ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ...
Transcript of ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ...
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Rabia Okşan ARTAN
AĞIR METAL İÇEREN ATIK SULARIN İLERİ ARITIMINDA SU MERCİMEĞİ (LEMNA SP.) BİTKİSİNİN KULLANILMASI
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
ADANA, 2007
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Rabia Okşan ARTAN
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
Bu tez ..../...../…... Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza…………………… İmza…………………… İmza…………………… Öğr.Gör. Dr. Olcayto KESKİNKAN Doç.Dr. Mesut BAŞIBÜYÜK Yrd.Doç.Dr. Ramazan BİLGİN DANIŞMAN ÜYE ÜYE
Bu tez Enstitümüz Çevre Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır.
Kod No: Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ
Enstitü Müdürü İmza-Mühür Bu çalışma Ç.Ü. Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir. Proje No:MMF2006YL11 Not:Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.
AĞIR METAL İÇEREN ATIK SULARIN İLERİ ARITIMINDA SU MERCİMEĞİ (LEMNA SP.) BİTKİSİNİN KULLANILMASI
I
ÖZ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Rabia Okşan ARTAN
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
Danışman : Öğr.Gör. Dr. Olcayto KESKİNKAN
Yıl: 2007 Sayfa:80
Jüri : Öğr.Gör.Dr. Olcayto KESKİNKAN
Doç.Dr. Mesut BAŞIBÜYÜK
Yrd.Doç.Dr. Ramazan BİLGİN
Bu çalışmanın amacı Lemna minor bitkisinin ağır metal giderim kapasitesinin araştırılmasıdır. Bu amaçla, piyasadan temin edilen Lemna minor bitkisi, kampüsün evsel atıksularının deşarj edildiği sızdırmalı fosseptikten alınan sularla önce doğal arazi şartlarında ardından laboratuar şartlarında büyütülmeye çalışılmıştır. Çalışma Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Çevre Mühendisliği Bölümü Laboratuarlarında gerçekleştirilmiştir. Doğal arazi şartlarında üretilen su mercimeklerinin laboratuar ortamında ağır metal giderim verimlilikleri araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar iki farklı hacimdeki sistemlerde yürütülmüştür.100 mL’ lik ve 500 mL’ lik her iki sistemde de kesikli olarak çalışılmıştır. Üç farklı ağır metal giderimi için elde edilen deneysel sonuçlar şu şekildedir: Kadmiyum 5.0 ve 10.0 mg/L konsantrasyonlarında: 100 mL’ lik kesikli reaktörlerde deney süresi sonunda yaklaşık % 96 giderim verimi elde edilmiştir, 500 mL’ lik kesikli reaktörlerde ise yaklaşık %90 oranında giderim verimi elde edilmiştir. Bakır 10.0 ve 20.0 mg/L konsantrasyonlarında: 100 mL’ lik kesikli reaktörlerde deney süresi sonunda yaklaşık % 89 giderim verimi elde edilmiştir 500 mL’ lik kesikli reaktörlerde ise yaklaşık %89oranında giderim verimi elde edilmiştir. Kurşun 10.0 ve 20.0 mg/L konsantrasyonlarında: 100 mL’ lik kesikli reaktörlerde deney süresi sonunda yaklaşık % 98-100 giderim verimi elde edilmiştir. 500 mL’ lik kesikli reaktörlerde ise yaklaşık % 98-100 oranında giderim verimi elde edilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Ağır metal giderimi, Doğal sulak alan, Su mercimeği, Sucul bitkiler.
AĞIR METAL İÇEREN ATIK SULARIN İLERİ ARITIMINDA SU MERCİMEĞİ (LEMNA SP.) BİTKİSİNİN KULLANILMASI
II
ABSTRACT
M.Sc. THESIS
Rabia Okşan ARTAN
DEPARTMENT OF ENVIROMENTAL ENGINEERING
INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES
UNIVERSITY OF ÇUKUROVA
Supervisor : Öğr.Gör. Dr. Olcayto KESKİNKAN
Year: 2007 Pages:80
Jury : Öğr.Gör.Dr. Olcayto KESKİNKAN
Doç.Dr. Mesut BAŞIBÜYÜK
Yrd.Doç.Dr. Ramazan BİLGİN
The aim of this study is to investigate heavy metal removal capacity of
Lemna minor. For this purpose Lemna minor plant, provided from commercial market, growth by domestic waste water from sewer of campus of Gebze Institute of Technology in the natural land conditions then the plants are taken to the laboratory for inside conditions. Heavy metal removal efficiency of Lemna minor plant is investigated in the laboratory conditions. This study is performed in the Environmental Engineering Laboratory of Gebze Institute of Technology. Experimental works are carried out on systems as two different reactors. Semi-batch processes are performed in two systems have volume of 100 mL and 500 mL.Experimental results are as follows for three different heavy metal types: In the cadmium concentration of 5.0 mg/L and 10 mg/L: approximately %96 of removal efficiency in semi-batch reactors as 100mL and approximately %90 of removal efficiency in semi-batch reactors as 500mL. In the cooper concentration of 10,0 and 20 mg/L: approximately %89 of removal efficiency in semi-batch reactors as 100mL and approximately %89 of removal efficiency in semi-batch reactors as 500mL. In the lead concentration of 10,0 and 20 mg/L: approximately %98-100 of removal efficiency in semi-batch reactors as 100m and approximately %98-100 of removal efficiency in semi-batch reactors as 500mL. Keywords: Removal of Heavy Metal, Natural Wetland, Lemna minor, Aquatic Plants
THE USE OF DUCKWEED (LEMNA SP.) FOR TERTIARY TREATMENT OF HEAVY METAL CONTAINING WASTE
WATER
III
TEŞEKKÜR
Üniversite öğrenimim süresince kendisinden çok şey öğrendiğim değerli
hocam Prof.Dr.Ahmet YÜCEER’e ve tezimi hazırlamamda yardımlarını
esirgemeyen değerli hocam Öğr.Gör.Dr.Olcayto Keskinkan’a saygılarımı sunar
teşekkürü bir borç bilirim.
