اثرات زیست محیطی کلر بر انسان، گیاهان و حیات وحش

مقدمه

کلر یکی از پرکاربردترین مواد شیمیایی در تصفیه آب، ضد عفونی تجهیزات، تولید کاغذ، صنایع نساجی و ساخت محصولات شیمیایی است. نقش آن در کاهش بیماری های ناشی از آب آلوده بسیار مهم است، اما همین ماده در صورت نشت، مصرف بیش از اندازه یا تخلیه نامناسب می تواند به انسان، گیاهان، جانوران و زیست بوم های آبی آسیب بزند. بنابراین بررسی اثرات زیست محیطی کلر باید هم فایده های آن و هم خطرهای ناشی از کاربرد کنترل نشده را در نظر بگیرد.

واژه کلر برای چند ماده متفاوت به کار می رود. گاز کلر، هیپوکلریت موجود در سفید کننده، کلر آزاد در آب، کلرامین ها، یون کلرید و ترکیبات آلی کلردار رفتار یکسانی ندارند. بعضی بسیار واکنش پذیر و کوتاه عمر هستند، در حالی که برخی ترکیبات کلردار مدت بیشتری در آب، خاک یا بدن موجودات زنده باقی می مانند. در این مقاله، تاثیر کلر بر انسان، گیاهان و حیات وحش، مسیرهای انتشار، خطر کلر باقیمانده، محصولات جانبی کلرزنی و راه های کاهش آلودگی به زبان ساده بررسی می شود.

کلر در محیط زیست چه شکل هایی دارد؟

گاز کلر ماده ای زرد مایل به سبز، دارای بوی تند و سنگین تر از هوا است. این گاز در تماس با رطوبت چشم، پوست و دستگاه تنفسی واکنش می دهد و مواد اسیدی و اکسید کننده ایجاد می کند. به همین علت، نشت گاز کلر می تواند در مدت کوتاه به بافت های مرطوب بدن آسیب بزند.

وقتی کلر وارد آب می شود، بخشی از آن به اسید هیپوکلروس و یون هیپوکلریت تبدیل می شود. مجموع آنها کلر آزاد نام دارد و قدرت ضد عفونی کنندگی بالایی دارد. در حضور آمونیاک یا مواد نیتروژنی، کلرامین ها تشکیل می شوند که ماندگاری بیشتری دارند و همچنان برای آبزیان زیان آورند.

یون کلرید شکل پایدارتر کلر است و در نمک، آب دریا، خاک و بدن موجودات زنده وجود دارد. کلرید در مقدار مناسب ضروری است، ولی افزایش آن در آب شیرین یا خاک، شوری را بالا می برد. ترکیبات آلی کلردار نیز گروه بزرگی هستند و خواص آنها تفاوت زیادی دارد. هر یک از این شکل ها رفتار و میزان خطر متفاوتی دارند. بدون این تفکیک، ارزیابی اثرات زیست محیطی کلر دقیق نخواهد بود.

مهم ترین منابع ورود کلر به طبیعت

کارخانه های کلر آلکالی، صنایع کاغذ، واحدهای تولید شوینده، مجتمع های پتروشیمی و تاسیسات تصفیه آب از مهم ترین محل های مصرف یا نگهداری کلر هستند. خرابی شیر، شکستگی لوله، خوردگی تجهیزات، خطای انسانی یا حادثه حمل و نقل می تواند موجب آزاد شدن گاز کلر یا محلول های کلردار شود. در مراکزی که خرید پودر کلر برای ضد عفونی آب یا استفاده صنعتی انجام می شود، نگهداری نامناسب، تماس با رطوبت و اختلاط با مواد ناسازگار نیز می تواند خطر انتشار ترکیبات کلردار را افزایش دهد.

