Orta Karadeniz kıyılarında kirlenmiş sediman ortamlarında ekotoksikolojik olarak ağır metal kirliliğinin araştırılması
Investigation of ecotoxicological heavy metal pollution in contaminated sediment environments in the Middle Black Sea coast
Yazar: ARİFE ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. GÜLFEM BAKAN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Karadeniz suları, ciddi ekotoksikolojik etkilere yol açan kara kökenli kirleticilerin doğrudan ve dolaylı deşarjı gibi farklı kaynaklardan (endüstriyel, tarımsal ve özellikle madencilik atıkları) gelen bir dizi kirleticiden büyük ölçüde etkilenmektedir. En önemli kirletici gruplarından biri de ağır metallerdir. Ağır metaller, diğer kirleticilerden farklı olarak, biyolojik olarak parçalanamazlar ve zamanla biyota içinde birikebilirler. Karadeniz giderek artan endüstrileşmeye ve kıyı yerleşimlerine bağlı olarak zehirli endüstriyel atıklar ve evsel atıklardan dolayı da gün geçtikçe daha çok kirlenmekte ve tehdit altına girmektedir. Bu nedenle Karadeniz'in yüzey suyu ve sediman kalitesinin belirlenmesi ve iyileşme sağlamak amacıyla ekolojik, toksikolojik, mevsimsel ve mekansal boyutta incelenmesi gerekmektedir. Sucul ortamın ağır metallerle kontaminasyon seviyeleri su, sedimanlar ve sucul canlıların analiz edilmesiyle tahmin edilebilir. Bu amaçla bu tez çalışmasında Orta Karadeniz Bölgesi Kızılırmak, Engiz Çayı, Mert Irmağı, Abdal Irmağı ve Yeşilırmak olarak seçilen beş örnekleme noktasında çevresel kirlilik boyutlarının değerlendirilmesi için alınan su numunelerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri, sediman numunelerinin fizikokimyasal karakteristiklerinin yanı sıra ağır metal içerikleri analiz edilmiş ve ekotoksikolojik olarak Tubifex tubifex canlı dokusundaki metal birikimi değerlendirilmeye çalışılmıştır. Su kalitesini belirlemek için pH, elektriksel iletkenlik (EC), çözünmüş oksijen (ÇO), redoks potansiyeli (ORP), sıcaklık, tuzluluk, toplam çözünmüş madde (TÇM), askıda katı madde (AKM), toplam azot (TN), toplam fosfor (TP), kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ve toplam organik karbon (TOK) analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçları Yerüstü Su Kalitesi Yönetmeliği'ne (YSKY) göre değerlendirildiğinde pH tüm örnekleme noktalarında 6-9 olan YSKY değerleri aralığındadır. ÇO en yüksek 10.19 mg/l olarak Kızılırmak örnekleme noktasında, en düşük  4.09 mg/L olarak Yeşilırmak örnekleme noktasındadır. TN (5.78 mg/L), TP (1.28 mg/L), KOİ (231.2 mg/L) ve TOK (3.62 mg/L) sonuçları incelendiğinde Yeşilırmak örnekleme noktası diğer örnekleme noktalarına göre en yüksek içeriğe sahiptir ve genel olarak III. ve IV. kalite su özelliği göstermektedir. Sediman numuneleri mevsimsel ortalama olarak  -84.8 mV ve -18.3 mV aralığında anoksik sediman özelliği göstermektedir. Sediman partikül boyutuna göre ise Kızılırmak (T1) örnekleme noktası sedimanı en yüksek % 33.15 ile, Engiz Çayı (T2) örnekleme noktası % 23.73 ile kaba kum, Mert Irmağı (T3) % 47.13 çok ince kum, Abdal Irmağı (T4) % 20.64  silt ve Yeşilırmak (T5) örnekleme noktası % 26.14 ince kum özelliği göstermektedir. Sedimanda ağır metal kirlilik belirleme analizlerinde ise Pb, Ni, Zn, Cr, Cd, Cu ağır metal konsantrasyonları mg/kg olarak sediman kalite klavuzu (SQG) değerlerine göre değerlendirilmiştir. Değerlendirme sonuçlarına göre krom (Cr) metali mevsimsel ortalamalarda Kızılırmak 206.75 mg/kg, Engiz Çayı 201.75 mg/kg, Mert Irmağı 176.5 mg/kg, Abdal Irmağı 202 mg/kg ve Yeşilırmak 189 mg/kg değerleri ile 90 mg/kg olan  PEL, 37.3 mg/kg olan TEL, 26 mg/kg olan LEL, 55 mg/kg olan  MET ve 100 mg/kg olan TET etki seviyelerinin üzerinde olduğu belirlenmiştir. Örnekleme noktalarının ağır metal kirlilik derecelerine göre çok kirliden az kirliye olacak şekilde Yeşilırmak > Kızılırmak > Abdal Irmağı > Engiz Çayı > Mert Irmağı olarak sıralanmaktadır. Bir sonraki aşamada toksikolojik olarak ağır metal kirliliğinin belirlenmesi için Uçucu asit sülfit (UAS) – Aynı anda ayrıştırılabilen metaller (SEM) çalışması yürütülmüştür. Beş farklı örnekleme noktasından alınan örneklerin % 60 ında ∑SEM–UAS < 0 olarak, % 40 ında ∑SEM– UAS > 0 olarak bulunmuştur. Buna göre örneklerin % 60 ında toksisite kontrol edilebilir seviyede bulunmaktadır. Çalışmanın son aşamasında ise ekotoksikolojik olarak ağır metal kirliliğinin canlı dokusundaki birikimini değerlendirmek için Amerikan Test ve Malzeme Kurumu (ASTM) tarafından biyodeneylerde kullanılması önerilen Tubifex tubifex canlısı ile 28 günlük toksisite testi çalışması yürütülmüştür. T.tubifex in yaşama ve üreme süreci kontrol edilmiştir ve test başlangıcında test kavanozlarına eklenen 4 er adet T.tubifex in  test sonunda yaşamaya devam ettiği gözlemlenmiştir. Üreme açısından değerlendirildiğinde en yüksek üremenin ağır metal içeriğinin en düşük olduğu Mert Irmağı örnekleme noktasında 14.33±2.52 olarak belirlenmiştir. Ağır metal birikiminin tespiti için biyoakümülasyon faktörü (BAF) hesaplanmış ve en çok depolanan metallerin sırasıyla Cu > Zn > Ni > Pb olduğu belirlenmiştir.