Yine tez çalışmam boyunca beni yönlendiren ve her konuda bana yardımcı
olan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
hocalarından Doc.Dr.Nihal BEKTAŞ ve Yrd.Doc.Dr.Salim ÖNCEL’ e saygılarımı
sunar teşekkürü bir borç bilirim.
Hayatım boyunca hep beni destekleyen ve yanımda olan aileme ve tezi
yazmamda bana yardımlarını esirgemeyen Handan KAYA’ya en içten sevgi ve
saygılarımı sunarım.
IV
İÇİNDEKİLER SAYFA
ÖZ…..…………………………………………………………………….. ………….I
ABSTRACT……………………………………………………………… …………II
TEŞEKKÜR……………………….…………………………………….. ………..III
İÇİNDEKİLER……………………………………………………………………...IV
ÇİZELGELER DİZİNİ………………………………………………………………V
ŞEKİLLER DİZİNİ …………………………………………………….. ………..VI
SİMGELER VE KISALTMALAR …………………………….…………………VIII
1. GİRİŞ………………………………………………………………………………1
1.2.Ağır Metallerin Çevresel Etkileri……………………..………. …………2
1.2.1 Kurşun……………………………………….…………..…………5
1.2.2. Kadmiyum……………………………………………..…………9
1.2.3.Bakır………………………………………………….......………..12
1.3. Sulakalanlar ve Atıksu Giderimindeki Kullanımı…………… ………..15
1.3.1 Doğal Sulakalanlar………………………………………….……..18
1.3.2 Yapay Sulakalanlar…………………..…………………………...19
1.3.2.1. Serbest Yüzey Akışlı Sulakalanlar……………………...…..21
1.3.2.2. Yüzey Altı Akışlı Sulakalanlar……………………………..22
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR…………………………………………………….….38
2.1.Sulakalanların Türkiye’deki ve Dünyadaki Yeri………………………. 38
2.2.Literatürde Yapılan Çalışmalar………………………………...………..41
3.MATERYAL VE METOD……………………………………………………….46
3.1.Deneysel Çalışma………………………………………………………. 46
3.2.Deneysel Çalışma Düzeneği…………………………………... ………..47
3.3.Laboratuar Çalışmaları…………………………………………………..48
3.4.Analiz Metodları………………………………………………………...48
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA ………………………………….50
4.1. Araştırma Bulguları……………………………………………………..50
4.1.1.KadmiyumGiderimi…………………………………………………...51
4.1.2.BakırGiderimi………………………………………………………….57
4.1.3. Kurşun Giderimi……………………………………………………...63
V
4.1.4. Lemna minor’de Ağır Metal Tutumu…………………………………69
5.TARTIŞMA………………………………………................................................71
6.SONUÇ VE ÖNERİLER…………………………………………………………74
KAYNAKLAR…………………………………………………………..................75
ÖZGEÇMİŞ………………………………………………………………………...80
VI
ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA
Çizelge1.1 Değişik ekosistemlerde belirlenmiş bulunan karakteristik
ağır metal miktarlarının değişim sınırları.…………………….…………….3 Çizelge 1.2. Bazı endüstrilerin atıklarında bulunan ağır metaller…………………….5
Çizelge1.3. Endüstriyel Atıksulardaki Kurşun Seviyeleri…………………………8 Çizelge 1.4. S.K.K.Y’ye göre Bazı Endüstriyel Atıkların Alıcı Ortama
Deşarjında Maksimum Kurşun Değerleri……………………...………9 Çizelge1.5- Kadmiyuma İlişkin Sektörel Bazda Deşarj
