Çoklu metal ile kirlenmiş toprakların immobilizasyonunda nanozeolit kullanımının araştırılması
Study of using nanozeolite in immobilization of soil contaminated with multimetals
Yazar: HASAN CANKUT ERGÜN
Danışman: PROF. DR. NURCAN KÖLELİ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Kilnoptilolit = Natural zeolite

Özet:
Günümüzde tekli ya da çoklu ağır metal ile kirlenmiş topraklar, tüm dünyadaki en büyük çevre kirliliği sorunlarından biridir. Bu çalışmada, doğal zeolit (klinoptilolit) ve nanozeolitin, Kayseri ili İncesu ilçesinden alınan çoklu metal ile (As, Cd, Pb ve Zn) kirlenmiş toprakların immobilizasyonu ve mobilizasyonu üzerine etkisi incelenmiştir. Nanozeolit Manisa ili Gördes ilçesinden temin edilen doğal zeolitin (klinoptilolit) boyut olarak 100 nm'den daha küçük boyuta (∼41-57 nm) getirilmesi ile elde edilmiştir. İki aşamada laboratuvar koşullarında toprak profilini simüle etmek amacıyla yapılan kolon testleri katkısız toprakta, %3 oranında zeolit katkılı ve %3 oranında nanozeolit katkılı toprakta yapılmıştır. Birinci aşamada yapılan çalışmanın asıl amacı toprağa %3 oranında zeolit ve nanozeolit ilave ederek çoklu metal ile aşırı kirlenmiş toprakta kirleticileri 0,01 M CaCl2 ile immobilize etmektir. İkinci aşamada yapılan çalışmanın amacı ise toprak kolonunda immobilize edilen metallerin yapay yağış ile mobilize olarak yer altı sularına olası geçme riskini öngörmektir. Toprağın doğal pH'sında yapılan çalışmada CaCl2 ile yıkama sonucunda katkısız toprak kolonuna kıyasla zeolit ve nanozeolit uygulamaları yıkama çözeltilerinde büyük değişimlere neden olmamıştır. Bu durum yüksek pH'da metallerin çözünürlüğünün düşük olmasından kaynaklanmaktadır. %3 zeolit ilaveli toprak kolonunda As, Cd, Pb ve Zn için sırayla %85,25; %100; %100 ve %99,75 immobilizasyon verimi elde edilmiştir. Toprak+%3 nanozeolit kolonunda ise immobilizasyon verimleri As için %99,75; Cd için%99,92; Pb için %99,99 ve Zn için %96,59'dur. İmmobilizasyon testlerinin yapıldığı kolon çıkış sularında zeolit ve nanozeolitten kaynaklı yüksek Al, Na ve Ca ölçümleri, çoklu metal immobilizasyonunun esas olarak iyon değişim reaksiyonlarına bağlı olduğunu göstermektedir. Metallerin immobilize edildiği kolonda olası asit yağmurunu simüle etmek için yapay yağış (pH 4,2) ile yapılan testte metal konsantrasyonunun yüksekliğine bağlı olarak en fazla immobilizasyon nanozeolitte gözlemlenmiştir. İmmobilizasyon verimleri As, Cd ve Pb için sırayla katkısız toprak kolonunda %24,60; %77,84; %90,58 ve toprak+%3 zeolit katkılı kolonda %38,46; %83,46; %93,30 olarak tespit edilmiştir. Çinko elementi her iki kolonda da tamamen mobil hale geçmiştir. %3 nanozeolit ilaveli kolonda ise As, Cd, Pb ve Zn için sırayla %100; %100; %99,80 ve %99,32 immobilizasyon verimi elde edilmiştir.

Abstract:
Nowadays, soils contaminated with single or multiple heavy metals are one of the major environmental contamination issues all over the world. In this study, the effect of natural zeolite (clinoptilolite) and nanozeolite on immobilization and mobilization of multi-metal contaminated soil (As, Cd, Pb and Zn), which is taken from Incesu district of Kayseri province was studied. The nanozeolite was obtained by natural zeolite from Gördes district of Manisa province, to a size of less than 100 nm (∼41-57 nm). Column tests were performed in two stages to simulate the soil profile under laboratory conditions in undoped, 3% zeolite doped and 3% nanozeolite doped soils. The main purpose of the first stage study is to immobilize pollutants with 0.01 M CaCl2 in highly contaminated soil by adding 3% zeolite and 3% nanozeolite to the soil. The aim of the second stage of the study is to predict the possible penetration risk of the metals immobilized in the soil columns to groundwater by mobilizing with synthetic precipitation. In the study carried out at the natural pH of the soil, zeolite and nanozeolite treatments were not caused any significant changes in leaching solutions compared to the undoped soil column, after washing with CaCl2. This is due to the low solubility of metals at high pH. The immobilization efficiency of the soil As, Cd, Pb and Zn was obtained as 85.25%; 100%; 100%; 99.75%, respectively in the soil column with 3% zeolite doped. In the soil+3% nanozeolite column, the immobilization efficiencies were 99.75% for As, 99.92% for Cd, 99.99% for Pb and 96.59% for Zn. High Al, Na and Ca measurements of zeolite and nanozeolite in the effluent water of the column where the immobilization tests were performed indicate that the multi-metal immobilization is mainly due to ion exchange reactions. In the test performed by synthetic precipitation (pH 4.2) to simulate a possible acid rain in the columns in which the metals were immobilized, the highest immobilization due to the level of metal concentration was observed in nanozeolite column. The immobilization efficiencies of As, Cd and Pb were obtained 24.60%, 77.84%, 90.58% in the undoped soil column and 38.46%, 83.46%, 93.30% in the 3% zeolite doped soil column for respectively. The zinc element was fully mobile in both columns. In the soil+3% nanozeolite column, the immobilization efficiencies of soil As, Cd, Pb and Zn were determined 100%, 100%, 99.80% and 99.32% recpectively.