تصفیه خانه های آب و فاضلاب نیز در صورت کنترل نامناسب، کلر باقیمانده را وارد رودخانه، دریاچه یا مناطق ساحلی می کنند. آب خروجی استخرها، برج های خنک کننده، صنایع غذایی و مراکز درمانی ممکن است حاوی کلر آزاد، کلرامین یا محصولات جانبی کلرزنی باشد. اگر پساب پیش از تخلیه کلرزدایی نشود، حتی مقدار کم ماده فعال برای گونه های حساس مشکل ساز خواهد بود.

در محیط شهری، مواد سفید کننده پس از مصرف وارد فاضلاب می شوند. نمک های کلریدی مورد استفاده برای یخ زدایی جاده ها، پساب شور، زه آب کشاورزی و نفوذ آب دریا نیز غلظت کلرید را افزایش می دهند. این منابع گاز کلر تولید نمی کنند، اما شوری آب و خاک را بالا می برند. هر کدام از این مسیرها اثر متفاوتی دارند و برای کنترل آنها باید منبع آلودگی درست شناسایی شود.

رفتار کلر در هوا، آب و خاک

گاز کلر در فضای باز معمولا برای مدت طولانی به همان شکل باقی نمی ماند، زیرا با رطوبت، مواد آلی و سطوح گیاهی واکنش می دهد. با این حال، در لحظات نخست یک نشت بزرگ می تواند در نزدیکی زمین حرکت کند و در گودی ها، کانال ها یا فضاهای کم ارتفاع تجمع یابد. سرعت باد، دما، رطوبت و موانع ساختمانی مسیر انتشار را تغییر می دهند.

در آب، رفتار کلر به pH، دما، آمونیاک و مواد آلی بستگی دارد. کلر آزاد اغلب سریع واکنش می دهد و مصرف می شود، اما در حضور آمونیاک کلرامین هایی تشکیل می شود که عمر بیشتری دارند. در آب دریا نیز واکنش کلر با برم و دیگر یون ها، مخلوطی از اکسید کننده های فعال ایجاد می کند.

در خاک مرطوب، کلر فعال با مواد آلی و معدنی واکنش می دهد و بیشتر به شکل های کم واکنش تر، به ویژه کلرید، تبدیل می شود. کلرید به ذرات خاک محکم نمی چسبد و همراه آب حرکت می کند؛ بنابراین ممکن است به آب زیرزمینی برسد یا در ناحیه ریشه تجمع یابد. خود گاز کلر معمولا آلاینده ای بسیار پایدار نیست، اما آسیب اولیه و بعضی ترکیبات ثانویه می توانند مدت بیشتری باقی بمانند.

اثرات کلر بر انسان و مسیرهای مواجهه

مهم ترین راه ورود گاز کلر به بدن انسان، تنفس است. این گاز در تماس با رطوبت موجود در بینی، گلو و ریه واکنش می دهد و مواد خورنده و اکسید کننده تولید می کند. این فرایند به سلول های پوششی دستگاه تنفسی آسیب می زند، التهاب را افزایش می دهد و در مواجهه شدید می تواند تبادل اکسیژن را مختل کند. سوزش چشم و بینی، آبریزش، احساس خراش در گلو، سرفه، خس خس و فشار سینه از نشانه های رایج تماس با کلر هستند.

شدت عوارض به غلظت گاز، مدت تماس، فاصله فرد از منبع نشت و وضعیت جسمی او بستگی دارد. در مواجهه شدید، احتمال بروز تنگی نفس، کاهش اکسیژن خون، التهاب ریه و تجمع مایع در بافت ریه وجود دارد. برخی علائم بلافاصله ظاهر می شوند، اما در بعضی موارد مشکلات تنفسی چند ساعت بعد شدت می گیرند. به همین دلیل، بهبود موقت فرد نباید به عنوان پایان خطر در نظر گرفته شود.

کودکان، سالمندان، افراد سیگاری و مبتلایان به آسم، برونشیت مزمن یا بیماری های قلبی و ریوی حساسیت بیشتری دارند. تماس مکرر با مقدار کم کلر در محیط های کاری دارای تهویه نامناسب نیز ممکن است موجب تحریک طولانی مدت راه های تنفسی شود.