Limitleri ve Kalite Kriterleri……………………………………….......12 Çizelge 1.6. Endüstriyel proses atıksularındaki Bakır Konsantrasyonu…. ….…......14
Çizelge l.7. S.K.K.Y’ye Göre Bazı Endüstriyel Atıksuların Alıcı Ortama Deşarjında Maksimum Bakır Değerleri……………..…………15
Çizelge 1.8 Serbest su yüzeyli sistemlerin dizayn parametreleri…………………….22 Çizelge1.9 Ekilmiş Sulakalan Tasarım Parametreleri …………………… ………...23
Çizelge 1.10 Atıksu ortamında yaygın olarak kullanılan Sucul Bitkilerin ortam koşulları………………………………………….28
Çizelge 1.11 yüzücü sucul bitki arıtım sistemlerinden beklenen çıkış kalitesi ve dizayn kriterleri…………………………………… ………...36
Çizelge 1.12. Su mercimeğine dayalı parametrelerin yaklaşık değerleri…. ………...35 Çizelge 3.1 Ölçülen Parametreler ve Analiz Metodları……………………………..49
Çizelge 4.1. Reaksiyon hız sabitleri ………………………………………………...54 Çizelge 4.2. Reaksiyon hız sabitleri (500 mL, 5 ve 10 mg/L kadmiyum)………......57
Çizelge 4.3. Reaksiyon hız sabitleri (100 mL,10.0 ve 20.0 mg/L bakır)………… ...60 Çizelge 4.4. Reaksiyon hız sabitleri (500 mL, 10.0 ve 20.0 mg/L bakır)……………………………………63 Çizelge 4.5. Reaksiyon hız sabitleri
(100 mL, 10.0, 20.0 ve 50.0 mg/L kurşun)……………………………66 Çizelge 4.6. Reaksiyon hız sabitleri
(500 mL, 10.0, 20.0 ve 50.0 mg/L kurşun)…………………. ………..69 Çizelge 4.7.Bitkide bulunan deney öncesi ve deney sonrası
ağır metal konsantrasyonları………………………………………....70
VII
ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA
Şekil 1.1 Şematik olarak ağır metallerin doğaya yayılımları……………………….4
Şekil 1.2. Yapay sulak alan sisteminin şekil olarak gösterimi…………………….17
Şekil 1.3. Örnek bir doğal arıtma sistemi………………………………………….18
Şekil 1.4.Yapay sulakalan sisteminin basit olarak görünüşü………………………19
Şekil 1.5. Serbest yüzey akışlı sulakalanlar………………………………………21
Şekil 1.6. Yüzey altı akışlı sulakalan………………………………………………22
Şekil1.7 Sucul……………………………………………………………………...26
Şekil 1.8. Su bitkileri sistemleri…………………………………………... ………27
Şekil 1.9. Su bitkileri havuzunda su arıtımının kavramsal akım şeması….. ………29
Şekil 1.10. Bazı tipik su mercimeği çeşitleri………………………………...…….31
Sekil 1.11. Lemna minor………………………………………………………… ……….33
Sekil 1.12 Lemna minor…………………………………………………………………..33
Sekil 1.13.Lemna minor ün doğadaki görünüşü…………………………………...33
Şekil 1.14. Su mercimeğine dayalı atıksu arıtma sistemleri
için tipik akım şemaları…………………………………………….…..35
Sekil.2.1.Yapay sulak alanın görüntüsü…………………………………..…….…38
Şekil 3.1. Lemna minor bitkisinin Gebze Yüksek Teknoloji
Enstitüsü Muallim köy kampusünde,
doğal arazi şartlarındaki görünümü…………………………………….46
Şekil 3.2. Laboratuar ortamında yetiştirilen
Lemna minor görüntüsü……………………………………................ 47
Şekil 3.3. Deneylerde kullanılan 100 mL’lik reaktörlerin görünüşü……………....47
Şekil 3.4. Deneylerde kullanılan 500 mL’lik reaktörlerin görünüşü.
