Kirlenmiş sediman tabakasının çevresel kirliliğinin izlenme, remediasyon ve arıtım yöntemlerinin araştırılması / Sema Arıman; Danışman Gülfem Bakan
Özet
Sedimanlar ağır metaller için hem taşıyıcı hem de sucul çevrelerde potansiyel kaynak oluşturmaktadır. Ağır metaller, sucul organizmalara önemli toksik etki yapmakta ve daha sonra besin zincirinden geçerek insan sağlığını da etkilemektedir. Bu nedenle, oluşabilecek çevresel riskleri önlemek için, sedimanlarda ağır metallerin; kirlilik seviyeleri, dağılım mekanizmaları ve transformasyonlarının belirlenerek, çeşitli kirlenmiş sedimanlarda iyileştirme ve/veya arıtım çalışmaları yapılarak yöntemlerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu amaçla yürütülen çalışma kapsamında Yeşilırmak, Kızılırmak, Mert ırmağı, Abdal ırmağı ve Kurupelit mevki deniz sediman tabakasında çevresel kirliliğinin öncelikle izlenmesi için sedimanının fizikokimyasal karakteristikleri ve mineralojik analizleri yapılarak toplam metal kirlilik seviyeleri de belirlenmeye çalışılmıştır. Yeşilırmak ve Kurupelit deniz sedimanlarında mevsimsel olarak Toplam Karbon (TK) (9714-17698 mg/kg), Toplam İnorganik Karbon (TİK) (6888-15355 mg/kg) Toplam Organik Karbon (TOK) (2340-2812 mg/kg) seviyeleri düşük, Mert ırmağı sedimanlarında ise TK (57907 mg/kg), TİK (39564 mg/kg) ve TOK (19823 mg/kg) seviyeleri yüksek olarak bulunmuştur. Yeşilırmak, Kızılırmak, Mert ırmağı, Abdal ırmağı ve Kurupelit mevki deniz sediman örneklerinde mevsimsel olarak ağır metal kirlilik seviyesini belirleme ve oluşabilecek etkileri değerlendirilme çalışmaları da yapılmıştır. Ağır metalle kirlenmiş beş örnekleme istasyonunda yapılan toplam ağır metal miktarları, Abdal ırmağı referans örneği ve yerkabuğu r eferans değerlerine göre kıyaslanarak, Yeşilırmak>Kızılırmak>Kurupelit>Abdal ırmağı>Mert ırmağı olarak bulunmuştur. Elde edilen ağır metal analiz sonuçları ile Sediman Kalite Kriter Değerleri (SQC), Sediman Zenginleştirme Faktörleri (SEF ve Igeo), Hedef Değerleri ve Ekolojik Risk İndeksleri hesaplanarak sediman kalite izleme ve değerlendirme çalışmaları da yürütülmüştür. Orta Karadeniz kıyı şeridi deniz ve ırmak sedimanları, zenginleştirme faktörlerine göre; Kurupelit> Mert >Yeşilırmak> Abdal> Kızılırmak sedimanları nispeten önemli derecede “kirlenmiş” (SEF 20-40) olarak bulunmuştur. Diğer örnekleme istasyonlarına göre, özellikle Kurupelit deniz sedimanı, SEF faktörüne göre Cr, Cd, Ni ve Zn metalleri açısından, “ağır kirlenmiş” sediman olarak bulunmuştur. Jeoakümülasyon indeksine göre ise bu örnekleme noktalarında Cd metali miktarlarına göre “ağır kirlenmiş (3-4 Igeo)”, Ni, Zn ve Cr’a göre “ağır kirlilikte orta kirlenmiş (1-3 Igeo)”, Cu seviyelerine göre ise “orta kirlenmiş (1-2 Igeo)” olarak bulunmuştur. Sediman kalite talimatlarına (PEC ve TEC) göre,Yeşilırmak, Abdal, Mert, Kızılırmak ve Kurupelit deniz sedimanlarında, ortalama toplam metal konsantrasyonları, temiz referans sediman örneği ve yerkabuğundaki referans değerleri ile karşılaştırarak, kirlenmiş sedimanlardaki ağır metallerin potansiyel ekolojik etkileri ve çevresel risklerinin belirlenmesi ve değerlendirilmesi