Çoklu metal (Cd, pb, zn) ile kirlenmiş toprakların fitoremediasyon ve immobilizasyonla arıtımında zeolit, nanozeolit ve edds uygulamasının etkisi ve sağlık risk analizi
The effect of zeolite, nanozeolite and edds application on the treatment with phytoremediation and immobilization of contaminated soils by multiple metal (Cd, pb, zn) and the health risk analysis
Yazar: ALİ ÇİFTÇİ
Danışman: PROF. DR. NURCAN KÖLELİ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Toprağın yapısı insan aktiviteleri sonucunda hızla kirletilerek bozulmakta ve toprak kirliliği çevresel bir problem haline gelmektedir. Toprakları kirleten en önemli kirleticiler arasında ağır metaller yer almaktadır. Topraktan ağır metalleri gidermek için fitoremediasyon gibi yöntemler kullanılmaktadır. Son yıllarda gelişen teknoloji ile farklı yöntemler birlikte kullanılarak topraktan kirleticilerin giderimi sağlanmaktadır. Bu çalışmada Kayseri İli, İncesu İlçesinden çoklu metalle (Cd, Pb ve Zn) kirlenmiş alandan alınan topraklar kullanılarak 8 kg'lık saksılarda yabani hint yağı bitkisi (Ricinus communis) yetiştirilmiştir. Yabani hint yağı bitkisi kullanılarak, fitoremediasyon ve immobilizasyon teknikleri kombine edilmiş, çoklu metalle (Cd, Pb ve Zn) kirlenmiş toprakların zeolit ve nanozeolit uygulaması ve etilen diamin disüksinik asit (EDDS) ilavesiyle yerinde (in situ) arıtılabilirliği araştırılmış ve potansiyel kanser/kanser dışı sağlık riskleri hesaplanmıştır. Çoklu metallerin immobilizasyonu için doğal zeolit (klinoptilolit) ve bu zeolitten elde edilen nanozeolit (nanoklinoptilolit) Manisa İli, Gördes İlçesinden temin edilmiştir. Nanozeolit Dinamik Mikronize Teknolojisi (DMT) A.Ş. tarafından geliştirilen DMT markalı 15/16C model cihaz ile öğütülerek nano (< 10-9) boyuta getirilmiştir. Zeolit ve nanozeolitin çoklu metal immobilizasyonuna etkisini kıyaslamak amacıyla 8 kg'lık saksılardaki topraklara % 3 oranında ilave edilmiştir. Zeolit ve özellikle de nanozeolit ile çoklu metallerin immobilizasyonunun sağlandığı tespit edilmiştir. Yabani hint yağı bitkisinin fitoremediasyon kapasitesini ve çoklu metallerin mobilitesini artırmak amacıyla topraklara EDDS (0 ve 10 mM) ilave edilmiştir. Yaklaşık üç aylık bir büyüme döneminde yetiştirilen yabani hint yağı bitkilerinde fenolojik gözlemler yapılmıştır. Yabani hint yağı bitkilerinin yeşil aksamlarında klorofil içerikleri, çoklu metal (Cd, Pb ve Zn) alımları, fitoekstraksiyon kapasitesi (tolerans indeksi (Tİ) ve biyokonsantrasyon faktörü (BKF)) belirlenmiştir. Zeolit ve nanozeolit içeren topraklarda EDDS ilavesiyle yabani hint yağı bitkilerinde Cd, Pb ve Zn alımı büyük ölçüde artmıştır. Yüksek çoklu metal derişimlerinde yabani hint yağı bitkilerinin yeşil aksamı azdan çoğa doğru Zn>Cd>Pb metallerini biriktirmiştir. Yabani hint yağı bitkilerinin Tİ değerlerinin yüksek olmasına rağmen BKF değerlerinin 1'den küçük olması yabani hint yağı bitkilerinin Cd, Pb ve Zn ile kirlenmiş toprakların fitoekstraksiyonunda kullanılamayacağını göstermektedir. Toprak ve yabani hint yağı bitkisinden elde edilen analiz sonuçları kullanılarak Toprak Kirliliğinin Kontrolü ve Noktasal Kaynaklı Kirlenmiş Sahalara Dair Yönetmelik kapsamında kanser ve kanser dışı sağlık riskleri hesaplanmıştır. Yapılan risk analizi değerlendirmesi sonucunda tarım işçileri, yerleşik yetişkin ve çocuk ile potansiyel yabani hint yağı bitkisi tüketebilecek insanlar için kanser dışı sağlık risklerinin 1'den büyük olması nedeniyle çalışılan alan, temizleme gerektiren "kirlenmiş saha" olarak tespit edilmiştir.

Abstract:
The structure of the soil is rapidly degraded as a result of human activities, and therefore soil contamination becomes an environmental problem. Heavy metals are among the most important contaminants that pollute the soil. Methods such as phytoremediation are used to remove heavy metals from the soil. With the developing technology in recent years, different methods are used together to remove pollutants from soil. In this study, castor oil plant (Ricinus communis) was grown in 8 kg of pots in the soil taken from multi metal (Cd, Pb and Zn) contaminated area from Incesu district of Kayseri. Using castor oil plant, phytoremediation and immobilization techniques have been combined, the in situ treatment of soils contaminated with multiple metals (Cd, Pb and Zn) with the addition of zeolite, nanozeolite and ethylenediaminedisuccinic acid (EDDS) was istudied and potential cancer/non-cancer health risks were calculated. For the immobilization of multi metals, natural zeolite (clinoptilolite) and nanozeolite (nanoclinoptilolite) were obtained from Gordes district of Manisa province. Nanoclinoptilolite has been grinded via a DMT 15/16 C branded device developed by the Dynamic Micronized Technology (DMT) Coorporation Company, and brought to nano (< 10-9) size. In order to compare the effects of zeolite and nanoclinoptilolite on multi metal immobilization, they were added to the soil in 8 kg of pots at a rate of 3%. It has been determined that it provides immobilization of multi metals with zeolite, especially with nanoclinoptilolite. Ethylenediaminedisuccinic acid (0 and 10 mM) was added to soils in order to increase the phytoremediation capacity of the castor oil plant and the mobility of multi metals. Phenological observations were made in castor oil plants for a growing period of about three months. Chlorophyll content, multi-metal (Cd, Pb and Zn) uptakes, phytoextraction capacity (tolerance index (TI) and bioconcentration factor (BCF)) in castor oil plants were determined. Cadmium, Pb and Zn uptake in castor oil plants has been greatly increased with the addition of EDDS in soils containing zeolite and nanozeolite. The green parts of castor oil plants at high multi metal concentrations accumulated Zn>Cd>Pb metals in a decreasing order. Although the TI values of castor oil plants are high, the BCF values  less than 1 indicate that castor oil plants cannot be used in the phytoextraction of soils contaminated with Cd, Pb and Zn. Cancer and non-cancer health risks were calculated within the scope of Regulation on Soil Pollution Control and Point Source Contaminated Sites using the analysis results obtained from soil and castor oil plants. As a result of the risk analysis assessment, the area studied was identified as a "contaminated site" that requires treatment, since the non-cancer health risks are greater than 1 for agricultural workers, adult and child residents and people who may consume potential castor oil plants.