تماس پوست و چشم با سفید کننده غلیظ، هیپوکلریت یا مواد شیمیایی استخر می تواند قرمزی، درد، التهاب، سوختگی شیمیایی و آسیب قرنیه ایجاد کند. بلع محلول های غلیظ نیز به دهان، مری و معده آسیب می زند. همچنین مخلوط کردن سفید کننده با اسید یا آمونیاک بسیار خطرناک است و بخارات سمی و تحریک کننده تولید می کند. در برخی افراد، پس از تماس شدید، سرفه طولانی، حساسیت راه های هوایی و کاهش توان فعالیت باقی می ماند. جدول زیر مسیرهای اصلی مواجهه را خلاصه می کند:

پیامدهای کلر برای گیاهان و پوشش سبز

گیاهان از راه برگ، روزنه ها، سطح مرطوب اندام های هوایی و ریشه در معرض شکل های مختلف کلر قرار می گیرند. هنگام نشت گاز، برگ های واقع در مسیر ابر بیشترین آسیب را می بینند. لکه های رنگ پریده، زردی، قهوه ای شدن، سوختگی حاشیه برگ، خشک شدن بافت و ریزش زودرس از نشانه های معمول است.

کلر فعال می تواند غشای سلولی، رنگدانه های فتوسنتزی و پوشش مومی برگ را تخریب کند. کاهش سطح سالم برگ، فتوسنتز و رشد را کم می کند. در درختان، یک تماس شدید ممکن است بر جوانه زنی، رشد شاخه های بعدی و مقاومت در برابر خشکی یا بیماری اثر بگذارد. گیاهی که برگ زیادی از دست می دهد برای بازسازی بافت، ذخایر غذایی بیشتری مصرف می کند.

گونه های گیاهی حساسیت یکسانی ندارند. برگ نازک، سطح مرطوب، روزنه های باز و قرار گرفتن نزدیک زمین می تواند جذب را افزایش دهد. ظاهر سالم گیاه بلافاصله پس از حادثه نیز آسیب پنهان را رد نمی کند، زیرا کاهش رشد یا خشک شدن تاج ممکن است در هفته های بعد آشکار شود.

کلرید، شوری خاک و کاهش عملکرد کشاورزی

افزایش کلرید در آب آبیاری یا خاک، یکی از شکل های رایج فشار شیمیایی بر گیاه است. کلرید همراه آب وارد ریشه می شود، با جریان تعرق به سمت برگ حرکت می کند و در آنجا تجمع می یابد. اگر مقدار آن از تحمل گیاه بیشتر شود، نوک و حاشیه برگ می سوزد و بافت خشک گسترش پیدا می کند.

درختان میوه و گیاهان چوبی چند ساله معمولا از بسیاری محصولات یک ساله حساس ترند. مرکبات، بعضی میوه های هسته دار، انگور و شماری از گیاهان زینتی ممکن است در برابر کلرید بالا آسیب ببینند. آبیاری بارانی خطر را بیشتر می کند، زیرا آب شور روی برگ می نشیند و پس از تبخیر، نمک غلیظ می شود. گرما، رطوبت پایین و باد خشک این روند را تشدید می کند.

شوری جذب آب از خاک را دشوار می کند، حتی وقتی خاک مرطوب به نظر می رسد. عدم تعادل کلرید با پتاسیم، کلسیم و دیگر عناصر نیز تغذیه گیاه را مختل می کند. زهکشی مناسب، شست و شوی حساب شده خاک، آبیاری قطره ای، آزمایش آب و انتخاب گونه مقاوم از راه های اصلی کاهش خسارت هستند.

