Konya ilinde taş ocaklarından kaynaklanan atmosferik çöken tozun toksik etkisinin araştırılması
Investigation of the toxic effect of atmospheric settled dust originating from stone quarries in Konya province
Yazar: ALİ ÇANKAYA
Danışman: DOÇ. DR. GÜLNİHAL KARA
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Taşocağı faaliyetlerinin toz/partikül kirliliği başta olmak üzere birçok çevresel etkilere neden olduğu düşünülmektedir. Bu araştırma Konya ilinde 75 tane faaliyet gösteren taşocaklarının 10 tanesinin bulunduğu çoklu taşocağı alanında gerçekleştirilmiştir. Partikül (Bulk-TSP) ve kar örnekleri çoklu taşocağı alanına yaklaşık 0.36 km mesafeden, rüzgâr faktörü ile kirlenmenin taşındığı ve kötü etkilediği mesken bölgesinden ve kentsel arka plan alanından eş anlı toplanmıştır. pH, iletkenlik, toplam ekstrakte edilebilir organik madde, katı madde fraksiyon, ağır metal ATR – FTIR ve GC-MS analizleri standart tekniklere göre gerçekleştirilmiştir. Toplam depolama sırasıyla taşocağı alanında, mesken ve arkaplanda 145.086, 58.159 ve 3.472 mg/m2-gün dür. Örnekleme peryodu için taş ocağı alanında toplam depolanan toz arka plana göre 41.7 kat artmış 52.9 g/m2-yıl'a yükselmiştir. Mesken bölgesinde ise arka plandan 14.67 kat yüksek toz depolandığı belirlenmiştir. Çalışma arka plan toplam depolama tozunun yüksek organik madde içeriğine (%40 suda çözünmeyen ve %33 suda çözünen) taş ocağı alanının ise yüksek inorganik içeriğe (% 88,05 suda çözünmeyen ve %7,463 suda çözünen) sahip olduğunu göstermiştir. Mesken bölgesinde ise toplam depolama tozu %33,68 suda çözünmeyen, %16 suda çözünür organik madde içermektedir.
Taşocağı ve arka plan alanında toplam solunabilir partikül madde (TSP) sırasıyla 599,964 ve 31,890 µg/m3 olarak belirlenmiştir. Taş ocağı alanı bulk örneğinin pH'ı arka plan bulk örneğinden daha yüksek (taş ocağı 8.17, arka plan 7,39) zayıf alkali karakterdedir. Taş ocağı ve arka plan bulk örneklerinin iletkenlik değerleri sırasıyla 348 ve 202,5 uS/cm dir. Bulk örneklerinin çözünmeyen fraksiyonunda makro elementler sırasıyla taş ocağı alanında (ug/g) Ca2+> Na+> Mg2+> K+> P+> Mn iken arka plan da Ca2+> Mg2+> P+> Na+> K+> Mn ve Mesken bölgesinde Ca2+> Na+>K+> P>Mg2+> Mn şeklindedir. P ve Na bulk ve TSP örneğinde farklı sıralamaya sahipti (Mesken bölgesi TSP- Ca2+>P>Na+>K+>Mg2+> Mn). Toksik elementler bulk örneğinin çözünmeyen fraksiyonunda ve TSP'de benzer eğilimler sergilemiştir (Mesken TSP ve Bulk -As> Pb> Ni> Co> Cd). Pb ve As arka plan bulk ve taşocağı bulk/TSP örneklerinden farklı sıralamaya sahipti (Arka plan bulk- Pb> As> Ni> Co> Cd). Bulk örneklerinin çözünmeyen fraksiyonunda Mikro elementler ise sırasıyla taş ocağı alanında Zn, Cu, Ba, Mn, Cr,Se, Mo, Al iken arka plan da Zn, Ba,  Cu, Mn, Se,  Al, Cr, Mo  mesken bölgesinde Zn> Ba> Mn> Cu> Cr>Mo>Se>Al şeklindedir. Se ve Mo bulk ve TSP örneğinde farklı sıralamaya sahipti (mesken bölgesi TSP- Zn, Ba, Mn, Cu, Cr, Se, Al, Mo). Zn tüm örneklerde en yüksek belirlenen mikro element olmuştur.
Çalışma da taş ocağı tozunun ve arka plan (Kampüs) tozunun infrared (FTIR) spektrumunda farklı 2 gerilme belirlenmiş olsa da benzer spektrum verdiği gözlenmiştir. ATR – FTIR spektrumları incelendiğinde amin (1625 cm− 1), konjuge karbonil (1630 cm-1), karbonil (1720 cm-1), konjuge metil (2920 cm-1), arka planda fenol ve karboksil gruplarının (3400 cm-1) asbest, kaolinit gibi silikatların (Si-O, 800 cm-1), kalsit (709, 871 ve 1400 cm-1), kuvars (1033, Si-O-Si) ve siloksanların (1033 cm-1 Si-O-Si, 1265 (Si-(CH3)2)), aldehitlerin (1710 cm-1 ve 2720 cm-1), sülfonik asitlerin (S=O 1200-1300 cm-1 ve 3600 cm-1),  esterlerin (1710 cm-1),  alkanların (2920-2850 cm-1) ve arka planda karboksilik asitlerin (3500 - 2500 cm-1) varlığını göstermiştir. GC-MS analiz sonuçları incelendiğinde arka plan-TSP örneği dışındaki örnekler benzer bir moleküler parmak izi göstermiştir. Mesken bölgesi toz örneğinde oldukça büyük pik alanları gözlenmiştir. En yüksek sinyaller silane hidrokarbon grubu sınıfında (8 bileşik) belirlenmiştir. Alkan gurubunda (2 bileşik) eicosane, heneicosane phthalate grubunda Bis(2-ethylhexyl) phthalate ve Dibutyl phthalate (2 bileşik), fenol grubunda phenol, 2,4-bis(1-phenylethyl) -(1 bileşik), karboksilik asit grubunda (1,2-benzenedicarboxylic acid ve hexadecanoic acid (2 bileşik) belirlenmiştir. Karboksilik asit ve phthalate grubu sadece arka plan-toz örneğinde belirlenmiştir. Çöken toz ve partikül örneklerinin toksikliğini değerlendirme de Lepidium Sativum'un kullanıldığı fitotoksisite testleri kullanılmıştır. Köyiçi inorganik, taş ocağı çözünmüş inorganik ekstraktlarında ve arka plan TSP organik, Köyiçi toz organik, arka plan toz organik ekstraktlarında büyümeyi engelleyici etki olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The research suggests that quarrying activities lead to various environmental impacts, primarily including dust/particulate pollution. This study was conducted in a region with multiple quarry sites, where 10 out of the 75 operating quarries in Konya province are located. Particle (Bulk-TSP) and snow samples were collected simultaneously from an approximate 0.36 km distance to the multiple quarry site, where the influence of wind-borne contamination was transported and negatively affected the residential area, as well as the urban background area.  pH, conductivity, total extractable organic matter, solid matter fraction, heavy metal ATR – FTIR, and GC-MS analyses were conducted according to standard techniques. The total depositions are 145.086, 58.159, and 3.472 mg/m2-day in the quarry area, residential area, and background area, respectively.