(a)Deney öncesi (b)Deney sonrası …………………………….. ………48
Şekil 4.1. 100 mL’lik reaktörler için 5.0 ve10.0 mg/L
olan kadmiyumun Lemna minor de zamana bağlı giderimi…………….52
Şekil 4.2. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri………………………………..53
VIII
Şekil 4.3. 500 mL’lik reaktörler için 5.0 ve10.0 mg/L
olan kadmiyumun Lemna minor de zamana bağlı giderimi……. ……….55
Şekil 4.4. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri………………………………..56
Şekil 4.5. 100 mL’lik reaktörler için 10.0 ve 20.0 mg/L olan bakırın
Lemna minor de zamana bağlı giderimi…………………………………58
Şekil 4.6. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri………………………………..59
Şekil 4.7. 500 mL’lik reaktörler için 10.0 ve 20.0 mg/L olan bakır
Lemna minor de zamana bağlı giderimi……………………….. ……….61
Şekil 4.8. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri
(a) birinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı ln(Ct)grafiği………..62
(b) ikinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı (1/Ct)grafiği
Şekil 4.9. 100 mL’lik reaktörler için 10.0, 20.0 ve 50.0 mg/L
olan kurşunun Lemna minor de zamana bağlı giderimi…………. ………64
Şekil 4.10. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri
(a) birinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı ln(Ct)grafiği
(b) ikinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı (1/Ct) grafiği………..65
Şekil 4.11.100 mL’lik reaktörler için 10.0, 20.0 ve 50.0 mg/L olan
kurşun Lemna minor de zamana bağlı giderimi…………………. ……….67
Şekil 4.12. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri ……………………. ……….68
(a) birinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı ln(Ct) grafiği
(b) ikinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı (1/Ct) grafiği
IX
SİMGELER VE KISALTMALAR
EPA : Çevre Koruma Teşkilatı
USEPA : Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma teşkilatı
TÜBİTAK: Türkiye Bilim ve Teknoloji Araştırma Kurumu
MAM : Marmara Araştırma merkezi
ESÇAE : Enerji Sistemleri ve Çevre Araştırma Enstitüsü
İTÜ : İstanbul Teknik Üniversitesi
GYTE : Gebze İleri teknoloji Enstitüsü
AWE : Su Kültürü ve Sulak Alan eko Sistemi
Cd : Kadmiyum
Pb : Kurşun
Cu : Bakır
BOİ : Biyolojik Oksijen İhtiyacı
KOİ : Kimyasal Oksijen İhtiyacı
AKM : Askıda Katı Madde
NO3-N : Nitrat Azotu
NH4-N : Amonyun Azotu
PO4-P : Fosfat Fosforu
pH : Çözeltideki Hidrojen İyonu Konsantrasyonu
SKKY :Su Kirliliği ve Kontrol Yönetmeliği
SM : Standart Methots
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
1
1.GİRİŞ
Bilinçsizce yapılan ilaçlama, gübreleme ve sulama, kaliteli ve birinci sınıf
toprakların yerleşim ve çeşitli endüstri kuruluşları için kullanıma açılması, çevre
kirliliğini hızlandırmıştır. Toplumun yapısı değişip kentleşme endüstrileşme süreci
geliştikçe su kaynaklarının kullanımı artmakta pek çok metal kirleticiler de sulara
karışıp su kirliliği yaratarak su kaynaklarının sulama, su ürünleri vb., çeşitli amaçlar
için kullanılabilirliği azalmaktadır. Tarım ilaçları böcek öldürücüler, kimyasal
gübreler, evlerden, ticaret ve sanayi kuruluşlarından kaynaklanan atıkları da su
kirliliğine neden olmaktadır.
Ağır metaller ve tuzları çevresel kirleticilerin önemli bir grubunu
oluşturmaktadır. Toprağa veya suya giren bazı zararlı maddeler,
uzaklaştırılabildikleri veya biyolojik olarak parçalanabildikleri halde, ağır metaller
uzaklaştırılamazlar. O nedenle, alıcı ortamlara girmiş bulunan ağır metaller, yüksek
oranda birikmeleri nedeniyle, kimyasal ve biyolojik süreçleri olumsuz yönde
etkilerler. Bir metalin toksisitesi, makromolekül, metabolit ve hücre organelleriyle
birlikte biyolojik sistemlerdeki dinamik yaşam proseslerine zarar verme kapasitesine
dayanır. En tehlikeli yönleri yem ve besin maddelerine, oradan da besin zinciri
yoluyla canlılara geçmeleridir.
Çevre kirliliği yaratan kirleticiler içinde en tehlikelilerinden olan ağır metal
kirlenmesinin önüne geçmek için, endüstriyel kuruluşların atık suları fiziksel,
kimyasal ve biyolojik yöntemlerle arıtılabilir. Bunlardan fiziksel arıtmada çökeltme
ve flotasyon işlemleriyle çökebilen veya yüzebilen tanecikler ayrılmakta; kimyasal
arıtmada çözünmüş veya kolloidal boyuttaki tanecikler pıhtılaştırılıp
yumaklaştırılarak çökebilir hale getirilmekte; biyolojik arıtmada ise çözünmüş
maddeler kısmen biyolojik kütlelerin bir araya gelerek oluşturduğu kolay çökebilen
yumaklara, kısmen de mikroorganizmaların enerji ihtiyaçları için yaptıkları solunum
sırasında çıkan gazlara ve diğer stabilize olmuş son ürünlere dönüşmektedir. Bazı
bitkiler metalleri yüksek oranda biriktirebilirler. Diğer bitkilerden en az yüz kat daha
fazla miktarda bir ya da birden fazla metali, hiçbir zarar görmeden biriktirebilen bu tip
bitkilere hiperakümülatör (metal biriktirici) bitkiler denilmektedir. Günümüzde
metalleri yüksek oranda biriktirebilmelerinden dolayı metal biriktiricilerin yüksek
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
2
düzeyde metal içeren toprak ve suların iyileştirilmesinde kullanılmasına yönelik ça-
lışmalar giderek önem kazanmaktadır.