اثرات کلر باقیمانده بر ماهی ها و آبزیان

زیست بوم های آبی از حساس ترین محیط ها در برابر کلر باقیمانده هستند. کلر آزاد و کلرامین ها به آبشش ماهی، سطح بدن بی مهرگان و غشای سلولی جلبک ها آسیب می زنند. آبشش محل تبادل اکسیژن و تنظیم نمک های بدن است؛ بنابراین آسیب آن می تواند تنفس، تعادل یونی و توان شنا کردن ماهی را مختل کند.

تخم ها، لاروها و مراحل ابتدایی زندگی معمولا حساس ترند. کاهش تفریخ، کند شدن رشد، تغییر رفتار تغذیه، فرار از محل آلوده و افزایش مرگ و میر از پیامدهای احتمالی است. سخت پوستان، حشرات آبزی و زئوپلانکتون ها نیز آسیب می بینند. حذف این گروه ها بر ماهی ها، دوزیستان و پرندگان آبزی که از آنها تغذیه می کنند اثر می گذارد.

خطر به مدت تماس، دما، pH، مواد آلی و آمونیاک وابسته است. تخلیه پیوسته پساب کم غلظت نیز ممکن است مهم باشد، زیرا جمعیت آبزی فرصت بازیابی پیدا نمی کند. کاهش جمعیت بی مهرگان می تواند غذای ماهی ها و پرندگان آبزی را کمتر می کنند.

پیامدها برای پرندگان، پستانداران و جانوران خشکی

گاز کلر می تواند دستگاه تنفسی پستانداران و پرندگان را تحریک کند. جانورانی که نزدیک سطح زمین زندگی می کنند، مانند برخی جوندگان، خزندگان و حیوانات پناه گرفته در گودال ها، ممکن است با ابر سنگین گاز تماس بیشتری داشته باشند. پرندگان نیز در صورت عبور از محدوده آلوده یا استنشاق هوای تحریک کننده در معرض آسیب قرار می گیرند.

پیامدهای غیر مستقیم گاهی مهم تر از تماس مستقیم است. خشک شدن پوشش گیاهی، کاهش بذر و میوه، مرگ حشرات و آلودگی آبشخورها منابع غذا و پناهگاه را کم می کند. جانوری که از حادثه اولیه جان سالم به در می برد ممکن است در روزهای بعد با کمبود غذا، جابجایی اجباری و رقابت بیشتر روبرو شود. این وضعیت در فصل زادآوری یا خشکسالی اهمیت بیشتری دارد.

کلرید بالا در آب های داخلی نیز زیستگاه گونه های وابسته به آب شیرین را تغییر می دهد. افزایش شوری برای گونه های حساس، تخم ها و نوزادان مشکل ساز است. تغییر گیاهان و بی مهرگان آبزی در نهایت بر پرندگان آبزی، پستانداران شکارچی و دیگر حلقه های زنجیره غذایی اثر می گذارد.

تاثیر کلر بر میکروارگانیسم ها و تعادل زیستی

کلر برای نابودی میکروب ها استفاده می شود و در طبیعت نیز می تواند فعالیت میکروارگانیسم های مفید را کاهش دهد. باکتری ها، قارچ ها و جلبک های میکروسکوپی در تجزیه مواد آلی، چرخه نیتروژن، حاصلخیزی خاک و تولید غذا در آب نقش دارند. تماس ناگهانی با کلر فعال، بخشی از این جمعیت ها را از بین می برد یا ترکیب آنها را تغییر می دهد.

در خاک، مقدار کلر، رطوبت و ماده آلی شدت اثر را تعیین می کند. خاک غنی از مواد آلی کلر فعال را سریع تر مصرف می کند، اما ممکن است محصولات واکنش تازه ای شکل بگیرد. کاهش میکروب های تجزیه کننده می تواند سرعت پوسیدن بقایای گیاهی و آزاد شدن عناصر غذایی را تغییر دهد. تکرار آلودگی نیز زمان بازسازی جامعه میکروبی را کم می کند.