During the sampling period, the total deposited dust in the quarry area increased by 41.7 times compared to the background, reaching 52.9 g/m2-year. In the residential area, it was determined that there is a 14.67-fold increase in deposited dust compared to the background. The study indicated that the background total deposited dust has a high organic content (40% insoluble in water and 33% soluble in water), whereas the quarry area has a high inorganic content (88.05% insoluble in water and 7.463% soluble in water). In the residential area, the total deposited dust contains 33.68% insoluble in water and 16% water-soluble organic matter.
The total respirable particulate matter (TSP) in the quarry area and background area were determined to be 599.964 µg/m3 and 31.890 µg/m3, respectively. The pH of the quarry area bulk sample is higher than that of the background bulk sample (quarry: 8.17, background: 7.39), indicating a weakly alkaline nature. The conductivity values of the quarry and background bulk samples are 348 µS/cm and 202.5 µS/cm, respectively. In the insoluble fraction of the bulk samples, the macroelements in the quarry area are as follows (µg/g): Ca2+ > Na+ > Mg2+ > K+ > P+ > Mn. In the background area, the sequence is Ca2+ > Mg2+ > P+ > Na+ > K+ > Mn. In the residential area, the order is Ca2+ > Na+ > K+ > P > Mg2+ > Mn. In the residential area, the order for the TSP samples is Ca2+ > P > Na+ > K+ > Mg2+ > Mn, which is different from the bulk samples' sequence. Toxic elements exhibited similar trends in both the insoluble fraction of the bulk samples and the TSP samples in the residential area (residential TSP and bulk - As > Pb > Ni > Co > Cd). For the background bulk samples, the order is Pb > As > Ni > Co > Cd, which differs from the sequence in the quarry bulk/TSP samples. In the insoluble fraction of the bulk samples, the order of microelements in the quarry area is: Zn, Cu, Ba, Mn, Cr, Se, Mo and Al. In the background area, the sequence is Zn, Ba, Cu, Mn, Se, Al, Cr and Mo. In the residential area, the order is Zn > Ba > Mn > Cu > Cr > Mo > Se > Al. In the residential area, the sequence for TSP samples is Zn, Ba, Mn, Cu, Cr, Se, Al, Mo. Zn has been identified as the highest detected microelement in all samples.
In the study, although two distinct vibrations were identified in the infrared (FTIR) spectrum of the quarry dust and background dust, it was observed that they exhibited similar spectra. Upon examining the ATR – FTIR spectra, the presence of various functional groups was identified: amine (1625 cm−1), conjugated carbonyl (1630 cm-1), carbonyl (1720 cm-1), conjugated methyl (2920 cm-1), phenol and carboxyl groups in the background (3400 cm-1), silicates like asbestos and kaolinite (Si-O, 800 cm-1), calcite (709, 871, and 1400 cm-1), quartz (1033, Si-O-Si), siloxanes (1033 cm-1 Si-O-Si, 1265 (Si-(CH3)2)), aldehydes (1710 cm-1 and 2720 cm-1), sulfonic acids (S=O 1200-1300 cm-1 and 3600 cm-1), esters (1710 cm-1), alkanes (2920-2850 cm-1), and carboxylic acids in the background (3500 - 2500 cm-1). Upon analyzing the GC-MS results, it was observed that the samples, except for the background-TSP sample, exhibited a similar molecular fingerprint. Significantly large peak areas were observed in the residential area dust sample. The highest signals were identified in the silane hydrocarbon group (8 compounds) in the residential area dust sample. In the alkane group (2 compounds), eicosane and heneicosane were detected. In the phthalate group, Bis(2-ethylhexyl) phthalate and Dibutyl phthalate (2 compounds) were found. Phenol was identified in the phenol group, and 2,4-bis(1-phenylethyl) was detected as well (1 compound). In the carboxylic acid group, 1,2-benzenedicarboxylic acid and hexadecanoic acid (2 compounds) were identified. Carboxylic acid and phthalate groups were identified only in the background-dust sample. Phytotoxicity tests using Lepidium sativum (garden cress) were employed to assess the toxicity of settled dust and particulate samples. In the rural inorganic, quarry dissolved inorganic extract, and background TSP organic samples, as well as rural dust organic and background dust organic extracts, inhibitory effects on growth were observed.