Yapay sulak alan sistemi, ucuz, güvenilir, inşası ve bakımının kolay olması
gibi özelliklerinden dolayı kırsal kesimlerde uygulanmaya başlanmış ve doğal
olarak atıksu arıtma imkanı doğurduğu için çok önemlidir. Su kaynaklarının hızla
azaldığı günümüzde, yapay sulak alan tesisi çıkış sularının tarım ve sulamada
kullanılması ve yapay sulak alan oluşturularak tarım dışı arazilerin de ekosisteme
kazandırılabilmesi ülkemiz içinde en önemli faydalarından biridir. Son yıllarda,
gelişmiş ülkeler tüm bu endüstriyel kirliliğin sonucunda doğal bir arıtma sistemi
planlamaya çalışmış ve sonuçta yapay sulak alan çalışmaları yapılmıştır.
Bu çalışmanın amacı, atıksularda bulunabilecek ağır metal giderimi için,
model bitki olarak Lemna minor’ün kullanıldığı doğal arıtım sistemlerinin
oluşturulması olarak belirlenmiştir.
1.2.Ağır Metallerin Çevresel Etkileri
Ekosistemin ağır metallerle kirlenmesi ve çevreye yaptığı zararlar, çok önemli
güncel sorunlar haline gelmiştir. Özgül ağırlıkları 5 ve bu değerin üzerinde olan metaller,
ağır metal olarak nitelenmekte (Ag, As, Cd, Cu, Fe, Hg, Ni, Pb, Zn gibi) ve bunların
toprakta çok yönlü zararlara neden olduğu bilinmektedir. Ağır metallerin toprakta
normalin üzerinde birikmeleri, toprak kültürleri ve besin zinciriyle diğer canlılar için çok
tehlikeli sonuçlar doğurabilmektedir. Bu büyük tehlike insanlar tarafından fark
edildiğinden, ağır metaller ile ilgili çalışmalar son 30 yıl içinde büyük bir hız kazanmıştır .
Bilim adamlarına göre antropojenik kaynaklı olarak atmosferden diğer ekosistemlere
dağılan arsenik (22 bin ton), kadmiyum (70 bin ton), kurşun (400 bin ton), bakır (56 bin
ton) ve çinko (214 bin ton) civarında olduğu ifade edilmektedir. Bunlardan birinci
gruptakiler madencilik yoluyla dünya üzerine yayıldıklarından, aslında insan eliyle
biyojeokimyasal döngülere sokuldukları için bunlarda antropojenik kaynaklıdır. İkinci
gruptakilerin bunlardan farkı, maden cevherinin endüstride işlenmesi sırasında, tarımsal
mineral gübrelerin kullanılması ve atık maddeler yoluyla atmosferden ekosistemlere yine
insan eliyle yayılmasıdır (Çepel, 1997).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
3
Yapılan araştırmalar Se, Fe, Mn, Co gibi elementlerin doğal olarak yer
kabuğundan sulara karıştığını, Mg, K ve Co elementlerinin deniz suyunun doğal
bileşenleri olup hava ortamına bu kaynaktan geçtiğini, buna karşılık Zn, Cu, Cd, Hg,
Sb, As, Ar, Pb, Cr ve Se gibi kronik ve akut zehirliliği yüksek elementlerin atmosfere
insan faaliyetleri sonucu karıştıktan sonra denize ve yerkabuğuna karıştığını ortaya
koymaktadır (Samsunlu, 1999).
Ağır metallerin topraktaki miktarları, dünyanın çeşitli bölgelerinde büyük
değişiklikler göstermektedir. Bu hususta özellikle, ekosistemlerin etkilendiği havayı ve
suları kirleten maddelerin türleri, yoğunlukları, toprakların karakteristikleri ve insanların
topraklardan yararlanma şekilleri (tarım, orman, bağ-bahçe, madencilik vb.) önemli
rollere sahip bulunmaktadır. Burada, bazı metaller ile diğer elementlerin değişik
ekosistemlerde belirlenen karakteristik miktarlarının alt ve üst sınırları Çizelge 1.1’de
verilerek, bunların dünya üzerindeki çeşitli bölgelerde ne kadar farklılıklar göstereceği
somutlaştırılmak istenmiştir (Çepel, 1997).
Çizelge1.1. Değişik ekosistemlerde belirlenmiş bulunan karakteristik ağır metal miktarlarının değişim sınırları (Çepel, 1997).
Element mg/kg kuru toprak element mg/kg kuru toprak As 0.1-40 Ag 0.01-0.8 B 2-100 N 200-2500 Cr 5.0-3000 Ni 10-1000 Cu 2-100 Pb 2-200 Fe 7000- 550.000 Zn 10-300
Topraklar, sorpsiyon kapasitelerine göre az veya çok miktarda ağır metalleri
bağlamaktadır. Sorbsiyon gücü az olan, bu nedenle düşük bir tamponlama yeteneğine
sahip kum toprakları, özellikle ait reaksiyonda çabucak ağır metallere ait tehlike sınır
değerlerine kolayca erişir. Ağır metallerin bitkiler tarafından alınan miktarları da bitki
türüne göre değişir (Çepel, 1997).