çalışmaları yürütülmüştür. Bunlara göre, Yeşilırmak, Abdal, Mert, Kızılırmak ve Kurupelit deniz sediman örneklerinin tümünde ortalama toplam metal konsantrasyonları yüksek seviyelerde olup, toksik etki yaratmaları nedeniyle bu alanlar muhtemelen çevresel açıdan risk taşımaktadır. Bu çalışmanın ana amacında, ağır metal kirliliğinin giderilmesi (Cu, Pb, Cd, Fe, Al, Cr, Cu, Zn, Mn, Sr) için kesikli olarak ardışık ekstraksiyon, potansiyel özütleme ve katı yıkama yöntemleri kullanılarak farklı iyileştirme ve/veya arıtım alternatifleri araştırmıştır. Ardışık ekstraksiyon metoduyla belirlenen değişebilir faz (F1), karbonat fazı (F2), Fe-Mn fazı (F3), karbonat fazı (F4) ve kalıntı fazında (F5), metallerin hareketliliğine bağlı olarak, toplam içeriğine göre sedimandan ağır metallerin giderimi: Kalıntı> Fe-Mn oksidasyon> organik> karbonat>değişebilir fazlar olduğu belirlenmiştir. Al, Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn, Mn ve Sr metallerinin herbirinin, toplam metal içeriğine göre, %83-127 Kızılırmak, %92-123 Mert ırmağı, % 83-112 Kurupelit deniz mevki, %84-106 Yeşilırmak ve %91-105 Abdal ırmağı sedimanlarından ağır metal giderimi sağlanmıştır Potansiyel Özütleme Yönteminde ise metallerin hareketliliğine bağlı olarak, toplam içeriğine göre sediman tabakasından ağır metallerin giderimleri; Cu>Ni>Cd>Cr>Zn>Mn>Sr>Al>Fe sırasında olduğu belirlenmiştir. Kirlenmiş sedimanlardan ağır metallerin giderilmesi, katı yıkama/ekstraksiyon yöntemi laboratuarda kesikli ve sürekli sistemde kolon çalışması uygulanarak (0.1M Na2S2O5 ve 0.01 M Na2EDTA karışımı) ağır metal giderim çalışmaları yapılmıştır. Kesikli sistemde katı yıkama/ekstraksiyon yöntemi uygulanarak, ağır metallerin giderim oranları, toplam metal içeriğine ve Na2EDTA ile kompleks oluşturma etkisine göre :Cu> Ni> Zn>Pb >Mn >Fe >Al olarak, sürekli sistemde ise, Mn >Cu> Ni> Zn>Fe >Al olarak bulunmuştur. Sonuç olarak, kirlenmiş sedimanlardan ağır metal kirliliğinin iyileştirilmesi ve/veya giderilmesi için metallerin hareketlililiği ve sedimanın mineralojik yapısına bağlı olarak, toplam metal içeriğine göre, %95-110 oranında ardışık ekstraksiyon yöntemi ile %1-81 potansiyel özütleme yöntemi ve %1-43 katı yıkama/ekstraksiyon yöntemi ile ağır metal giderimi sağlanmıştır. Bu çalışmada, Temel Bileşen Analizi (PCA) ve Hiyerarşik Gruplandırma Analizi (CA) araştırılan kirletici kaynakları (Al, Fe, Cu, Cr, Cd, Zn, Ni, Pb, Mn ve Sr metalleri) için ve/veya örneklerin değişkenler arasındaki gizli ilişkilerini açıklamak için kullanılmıştır. PCA ve CA analizleri ile yapılarak, sedimanın fizikokimyasal parametreleri ve ağır metal konsantrasyonları arasında çift korelasyon analizi gerçekleştirilerek, ağır metallerin farklı kaynakları belirlenmeye çalışılmıştır. Bütün metaller arasında nispeten pozitif ilişki (Al hariç) vardır ve bu metallerin bazısı %95 ve/veya daha yüksek güven aralığında önemlidir. Bu çalışmada ağır metaller, bazı alt gruplara ayrılarak, 3 ana kaynağa ayrılmıştır. Alüminyum, yerkabuğunun doğal bileşeninde, Pb, Zn ve Cr endüstriyel kaynaklı, Ni, Cu ve Cd metalleri ise evsel endüstriyel kaynaklı olduğu belirlenmiştir.