در آب، کاهش جلبک ها و زئوپلانکتون ها غذای پایه زنجیره غذایی را محدود می کند. هدف در تصفیه آب، کنترل عوامل بیماری زا در یک سامانه مهندسی شده است؛ اما پس از ورود ضد عفونی کننده به زیستگاه طبیعی، ماده فعال میان میکروب زیان آور و مفید تفاوتی قائل نمی شود.

محصولات جانبی کلرزنی و آلودگی ثانویه

کلر هنگام واکنش با مواد آلی طبیعی، بقایای گیاهی، فاضلاب و ترکیبات نیتروژنی می تواند محصولات جانبی کلرزنی ایجاد کند. نوع و مقدار این مواد به کیفیت آب، دوز کلر، زمان تماس، pH، دما و حضور یون هایی مانند برم بستگی دارد. برخی فرار هستند و برخی دیگر در آب باقی می مانند.

خطر این محصولات با خطر گاز کلر یکسان نیست. کلر آزاد بسیار واکنش پذیر است و اغلب سریع مصرف می شود، اما بعضی ترکیبات آلی کلردار پایدارترند و مسیر طولانی تری در آب طی می کنند. همه محصولات جانبی نیز سمیت یا ماندگاری مشابه ندارند. بنابراین در برخی منابع آب، تنها اندازه گیری کلر باقیمانده برای شناخت کامل آلودگی کافی نیست.

حذف مواد آلی پیش از کلرزنی، تنظیم دوز، کنترل زمان تماس و انتخاب نقطه مناسب تزریق، تشکیل این مواد را کاهش می دهد. روش های مکمل مانند فیلتراسیون بهتر، پرتو فرابنفش، ازن یا ضد عفونی ترکیبی نیز قابل استفاده اند، ولی هر روش هزینه، محدودیت و محصول جانبی خاص خود را دارد.

عوامل تعیین کننده شدت آسیب زیست محیطی

غلظت کلر تنها عامل تعیین کننده نیست. یک مقدار مشخص در تماس کوتاه ممکن است اثر محدودی داشته باشد، اما در تماس طولانی آسیب جدی ایجاد کند. در هوا، باد، رطوبت، دما، ناهمواری زمین و ارتفاع محل رهاسازی بر انتشار گاز اثر دارد. ساختمان، دیوار یا کانال نیز مسیر ابر را تغییر می دهد.

در آب، pH نسبت شکل های مختلف کلر آزاد را عوض می کند و بر قدرت واکنش اثر می گذارد. دما سرعت واکنش ها را تغییر می دهد، آمونیاک کلرامین می سازد و مواد آلی هم کلر را مصرف می کنند و هم زمینه تشکیل محصولات جانبی را فراهم می سازند. گونه آبزی، سن آن و میزان اکسیژن آب نیز مهم است.

در گیاهان، نوع گونه، سن، رطوبت برگ و سلامت قبلی تعیین کننده است. گیاهی که با خشکی، آفت یا کمبود مواد غذایی روبرو است، توان بازیابی کمتری دارد. در انسان و جانوران نیز سن، بیماری تنفسی، اندازه بدن و امکان دور شدن از محل آلوده اهمیت دارد. در نتیجه، ارزیابی خطر باید متناسب با شرایط واقعی هر محل باشد.

نشت صنعتی و مدیریت شرایط اضطراری

نشت کلر ممکن است از یک اتصال کوچک آغاز شود یا در اثر شکست مخزن و حادثه حمل و نقل به رهاسازی گسترده تبدیل شود. نخستین اولویت، حفاظت از جان انسان ها و جلوگیری از گسترش تماس است. تشخیص سریع، هشدار عمومی، تعیین جهت انتشار، ایجاد محدوده ایمنی و استفاده از تیم آموزش دیده برای مهار منبع، پایه مدیریت حادثه است.

