوضۀ میقان مربوط است (عبدی و رحیم‌پور، 1391: 96).

نخعی و همکاران (1390) با مطالعۀ آب‌های زیرزمینی دشت تربت حیدریه نشان دادند انحلال کانی‌های تبخیری سنگ‌های ارتفاعات سبب شده است آب‌های زیرزمینی دشت از تیپ کلروره سدیک و سولفات سدیم باشند.

بررسی‌های مهاجرانی و امینی (1379) در آب‌های زیرزمینی اطراف تالاب میقان نشان داد آب‌های شمالی ورودی به تالاب از تیپ SO₄-Cl- Na و آب‌های جنوبی از تیپ HCO₃–Ca بوده‌اند؛ همچنین آنها مشخص کردند مخلوط‌شدگی آب‌های سطحی و آب‌های زیرزمینی با آب تالاب میقان، تیپ SO₄-HCO₃-Na-Ca را سبب شده است.

بررسی‌های اله‌دادی و قدیمی (1392) نشان داد پساب شرکت املاح ایران (برداشت سولفات سدیم از حوضچه‌های جزیرۀ مرکزی) EC، TDS، SO₄و Cl زیاد داشت. حدود 60 درصد از آب چاههای اطراف تالاب که به مصرف کشاورزی رسید، با توجه به EC، TDS، SO₄و Cl زیاد تقریباً شور بودند. به دلیل خشکسالی‌های اخیر، برداشت بی‌رویۀ آب‌های زیرزمینی و حفر چاههای غیرمجاز، سطح آب زیرزمینی بسیاری از دشت‌ها کاهش یافته است (جعفری و بخشنده‌مهر، 1391: 183)؛ برای نمونه افزایش برداشت بی‌رویه از سفره‌های آب زیرزمینی دشت رشکان و کاهش ذخایر این سفره‌ها و درنتیجه افزایش تمرکز و غلظت یون‌ها و وجود واحدهای تبخیری باعث شوری آب‌ها شده است (حق‌پرست و همکاران، 1393: 65).

همخوانی SO₄و Cl آب‌های کشاورزی تقریباً شور با SO₄و Cl آب تالاب میقان حاکی از شوری آب چاههای منطقه از آب تالاب بود. روند مشابهی از شورشدن آب زیرزمینی در دشت شبستر حاکی از نفوذ آب شور دریاچۀ ارومیه به سفرۀ آب زیرزمینی دشت مجاور بود (اصغری مقدم و محمدی، 1382: 69). با توجه به عامل اول از تحلیل عاملی و مؤثردانستن متغیرهای EC، TDS، SO₄ و Cl و همچنین افزایش این عامل در نقشۀ پهنه‌بندی به سمت تالاب میقان، بدیهی است شوری آب تالاب و پساب شرکت املاح طبیعی بوده است؛ در حالی که شوری آب چاههای اطراف تالاب میقان دلیلی بر فعالیت انسانی است.