Ağır metallerin doğaya yayınımları dikkate alındığında çok çeşitli
sektörlerden farklı işlem kademelerinden biyosfere ağır metal atılımı gerçekleştiği
bilinmektedir. Farklı sektörlerden biyosfere ağır metal yayılımı şematik olarak
verilmiştir (http://www.metalurji.org.tr).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
4
Şekil:1.1. Şematik olarak ağır metallerin doğaya yayılımları (http://www.metalurji.org.tr).
Ağır metallerin ekolojik sistemde yayılımları dikkate alındığında doğal çevrimlerden
daha çok özellikle endüstrileşmiş bölgelerde insanın neden olduğu etkiler nedeniyle
çevreye yayılımı söz konusu olduğu görülmektedir. Sürekli ve kullanıma bağlı
kirlenmenin yanı sıra irili ve ufaklı kazalar sonucu da ağır metallerin çevreye yayılımı
önemli miktarlara ulaşabilmektedir Ağır metallerin çevreye yayılımın da etken olan en
önemli endüstriyel faaliyetler, metalik madenlerin üretimi başta olmak üzere
çimento üretimi, demir çelik sanayi, termik santraller, cam üretimi, çöp ve atık çamur
yakma tesisleridir. Çizelge 1.2 de temel endüstrilerden atılan metal türleri genel
olarak gösterilmiştir. Endüstriyel faaliyetler sonucu ortaya çıkan ağır metaller,
toprağa ve buradan bitkiler ve besin zinciri yoluyla da hayvanlara ve insanlara
ulaşırlar ve aynı zamanda sanayinin yoğun olduğu bölgelerde hayvan ve insanlar
tarafından havadan aeresol olarak veya toz halinde solunabilmektedir
(http://www.metalurji.org.tr).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
5
Çizelge:1.2. Bazı endüstrilerin atıklarında bulunan ağır metaller ( http://www.metalurji.org.tr)
Endüstri Cd Cr Cu Hg Pb Ni Sn Zn Kağıt Endüstrisi - + + + + + - Petrokimya + + - + + - + + Klor-alkali Üretimi + + - + + - + + Gübre Sanayi + + + + + + - + Demir-Çelik San + + + + + + + + Enerji Üretimi (Termik)
+ + + + + + +
Ağır metaller, tüm canlılarda belirli konsantrasyonlarda olması gereken,
metabolizmanın çeşitli faaliyetlerini düzenleyen hayati kimyasal malzemelerdir. Ağır
metaller biyolojik proseslere katılma derecelerine göre yaşamsal ve yaşamsal
olmayan olarak sınıflandırılırlar. Yaşamsal olarak tanımlananların organizma
yapısında belirli bir konsantrasyonda bulunmaları gereklidir ve bu metaller biyolojik
reaksiyonlara katıldıklarından dolayı düzenli olarak besinler yoluyla alınmaları
zorunludur. Örneğin bakır hayvanlarda ve insanlarda kırmızı kan hücrelerinin ve bir
çok oksidasyon ve redüksiyon prosesinin vazgeçilmez parçasıdır Endüstriyel
atıksular içerdikleri ağır metal iyonları ile günümüzde en önemli çevre sorunlarından
birini oluşturmaktadır. Atıksuların alıcı ortama ulaşması sucul yaşamı etkilemekte ve
su kaynaklarının içme suyu amaçlı kullanılması durumunda ise pahalı arıtma
tekniklerinin uygulanmasını gerekli kılmaktadır. Atıksularda ağır metal bulunması
evsel nitelikli atıksuların arıtma verimini etkilemekte ve oluşacak çamurun özellikle
tarımsal amaçlı kullanımını imkansız hale getirmektedir.
(http://www.metalurji.org.tr).
1.2.1 Kurşun Kurşun metali metalik gri renkte olup, yumuşaktır. Metalik parlaklığa
sahiptir. Atom numarası 82 ve kütle numarası 207,19 dur. Korozyona karşı dayanıklı
ve kolayca şekillendirilebilen bir metaldir. Özgül ağırlığı 11,4 gr/cm3'tür
(http://tr.wikipedia.org).
Kurşun, yaklaşık 16 mg/kg konsantrasyonla yer kabuğunun doğal bir
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
6
bileşenidir. Kurşun belirli sayıda mineralin içerisinde bulunur, bunlardan birisi
galenit (Kurşun sülfür) dür. Galenit, kübik yapıdaki kristallere sahip, parlak ve metal
görünümünde bir mineraldir. Bazı kurşun mineralleri Seruzit (PbCO3), Anglezit
(PbSO4), Krokit (PbCrO4) sayılabilir (Baykurt, 1979).
Kurşun boru, boya, akü vb. sanayi dallarında kullanılmaktadır. Belirtilen
standarttan fazlası böbrek ve beyin faaliyet bozukluklarına neden olmaktadır
(Samsunlu, 1999).