پس از کنترل منبع، بررسی محیطی باید ادامه یابد. اندازه گیری هوا در مسیر باد، آزمایش آب های سطحی و زهکش ها، مشاهده پوشش گیاهی و ثبت تلفات جانوری به تعیین گستره آسیب کمک می کند. شست و شوی بدون برنامه محل می تواند آلودگی را به فاضلاب یا رودخانه منتقل کند؛ بنابراین آب حاصل از عملیات باید جمع آوری یا خنثی شود.

در روزها و هفته های بعد، نشانه های تاخیری در گیاهان، کاهش جمعیت آبزیان و تغییر کیفیت آب باید پایش شود. ثبت شرایط هواشناسی، مقدار ماده آزاد شده و زمان عملیات برای تحلیل حادثه اهمیت دارد. پایش منظم داده ها، تصمیم گیری را دقیق تر و سریع تر می سازند.

راهکارهای کاهش اثرات زیست محیطی کلر

پیشگیری موثرتر از پاکسازی پس از حادثه است. نگهداری مخازن و خطوط، آشکارساز گاز، شیر قطع اضطراری، تهویه مناسب، جداسازی مواد ناسازگار و آموزش کارکنان احتمال نشت را کاهش می دهد. در حمل و نقل نیز مخزن استاندارد، بررسی مسیر و برنامه واکنش اضطراری ضروری است.

در تصفیه خانه ها، دوز کلر باید بر پایه کیفیت واقعی آب تنظیم شود. اندازه گیری کلر آزاد و کل، کنترل آمونیاک، pH و مواد آلی و انجام کلرزدایی پیش از تخلیه پساب از ورود ماده فعال به زیستگاه جلوگیری می کند. مصرف بیش از حد مواد خنثی کننده نیز درست نیست، زیرا بعضی از آنها می توانند اکسیژن آب را کاهش دهند.

در کشاورزی، آزمایش کلرید آب و خاک، اصلاح زهکشی، آبیاری قطره ای، جلوگیری از پاشش آب شور روی برگ و انتخاب گیاه متناسب با کیفیت آب اهمیت دارد. در مناطق صنعتی، کمربند سبز می تواند بخشی از اثرات پراکندگی را کاهش دهد، اما جای کنترل منبع را نمی گیرد.

استفاده ایمن از کلر به معنای حذف کامل آن نیست. در بسیاری از سامانه های آب، مقدار کنترل شده ماده ضد عفونی کننده برای جلوگیری از رشد میکروبی لازم است. راه درست، مصرف به اندازه، کاهش تماس غیر ضروری، کنترل محصولات جانبی و حفاظت از محل تخلیه است.

نتیجه گیری

اثرات زیست محیطی کلر به شکل شیمیایی، مقدار، مدت تماس و محل ورود آن بستگی دارد. گاز کلر دستگاه تنفسی انسان و جانوران را تهدید می کند و می تواند به پوشش گیاهی آسیب بزند. کلر آزاد و کلرامین موجود در پساب برای ماهی ها، بی مهرگان و مراحل ابتدایی زندگی آبزیان خطرناک است. افزایش کلرید نیز با بالا بردن شوری آب و خاک، رشد گیاهان و تعادل زیست بوم های آب شیرین را مختل می کند.

در کنار این خطرها، کلر ابزار مهمی برای ضد عفونی آب و پیشگیری از بیماری است. مشکل اصلی از کاربرد بی حساب، اختلاط مواد ناسازگار، نشت صنعتی، تخلیه پساب بدون کلرزدایی و نبود پایش ایجاد می شود. مدیریت درست باید از انبار و خط تولید آغاز شود و تا تصفیه پساب، حفاظت از آب و خاک و بررسی سلامت جوامع انسانی و طبیعی ادامه یابد.

با اندازه گیری منظم، آموزش، نگهداری تجهیزات، انتخاب دوز مناسب و واکنش سریع به حادثه می توان از مزایای کلر استفاده کرد و همزمان آسیب به انسان، گیاهان و حیات وحش را به کمترین مقدار رساند.