Bazı ağır metallerin topraktaki taşınımlarının belirlenmesine yönelik modelleme çalışması
Modelling study about some heavy metal transportation in soil
Yazar: ERTUĞRUL ESMERAY
Danışman: PROF. DR. MEHMET EMİN AYDIN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Ağır metal kirliliği = Heavy metal pollution ; Kirlilik taşınım modeli = Contaminant transport model ; Toprak kirliliği = Soil pollution

Özet:
Bu tezde, bazı ağır metallerin topraktaki taşınımları incelenmiştir. Çalışmada 10 farklı toprak numunesi kullanılmış ve bu numuneler yine farklı illerimizden (Bolu, Ankara, Konya) temin edilmiştir. Çalışmada kullanılan toprak numuneleri ön işlemden geçirilerek kurutulmuş ve daha sonra uygun eleklerden geçirilerek numunelerin homojenliği sağlanmıştır. Elde edilen örneklerde, modelleme çalışmasının temel verilerini oluşturacak (fiziksel ve kimyasal özellikler) uygun analiz yöntemleri ile tespit edilmiştir. Bunlar pH, tuzluluk, kireç, organik madde, toplam azot, fosfor, potasyum, kalsiyum, magnezyum, sodyum, mangan, çinko, demir, bakır ve toprak tekstürü (kum, kil, silt içeriği) dir. Sonraki aşamada hazırlanan kolon deney düzeneğine, toprak numuneleri topraktan alındıkları derinliklere uygun olarak yerleştirilmişlerdir (0-30, 30-60, 60-90 cm). Kolon sisteminde sentetik kirletici olarak kullanılacak olan Zn, Pb, Cu, Ni çözeltileri hazırlanarak kolon sisteminden geçirilmiştir. Kolon deneyi esnasında kirlilik konsantrasyonları (toprak numunelerinden alınan örneklere göre) ölçülerek bilgisayar programı hazırlanmadan önceki veri setlerinin oluşturulması sağlanmıştır.Visual Basic ile oluşturulan program SPTM (Toprak kirletici taşınım modellemesi) yardımı ile mevcut data setler kullanılarak bilgisayar eğitilmiş, yine program yardımı ile farklı toprak tiplerine yönelik bir modelleme algoritması oluşturularak program tamamlanmıştır. SPTM ile kirleticilerin toprak içindeki düşey yöndeki taşınımları bilgisayar yardımı ile modellenmeye çalışılmıştır. Çalışmada taşınımları incelen metallerin (Zn, Pb, Cu, Ni) topraktaki düşey hareketine dair datalar elde edilerek, mevcut model yapısının doğruluğuna yönelik araştırmalar yapılmıştır. Toprak tekstürünün, çözeltilerin toprak içerisinde hareketine olan etkisi veriler neticesinde gözlemlenmiştir. Kil oranı yüksek topraklarda yüzeyde tutunma daha fazla olup, metal çözeltilerinin toprağın alt katmanlarına ulaşması daha uzun süreler (ortalama 3 saat) almıştır. Buna bağlı olarak da metal konsantrasyonlarının toprağın diğer alt katmanlarındaki miktarları azalmıştır. Aynı şekilde kum oranı yüksek topraklardaki metal çözeltilerinin düşey hareketi daha kolay olmuş, çözeltilerin toprak katmanlarının daha derinlerine inmesi daha kısa sürelerde meydana gelmiş (ortalama 2 saat) ve metal konsantrasyonları buna paralel olarak daha derin tabakalarda da gözlemlenebilmiştir.SPTM programının veri seti, mevcut verileri arttırılarak zenginleştirildiği takdirde kullanılan algoritmanın modelin doğruluk payını arttırmaya pozitif katkısını olacağı düşünülmektedir. Bunun için yapılabilecekler, yeni toprak numunelerinin fiziksel, kimyasal ve tekstür özellikleri programın veri tabanına eklenebilir. Veri tabanına eklenen toprak numunelerinde metal çözeltilerinin taşınımlarına yönelik analizler yapılarak elde edilen veriler SPTM programının eğitiminde kullanılabilir.Anahtar Kelimeler: Toprak kirliliği, Kirlilik Taşınımı, Modelleme, Kolon sistemi, Ağır Metal.

Abstract:
In this study, modelling was made about some heavy metal trasportation in soil. 10 diffrent soil samples from 3 different cities were used for this study. All soil samples were air dried, lightly crushed to pass through a 2mm sieve for homogenity. Some experimental results as a characterization of soil types (physical and chemical properties and texture of soils) were used for dataset creation. These were pH, salinity, humdity, and chemical contents such as organic matter, total nitrogen, phosphorus, potassium, calcium, magnesium, sodium, manganese, zinc, iron, copper, and soil textures (contents of silt, clay, and sand). Soil samples were filled in column as per depth of 0-30, 30-60and 60-90 cm to create soil layers as a requisite of experimental setup. Synthetic contaminant solutions were prepared from Zn, Pb, Cu, Ni and these solutions were fed to column surface. The final contaminant concentrations were measured after infiltration of each layer of experiment column. Obtained results of contaminant concentration were matched with soil characterization dataset as to follow transportation behaviour of pollutants in soils.SPTM (Soil pollution transportation modelling) software was developed using Visual Basic programming language. Firstly, software was trained via datasets and SPTM (with new programming algorithms) software was completed for different soil samples. This study aimed to estimate the vertical transportation of some pollutants and their quantity in the soil profile with computer programming (SPTM). The transportation study data were the obtained on the examined metals (Zn, Pb, Cu, Ni) vertical movement in soil, were used the existing structure of the accuracy of the model is conducted. The effect of soil texture in the movement of the soil solutions was observed. Adhesion power on metal solutions at the surface is a high percentage with clay soils, and movement rate the lower layers of the soil taking long periods (average of 3 hours). Accordingly, the other sub-layers of metal concentrations in the soil amounts were decreased. Also, a high percentage of the vertical metal movement in sandy soil was easier the solutions stroke shorter times deeper layers of soil (approximately 2 hours) and in parallel to the deeper layers of the metal concentrations was observed.SPTM program data set, with the availably of higher data has been enriched by increasing the share of the algorithm used to increase the accuracy of the model will be higher positive contribution. For this point, it can be done to the new soil sample types that prepared different combination of the physical, chemical and textural properties can be added to the program's database. Addition metal solutions transportation to the database for the analysis of soil samples obtained from the data for SPTM education program.Keywords: Soil Pollution, Pollution Transport, Modelling, Column System, Heavy Metal.