 در نقشۀ پهنه‌بندی، عامل دوم با متغیرهای F و NH₃در محدودۀ آب تالاب (جزیره و دریاچه) میقان تمرکز داشت؛ همچنین با توجه به سهم زیاد NH₃ (91/0) نسبت به F (84/0) در تحلیل عاملی، افزایش NH₃ عامل انسانی و F عامل طبیعی داشته است. بررسی‌های قدیمی و همکاران (2012) در آب‌های زیرزمینی اطراف تالاب میقان نشان داد F، SO₄و Na در یک گروه قرار گرفته‌اند. از طرفی F، SO₄ و Na در آب‌هایی دیده شده است که زیر هجوم آب شور تالاب میقان بوده‌اند (Ghadimi and Ghomi, 2012: 31)؛ بنابراین F موجود در آب تالاب منشأ طبیعی داشته است. حضور F در بعضی از آب چاههای کشاورزی حاکی از نفوذ آب شور تالاب میقان در آنها بود. از طرفی NH₃ فقط در تعداد کمی از نمونه‌های آب تالاب میقان (حوضچه‌ها و دریاچه) دیده شده که از حد استاندارد شرب بیشتر است. غلظت NH₃ فاضلاب شهری تصفیه‌شده و پساب صنایع کم و پساب شرکت املاح فاقد آن بود. منشأ NH₃، ترکیبات ازت‌دار آلی و باکتری‌ها هستند (مقیمی و امین، 1394: 37). آمونیاک (NH₃) ترکیبی بسیار خطرناک است؛ زیرا موجب اختلال در تنفس آبزیان می‌شود. این ترکیب به‌راحتی داخل سلول‌ها نفوذ می‌کند و موجب افزایش  pHو اختلال در عوامل حیاتی می‌شود. یون آمونیوم منشأ نیتروژن برای گیاهان آبی است و موجب افزایش رشد جلبک‌ها می‌شود (همان). آمونیاک موجود در آب تالاب میقان ناشی از افزایش غلظت آن با ورود فاضلاب شهری به تالاب است. در عامل سوم از تحلیل عاملی، PO₄ و HCO₃ شرکت دارند که در آن نقش PO₄ بارزتر بوده است. PO₄آب دریاچة میقان، فاضلاب شهری و پساب صنایع به مراتب از حد استاندارد شرب بیشتر بود (شکل 7). فسفات از فاضلاب‌های خانگی (حاوی پاک‌کننده‌های سنتتیک) یا پساب‌های کشاورزی یا فاضلاب‌های صنعتی به آب‌های سطحی، زیرزمینی و تالاب‌ها وارد شده است (فلاح و همکاران، 1393: 28). فسفر، یکی از عناصر ضروری برای رشد جلبک‌هاست (صمدی، 1395: 159). بیش از 70 درصد ترکیبات فسفر موجود در فاضلاب‌ها به دلیل استفاده از شوینده‌هاست. نگرانی‌های کنونی محیط‌زیست بیشتر دربارة سازنده‌های مواد پاک‌کننده بوده است؛ زیرا مادۀ اصلی در پاک‌کننده‌ها، سدیم تری پلی فسفات (Na₅P₃O₁₀) است. این ماده مشکل تجزیۀ زیستی نداشته است؛ زیرا یون  P₃O₁₀متأثر از واکنش هیدرولیز به‌طور آهسته در محیط به ارتوفسفات‌ها تبدیل می‌شود. این ماده غیرسمی است، ولی در فرایند اتروفیکاسیون نقش دارد (Adesuyi et al., 2015: 14). گزارش شرکت آب و فاضلاب شهری حاکی است 200 لیتر در ثانیه آب تصفیه‌شده در فصول خشک و 800 لیتر در ثانیه در فصول مرطوب (تصفیه و تصفیه‌نشده) از فاضلاب شهری به تالاب میقان وارد می‌شود. از آنجایی که غلظت PO₄ در فاضلاب تصفیه‌شده بسیار زیاد بوده، فاضلاب منشأ آلودگی انسانی در تالاب است. از طرفی تمرکز زیاد PO₄ در آب ورودی به تالاب سبب رشد انبوهی از گیاهان در منطقه شده است (شکل 8).

شکل 7. غلظت فسفات در آب‌های تالاب میقان (غلظت زیاد به فاضلاب تصفیه‌شدۀ شهری اراک مربوط است)

Fig. 7. Concentration of phosphate in the waters of Mighan playa (high concentration is related to the treated wastewater of Arak)

شکل 8.رشد انبوه گیاهان در جبهۀ ورود فاضلاب تصفیه‌شدۀ شهری به تالاب میقان

Fig. 8. Mass growth of plants in front of the treated municipal wastewater into the Mighan playa

 غلظت یون بی‌کربنات (HCO₃) در ترکیب آب دریاچۀ تالاب میقان و بعضی از چاههای بخش جنوبی تالاب میقان زیاد بوده است؛ در حالی که غلظت آن در سایر آب‌ها از حد استاندارد کمتر بوده است. بی‌کربنات حاکی از وجود سنگ‌های آهکی است. در اثر انحلال سنگ‌های آهکی و دولومیتی، ترکیبات بی‌کربنات حاصل شده که به آب‌های سطحی و زیرزمینی هدایت شده است (شیخ فخرالدینی و عباس‌نژاد، 1394: 203؛ خدابخش و همکاران، 1395: 367). بخش جنوبی تالاب میقان را سنگ‌های آهکی و دولومیتی کرتاسه تشکیل داده که مهم‌ترین منشأ بی‌کربنات آب تالاب میقان و چاههای منطقه بوده‌اند (Ghadimi and Ghomi, 2013: 54). زیادبودن یون بی‌کربنات نوعی آلودگی طبیعی است که در کنترل انسان نیست.