Kurşun birçok ülkede çok geniş kullanım alanına sahiptir. Madencilik ve
işlenme prosesleri ve elde edilen ürünlerin kullanılması sonucunda çevre kirliliğine
neden olmaktadır. Dolayısıyla kurşun, havada, yiyeceklerde, suda, toprakta, tozlarda
mevcuttur. Kurşun, çevrede çoğunlukla inorganik formda bulunur. Fakat kurşunlu
benzin kullanımından ve metil kurşun bileşiklerini meydana getirmek için kullanılan
doğal alkinasyon proseslerinden az miktarda organik kurşun ortaya çıkmaktadır. Her
ne kadar daha yüksek düzeylerde de tespit edilmişse de bunlar çoğunlukla
endüstriyel kirlenme sonucunda oluşmuştur ve bazı doğal mekanizmalar seviyeyi
kontrol altında tutmaktadır (Harrison, 1985).
Toprakta hareketsiz halde bağlandığından, en üst toprak tabakalarında birikir.
Biriken kurşun bileşikleri karbonat, fosfat ve sülfat gibi çok zor çözünen bileşiklere
dönüşmektedir. Yüksek derecede kurşun birikimi olan bitkilerden, besin zinciri ile diğer
canlılara geçen kurşun, zehir etkisi yapabilmektedir. Bazı bitkilerin kurşun birikimine
karşı toleransı yüksektir. Örneğin turp bitkisi, toprak üstü organlarında 136 ppm,
yumrularında 498 ppm kurşun biriktirdiği halde zarar görmeden gelişebilmektedir.
İnsanların katı besin maddeleriyle aldığı günlük kurşun miktarının 600 mikrogramı
geçmemesi gerektiği bildirilmektedir (Çepel, 1997).
Kurşun insan faaliyetleri ile ekolojik sisteme en önemli zararlı veren ilk metal
olma özelliği taşımaktadır. Kurşun atmosfere metal veya bileşik olarak yayıldığından
ve her durumda toksik özellik taşıdığından (Çalışma ortamında izin verilen sınır 0,1
mg/m3) çevresel kirlilik yaratan en önemli ağır metaldir.1920'lerde kurşun bileşikleri
(Kurşuntetraetil Pb(C2H5)4 ) benzine ilave edilmeye başlanmıştır ve bu kullanım
alanı kurşunun ekolojik sisteme yayınımında önemli rol oynar (227.250 ton/yıl
ABD). Günümüzde kurşunsuz benzin kullanımı ile atmosfere kurşun yayınımı
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
7
azalmakla beraber kurşunsuz benzin bileşiminde bulunan kurşun bir çok birincil
metal üretim aşamasından atmosfere kurşun ve bileşiklerinin yayınımı devam
etmektedir. Dünyada en yaygın kurşun kullanımı Kuzey Amerika’dadır ve yıllık
tüketim 1,300,000 ton seviyelerine ulaşır ve bu kullanım koşullarında atmosfere
atılan miktar yıllık 600,000 ton seviyelerine ulaşır (Evers, 1995).
Kurşunun çoğu kemiklerde depolanmasına rağmen beyne, anne karnındaki
cenine ve anne sütüne de geçebilmektedir. Bebekler ve çocuklarda düşük olan kurşun
oranı, ilerleyen yaşla beraber, kurşuna maruz kalınmasıyla artış göstermektedir.
Kanda 40 mg/l seviyesini aşınca tansiyon artırıcı etki de ortaya çıkar. Diğer taraftan
kronik kurşun alınımı ile sperm sayısı ve morfolojisinde sınırlanır. Dünya sağlık
örgütü sınıflandırmasına göre (1995) kurşun 2. sınıf kansorejen gruptadır (Evers,
1995).
Kurşun endüstride çok kullanılan maddelerin başında gelmektedir. Özellikle
petrol endüstrisi, akümülatör, otomobil, çeşitli makine ve cihaz üretiminde, kaplama,
kurşun boru, tesisat malzemesi yapımında, mermi çekirdeği ve muhtelif silah ve araç
gereç imalatı için alaşım olarak, kabloların kaplanması, paket mührü kurşunu,
muhtelif ambalaj maddesi imalatında, matbaa harfleri imalat ve kalıp yapımında,
kurşun oksit, kurşun kromat, bazik kromat, toz kurşun gresi, kurşun borosilikat
üretiminde, aside dayanıklı depo içi kaplamaları, titreşimi önleyici bloklar, X
ışınlarından korunma için, lehim olarak, anot olarak ve av saçması yapımında,
pillerin, boyaların, yakıtların, kibritlerin, fotoğraf materyallerinin ve patlayıcıların
üretiminde bir endüstriyel hammadde olarak kullanılmaktadır (Patterson, 1977).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
8
Çizelge 1.3 de bazı endüstrilerin atıksularında bulunan kuşun miktarları
verilmiştir (Patterson, 1977).