Mayıs 2020, 143 sayfa
Anahtar kelimeler: Ağır metal, Ekotoksikoloji, Karadeniz, Tubifex tubifex, UAS-SEM

Abstract:
The Black Sea waters are heavily influenced by a number of pollutants originating from different sources (industrial, agricultural and especially mining waste), such as direct and indirect discharge of land-based pollutants that cause serious ecotoxicological effects. One of the most important pollutant groups is heavy metals. Heavy metals, unlike other pollutants, are not biodegradable and can accumulate in the biyota over time. Due to the increasing industrialization and coastal settlements, the Black Sea is becoming more and more polluted due to toxic industrial wastes and domestic wastes. Therefore, in order to determine the surface water and sediment quality of the Black Sea and to improve it, it is necessary to examine in ecological, toxicological, seasonal and spatial dimensions. Contamination levels of the aquatic environment with heavy metals can be estimated by analyzing water, sediments and aquatic organisms. For this purpose, in this thesis, the physical and chemical properties of the water samples taken in five sampling points selected as Kızılırmak, Engiz Stream, Mert River, Abdal River and Yeşilırmak in the Mid-Black Sea Region, in addition to the physicochemical characteristics of sediment samples, heavy metal contents were analyzed and metal accumulation in T. tubifex living tissue was tried to be evaluated ecotoxicologically. For determine water quality, pH, electrical conductivity (EC), dissolved oxygen (DO), redox potential (ORP), temperature, salinity, total dissolved substance (TDS), suspended solids (SS), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), chemical oxygen demand (COD) and total organic carbon (TOC) analyzes were performed. When the results of the analysis are evaluated according to the Surface Water Quality Regulation (SWQR), the pH is in the range of SWQR values that are 6-9 at all sampling points. The highest DO concentration is 10.19 mg/L at the Kızılırmak sampling point and the lowest is 4.09 mg/L at Yeşilırmak sampling point. When the results of TN (5.78 mg/L), TP (1.28 mg/L), COD (231.2 mg/L) and TOC (3.62 mg/L) are examined, Yeşilırmak sampling point is compared to other sampling points and it has the highest content and generally III. and IV. class water quality fetaure. Sediment samples show an anoxic sediment feature in the range of -84.8 mV and -18.3 mV on a seasonal average. According to sediment particle size, Kızılırmak (T1) sampling point is highest with 33.15% sediment, Engiz Stream (T2) sampling point with 23.73% coarse sand, Mert River (T3) 47.13% very fine sand, Abdal River (T4) 20.64% silt and Yeşilırmak (T5) sampling point shows 26.14% fine sand. In the analysis of heavy metal pollution at sediments, Pb, Ni, Zn, Cr, Cd, Cu heavy metal concentrations were evaluated as mg/kg according to the sediment quality guideline (SQG) values. According to evaluation results, seasonal averages of chromium (Cr) metal values with Kızılırmak 206.75 mg/kg, Engiz Stream 201.75 mg/kg, Mert River 176.5 mg/kg, Abdal River 202 mg/kg and Yeşilırmak 189 mg/kg; It was determined that it was above the effect levels of which is PEL of 90 mg/kg; TEL with 37.3 mg/kg; LEL 26 mg/kg; 55 mg/kg MET and 100 mg/kg TET. It is listed as Yeşilırmak > Kızılırmak > Abdal River > Engiz Stream > Mert River according to the heavy metal pollution degree of the sampling points. In the next step, Acid volatile sulfide (AVS) - Simultaneously extractable metals (SEM) study was carried out to determine toxicologically heavy metal pollution. In 60 % of samples taken from five different sampling points as ∑SEM - UAS < 0.40 % of them were found as ∑SEM - UAS> 0. Accordingly, in 60% of the samples, toxicity is at a controllable level. In the last stage of the study, 28-day toxicity test study was carried out with Tubifex tubifex, which was recommended to be used in bioassays by the American Society for Testing and Materials (ASTM) to evaluate the accumulation of heavy metal pollution in the living tissue of ecotoxicology. The survival and reproduction process of T. tubifex was checked and it was observed that four T. tubifex, which were added to the test jars at the beginning of the test, continued to live at the end of the test. When evaluated in terms of reproduction, the Mert River, where the highest metal reproduction has the lowest metal content, was determined as 14.33±2.52 at the sampling point. The bioaccumulation factor (BAF) was calculated for the detection of heavy metal accumulation and the most stored metals were determined to be Cu > Zn > Ni > Pb, respectively.
May 2020, 143 pages 
Keywords: Heavy metal, Ecotoxicology, Black Sea, Tubifex tubifex,  AVS-SEM