Ağır metalle kirlenmiş toprakların fitoremediasyon ve immobilizasyon yöntemleriyle arıtımında zeolit ve nanozeolit ilavesinin metal taşınımına etkisinin araştırılması
Study of the effect of zeolite and nanozeolite additions on metal transport on treatment of heavy metal contaminated soil with phytoremediation and immobilization methods
Yazar: SİNAN CAN
Danışman: PROF. DR. NURCAN KÖLELİ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Ağır metal ile kirlenmiş topraklarda, yabani hint yağı bitkisi (Ricinus communis) fitoremediasyon amacıyla, zeolit ise immobilizasyon için yaygın kullanıma sahiptir. Fakat nanozeolitin aynı etkinliğe sahip olup olmadığı bilinmemektedir. Yapılan çalışmada Kayseri İncesu mevkiinden temin edilen ağır metalle (Cd, Pb, Zn) kirlenmiş toprağın fitoremediasyon ve immobilizasyon yöntemleriyle arıtımında zeolit ve nanozeolit ilavesinin bitkili ve bitkisiz koşullarda metal taşınımına etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla bitkili koşullarda fitoremediasyon amacıyla üç ay süreyle yabani hint yağı bitkisi (Ricinus communis) yetiştirilmiştir. İmmobilizatör malzeme olarak zeolit (klinoptilolit), Manisa ili Gördes ilçesinden temin edilmiştir. Zeolitten elde edilen nanozeolit ise hem katı formda öğütülerek hem de sol gel yöntemiyle sıvılaştırılarak solüsyon halinde nano (<10-9) boyuta getirilmiştir. Zeolit ve nanozeolitin çoklu metal immobilizasyonuna etkisini kıyaslamak amacıyla topraklara % 3 oranında ilave edilmiştir. Bitkili ve bitkisiz saksılarda kontrollü koşullarda (~% 65 nem, 16 saat aydınlık ve 8 saat karanlık fotoperiyod, 25±2 oC sıcaklık ile 15000 Lüx ışık yoğunluğu) 2 ve 8 kg saksılarda deneme kurulmuştur. Yapılan denemede 2 kg'lık saksılarda sıvı nanozeolit solüsyonu, 8 kg'lık saksı denemelerinde ise katı nanozeolit materyalleri kullanılmıştır. Ayrıca yapılan tüm çalışmalarda 10 mM etilen diamin disüksinik asit (EDDS) uygulanarak metal alımı artırılan bir sistemde de metallerin toprak içerisindeki taşınımına etkisi ve buna zeolit ve nanozeolitin etkisi araştırılmıştır. 
Zeolit ve katı formdaki nanozeolit ile çoklu metallerin immobilizasyonunun sağlandığı tespit edilmiştir. Yabani hint yağı bitkisinin fitoremediasyon kapasitesini ve çoklu metallerin mobilitesini artırmak amacıyla toprağa ilave edilen EDDS'nin (0 ve 10 mM) topraktaki ağır metallerin mobilitesini arttırdığı görülmüştür.  Sonuç olarak; zeolit kullanımı, toprakta kadmiyum (Cd), kurşun (Pb) ve çinko (Zn) ağır metallerinin mobilitesini azaltmış ve metalleri immobilize etmiştir. Katı nanozeolit, tane boyutunu azaltılıp yüzey alanını arttırdığından toprak içerisindeki metalleri daha fazla immobilize etmiştir.  Sıvı nanozeolit solüsyonu metalleri çözerek toprakta taşınmalarına neden olmuştur.  Toprağa sıvı nanozeolit ve EDDS uygulamasının özellikle bitkisiz koşullarda Cd, Pb ve Zn mobilitesini artırdığı ve buna bağlı olarak ağır metallerin yeraltı suyuna sızma riskiyle sonuçlandığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In heavy metal contaminated soils, castor oil plant (Ricinus communis) is widely used for phytoremediation and zeolite for immobilization. However, it is not known whether nanozeolite has the same effects. In the study, the effect of zeolite and nanozeolite addition on metal transport in vegetated and non-vegetated conditions was studied in the treatment by phytoremediation and immobilization methods of soil contaminated with heavy metals (Cd, Pb, Zn) taken from Kayseri İncesu site. For this purpose, castor oil plant (Ricinus communis) was grown through three months for phytoremediation in vegetated conditions. Zeolite (clinoptilolite) was obtained from Gördes district of Manisa province as immobilizer material. The nanozeolite obtained from zeolite was brought to nano (<10-9) size both in solid form by grinding and liquid  form as solution by sol-gel method. To compare the effect of zeolite and nanozeolite on multi-metal immobilization, 3% was added to soils. The pot experiment was established with and without plants under controlled conditions (~ 65% humidity, 16 hours light and 8 hours dark photoperiod, 25±2 oC temperature and 15000 Lux light intensity) in 2 and 8 kg pots. In the experiment, liquid nanozeolite solution was used in pots of 2 kg and solid nanozeolite materials were used in 8 kg pots. In addition, in all studies carried out, the effect of zeolite and nanozeolite on the transport of metals in the soil where metal uptake is increased by applying 10 mM ethylene diamine disuccinic acid (EDDS) was studied.
It has been determined that immobilization of multiple metals is achieved with zeolite and solid nanozeolite. Ethylene diamine disuccinic acid (0 and 10 mM) added to the soil to increase the phytoremediation capacity of the castor oil plant and the mobility of multiple metals has been found to increase the mobility of heavy metals in the soil. As a result, the use of zeolite reduced the mobility of cadmium (Cd), lead (Pb) and zinc (Zn) heavy metals in the soil and immobilized the metals. Solid nanozeolite immobilized metals more in the soil as it decreased its size and increased the surface area. Liquid nanozeolite solution dissolved metals in the soil, and caused them to be transported. It has been determined that the application of liquid nanozeolite and EDDS to the soil increases the mobility of Cd, Pb and Zn especially in non-vegetated conditions, resulting in the risk of heavy metals leaking into the groundwater.