 BOD میزان مصرف اکسیژن در داخل آب با ارگانیسم‌هاست. اگر BOD کم باشد، آب پاک است و ارگانیسم ندارد یا آنکه ارگانیسم‌های داخل آب مرده‌اند و نیازی به مصرف اکسیژن ندارند. اگر BOD آبی یک میلی‌گرم در لیتر باشد، آب تقریباً خالص است. آب با BOD تا 5 میلی‌گرم در لیتر نسبتاً خالص فرض می‌شود؛ اما اگر مقدار  BODاز 20 میلی‌گرم در لیتر تجاوز کند، سلامت عمومی به خطر می‌افتد (محرم‌نژاد، 1378: 158)؛ اما COD، یکی از مهم‌ترین شاخص‌های سنجش آلودگی فاضلاب است. آلودگی فاضلاب ناشی از مواد خارجی است که به آب وارد و به‌صورت معلق یا محلول باعث آلودگی آن و تولید فاضلاب شده‌اند. بدیهی است هرچه مقدار COD در فاضلاب بیشتر باشد، بار آلودگی آن نیز بیشتر خواهد بود (همان). از آنجایی که BOD موجود در آب به فعالیت‌های بیولوژیکی بستگی دارد، هرگونه مانعی در رشد میکروارگانیسم‌ها باعث تغییرات ناگهانی BOD می‌شود. ازجملۀ این موانع مقدار کلر، قلیایی‌بودن، اسیدیته، اسیدهای معدنی و فلزات سنگین است (عطاملکی و همکاران، 1394: 67)؛ همچنین بررسی‌ها نشان داد در آب‌های شور با غلظت کلر بیش از 35000 میلی‌گرم در لیتر، حتی اگر مواد آلی به مقدار کم هم وجود داشته باشد، مقدار BOD، COD اغراق‌آمیز است (Hoguane, 2010: 346). BOD، COD آب تالاب میقان (حوضچه‌ها و دریاچه) و همچنین پساب شهرک صنعتی ایبک‌آباد بسیار زیاد بود (جدول‌های 1 و 2). از آنجایی که آب تالاب میقان Cl بیش از 35000 میلی‌گرم در لیتر داشته، BOD، COD در آب تالاب معیار مناسب آلودگی بیولوژیک نبوده است. از طرفی زیادبودن BOD، COD پساب شهرک صنعتی ایبک‌آباد به دلیل کارخانۀ الکل‌سازی در آن است؛ در این زمینه سازمان محیط‌زیست استان مرکزی اخطارهای متعددی به کارخانۀ مدنظر برای تصفیۀ پساب داده است. pH آب تالاب میقان و پساب شرکت املاح قلیایی بود. pH نمونه‌های آب (شوراب) جزیرۀ میقان (w1 تا w6) کمی بیشتر از 5/8 بود (شکل 9). pH حدود 17/11 در نمونة آب (w9) متعلق به پساب شرکت املاح بود. زیادبودن pH به دلیل خروج سولفات سدیم توسط شرکت املاح از فرایند بوده است؛ بنابراین غلظت سایر املاح از قبیل کلرید سدیم و درنتیجه اسیدیتۀ پساب افزایش یافته است (Pisarska et al., 2017: 54).

شکل 9.  pHآب‌های محدودۀ تالاب میقان

Fig. 9. pH of the waters of Mighan playa

1. نتیجه‌گیری

 برای تعیین آلاینده‌های طبیعی و انسانی مؤثر بر آب تالاب میقان، ارزیابی متغیرهای شیمیایی و بیولوژیک آب در کاربری‌های مختلف مدنظر قرار گرفت. فاضلاب شهری تصفیه‌شدۀ اراک، پساب شرکت املاح معدنی و صنایع و همچنین آب‌های زیرزمینی اطراف، مهم‌ترین منابع آلایندۀ انسانی بوده‌اند که پتانسیل آلوده‌کنندگی آب تالاب را داشته‌اند. با توجه به اینکه آب‌های زیرزمینی در پایین‌دست اراضی کشاورزی و صنایع بزرگ قرار گرفته، هیچ‌گونه آلاینده‌های شیمیایی و بیولوژیک حاصل از پساب کشاورزی و صنایع در آب تالاب میقان دیده نشده است. از طرفی با ورود پساب شرکت املاح به تالاب، افزایش محلی pH صورت گرفته که در مقایسه با آب کل تالاب بسیار ناچیز بوده است.

فاضلاب شهری تصفیه‌شدۀ اراک، مهم‌ترین منبع آب ورودی به تالاب بوده که فسفات و آمونیاک را به آب تالاب وارد کرده است. ورود ترکیبات اخیر به تالاب با رشد گیاهان و پوشش جنگلی همراه بوده که سکونتگاه پرندگان مهاجر است؛ بنابراین آب تالاب میقان بدون آلودگی شیمیایی و بیولوژیک بوده و جبهۀ پیش‌روندة آب تالاب سبب شورشدن آب‌های زیرزمینی شیرین اطراف شده است. این پدیده ناشی از افت سطح آب زیرزمینی منطقه با دخالت انسان بوده است؛ بنابراین باید اقدامات اساسی درزمینة بالاآمدن سطح آب زیرزمینی طی عملیات آبخوان‌داری در دشت‌های اطراف تالاب و کنترل در برداشت آب چاهها و حذف چاههای غیرمجاز صورت گیرد.

تشکر و قدردانی

مقاله از طرح پژوهشی «ارزیابی ژئوشیمیایی زیست‌محیطی منابع آلایندۀ آب و خاک در منطقۀ کویر میقان اراک به‌منظور تعیین ضریب تأثیر فعالیت‌های زیست‌محیطی معدنی نمک سولفات سدیم شرکت معدنی املاح ایران» استخراج شده است؛ بنابراین نویسنده لازم می‌داند از معاونت پژوهشی دانشگاه صنعتی اراک، حمایت‌های چندجانبۀ سازمان صمت استان مرکزی، سازمان محیط‌زیست استان مرکزی، واحد تبصرة 10 حقوق دولتی وزارت صمت و به‌ویژه شرکت املاح ایران (واحد اراک) تشکر و قدردانی کند.