Kangal Termik Santrali çevresindeki yüzey toprağındaki ağır metal kirliliğinin ve asitleşmenin ekolojik açıdan değerlendirilmesi
Ecological assessment of heavy metal pollution and acidification in surface soil around Kangal Lignite-Burning
Yazar: AHMED M KHALIFA GARAD
Danışman: PROF. DR. ŞEREF TURHAN
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Linyit kömürü, çok bulunması, yerli ve ekonomik olması sebebiyle Türkiye'nin elektrik enerjisi üretiminde önemli bir enerji kaynağıdır. Ancak linyit kömürünün termik santrallerinde yakıt olarak kullanılması, asit gazları (SO2, SO3, NO ve NO2) ve uçucu külün üretilmesi gibi büyük çevresel problemlere yol açmaktadır. Uçucu külün içerdiği ağır metaller, insan sağlığı, toprak ve su ekosistemi için potansiyel risklere sahiptir. Bu yüzden, kömür yakıtlı termik santrallerinin çevresindeki tarımsal toprağın asitleşmesinin ve ağır metal kirliliğinin araştırılması büyük önem arz etmektedir. 

Bu çalışmada, linyit kömür yakıtlı Kangal Termik Santrali çevresinden toplanan 140 adet yüzey toprak örneğinin metal derişimleri, topraktaki kirlilik seviyesini belirlemek amacıyla enerji dağılımlı X-ışını flüoresans spektrometresi kullanılarak analiz edildi. Toprak örneklerinin pH değerleri, toprağın asitleşmesini değerlendirmek için ölçüldü.  Toprak örneklerinde analiz edilen demir (Fe), alüminyum (Al), titanyum (Ti), mangan (Mn), krom (Cr), nikel (Ni), stronsiyum (Sr), çinko (Zn), zirkonyum (Zr), kobalt (Co), rubidyum (Rb), bakır (Cu), kurşun (Pb), arsenik (As), kalay (Sn) ve cıva (Hg) metalinin ortalama derişimi, sırasıyla 39064,8 ± 430,7 mg/kg, 37813,9 ± 1134,3 mg/kg, 2261,7 ± 62,4 mg/kg, 720,8 ± 10,0 mg/kg, 713,2 ± 19,9 mg/kg, 610,1 ± 16,8 mg/kg, 410,8 ± 14,4 mg/kg, 81, ± 3,1 mg/kg, 65,3 ± 2,2 mg/kg, 63,9 ± 1,6 mg/kg, 34,5 ± 1,0 mg/kg, 28,8 ± 0,3 mg/kg, 17,0 ± 0,6 mg/kg, 9,0 ± 0,8 mg/kg, 3,3 ± 0,1 mg/kg ve 1,7 ± 0,1 mg/kg olarak ölçüldü. Genel olarak hâkim rüzgâr yönünden alınan toprak örneklerinin metal derişimleri, diğerlerine göre daha yüksek bulundu. pH değerleri, ortalama değeri 8,0 ± 0,1 (orta derecede alkali) olmak üzere 7,5 (hafif alkali) – 8,2 (orta derecede alkali) aralığında bulundu.

Jeoakümülasyon indisi (IGA), zenginleşme faktörü (EF),  kirlilik faktörü (CF), kirlilik derecesi (CD), uyarlanmış kirlilik derecesi (mCD) ve kirlilik yükü indisi (IPL) gibi ekolojik risk parametreleri veya göstergeleri, her bir toprak örneğindeki kirliliği değerlendirmek için hesaplandı. IGA, EF ve CF sonuçları, araştırılan alanın Cr, Ni ve Hg ile aşırı derecede veya yüksek seviyede kirlendiğini ortaya çıkardı. IPL ortalama değeri, toprak örneklerinin ağır metaller ile kirlendiğini ve mCD ortalama değeri ise toprak örneklerinin ağır metaller ile orta seviyede kirlendiğini gösterdi.

Abstract:
Lignite coal is an important energy source in Turkey's electrical energy production due to the available in abundance, domestic and economic. However, the use of lignite coal as fuel in thermal power plants leads to major environmental problems such as the generation of acid gases (SO2, SO3, NO and NO2) and fly ash. Heavy metals contained in fly ash have potential risks for human health and soil and water ecosystems. Therefore, it is of great importance to study the heavy metal contamination and acidification of agricultural soil around the coal-fired thermal power plants. 

In this study, the heavy metal concentrations of 140 surface soil samples from the area around the Kangal lignite-fired thermal power plant were analysed by using energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer to assess the contamination level of soils. pH values of soil samples were determined to assess the acidification of soils. The average concentration of iron (Fe), aluminium (Al), titanium (Ti), manganese (Mn), chromium (Cr), nickel (Ni), strontium (Sr), zinc (Zn), zirconium (Zr), cobalt (Co), rubidium (Rb), copper (Cu), lead (Pb), arsenic (As), tin (Sn) and mercury (Hg) metal analysed in soil samples were measure as 39064.8±430.7 mg/kg, 37813. 9± 1134.3 mg/kg, 2261.7 ± 62.4 mg/kg, 720.8 ± 10.0, 713.2 ± 19.9, 610.1 ± 16.8, 410.8 ± 14.4, 81.8 ± 3.1, 65.3 ± 2.2, 63.9 ± 1.6, 34.5 ± 1.0 mg/kg, 28.8 ± 0.3 mg/kg, 17.0 ± 0.6 mg/kg, 9.0 ± 0.8 mg/kg, 3.3 ± 0.1 mg/kg and 1.7 ± 0.1 mg/kg, respectively. In general, the metal concentrations of the soil samples taken from dominant wind direction were higher than the others. The values of pH varied from 7.5 (slightly alkaline) to 8.2 (moderately alkaline) with an average value of 8.0 ± 0.1 (moderately alkaline). 

Ecological risk parameters or indicators such as the geo-accumulation index (IGA), enrichment factor (EF), contamination factor (CF), contamination degree (CD), modified contamination degree (mCD), and pollution load index (IPL) were estimated to assess the heavy metal soil contamination of each soil sample. The IGA, EF and CF results reveal that the study area are heavily or very highly contaminated with Cr, Ni and Hg. Based on the IPL value, the soil samples are polluted with heavy metals. However, the mCD indicates a moderate heavy metal contamination of the soil samples.