Çizelge1.3. Endüstriyel Atıksulardaki Kurşun Seviyeleri (Patterson, 1977) Endüstri Konsantrasyon (mg/l)
Batarya üretimi 0.4-319.4 Partikül kurşun 0.4-66.5 Çözünür kurşun 0.5-25 Kaplama 0-140 Kaplama asit suyu 10 Televizyon tüpü üretimi 380-400 Baskılı devre kart üretimi 1.65 Cam üretimi 0.43-100 Porselen emaye kaplama 2.9 Klor-alkali tesisi 1.160 Maden proses suyu 0.018-0.098 Cephane tesisi 6.5 Organik tetraetil kurşun üretimi 126.7-144.8 İnorganik tetraetil kurşun üretimi 66.1-84.9 Kullanılmış mürekkep 94 Boya ve mürekkep formülasyonu 1-200 Boya üretimi 1.1-10 Pigment üretimi 0.2-843 Tekstil boyama 8.4 Çelik üretimi( vakumla gaz giderimi) 0.47-1,39 Lastik hortum üretimi 63 Dökümhaneler 7.7-170
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
9
Çizelge1.4 de su kirliliği kontrol yönetmeliğine göre bazı endüstriyel atıkların alıcı ortama deşarjında maksimum kurşun değerleri verilmiştir.
Çizelge 1.4. S.K.K.Y’ye göre Bazı Endüstriyel Atıkların Alıcı Ortama Deşarjında Maksimum Kurşun Değerleri
SEKTÖR KOMPOZİT
NUMUNE* (2Saatlik) (mg/L)
KOMPOZİT NUMUNE* (24 Saatlik) (mg/L)
Maden Sanayi (demir ve demir dışı metal cevherleri, kalsiyum, florür, grafit vb. cevherlerin hazırlanmsı
0.5
-
Maden Sanayi (seramik ve toprktan kap kacak yapımı vb)
1,0 -
Cam sanayii - 1,0 Kimya Sanayi (boya hammade ve yardımcı madde üretimi vb.) 2,0 1,0
Kimya Sanayi (petrokimya ve hidrokarbon üretim tesisleri) 1,0 0,5
Metal sanayi (demir-çelik üretimi) - 0,5 Metal Sanayi (demir-çelik işleme, kurşunlama ve patentleme üniteleri)
- 2,0
Metal Sanayi (genelde metal hazırlama ve işleme)
2,0
1,0
Metal sanayi (galvanizleme) 1,0 - Metal sanayi (iletken plaka imalatı) 1,0 - Metal sanayi (akü imalatı) 1,0 - Metal sanayi (demir ve demir dışı dökümhane ve metal şekillendirme)
2,0
-
Seri makine imalatı, elektrik makineleri teçhizatı, yedek parça sanayi
2,0
1,0
Taşıt fabrikaları 0,3 -
Katı atık değerlendirme 2,0 1,0
* Kompozit numune; evsel ve endüstriyel atıksularda belirli zaman aralıklarında atıksu debisiyle orantılı olarak alınan karışık numune
1.2.2. Kadmiyum
Kadmiyum, kimyasal simgesi Cd olan gümüş beyazlığında, elektrik,
seramik, pil ve akü sanayisinde kullanılan yumuşakca, kanserojen toksik bir ağır
metal elementtir. Atom numarası 48, atom ağırlığı 112.40, erime noktası 320 °C,
Özgül ağırlığı 8.6 gr/cm3'tür ( http://tr.wikipedia.org).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
10
Kadmiyum insan için mutlak gerekli bir element değildir. Toprakta, bitkilerde
ve insan besinlerinde bulunur. Kadmiyum; çevreye maden işletmeleri, pil, boya ve
plastik sanayinden, taşıt araçlarından, demir ürünleri ve kaplama sanayinden çevreye
yayılır. Ayrıca mineral gübrelerden, pestisitlerden arıtma ve çamurlarından da
kaynaklanabilir. Standartlarında belirtilen miktarlar aşılırsa, yüksek kan basınçlarına
ve böbrek bozukluklarına sebep olur (Samsunlu, 1999).
Kadmiyum doğada sarı renkli kadmiyum sülfür (CdS) şeklinde,çinko filizi ile
birlikte bulunur. Metalik kadmiyum korozyona dayanıklı olduğundan geniş kullanım
alanı bulunmaktadır. Alaşım, kaplama, cila, boya gibi maddelerin yapımında sıklıkla
kullanılır.
En toksik çevresel kirleticilerden olan kadmiyum, düşük konsantrasyonlar da
bile biyolojik sistemler üzerinde son derece zararlı bir etkiye sahiptir. Kadmiyum
çevre kirliliği görülen denizlerde canlı vücuduna alınarak birikmekte olduğu ve
değişik seviyelerde toksik etkiler yarattığı tespit edilmiştir. Gökkuşağı alabalığında
kadmiyum birikimi ve biyolojik etkilerini araştırmışlardır. Bu araştırma sonucunda
kadmiyumun alabalıklarda en fazla karaciğer, böbreklerde ve solungaçlarında
biriktiğini tespit edilmiştir (Ho ve ark., 2002).
Kadmiyum en çok yer kabuğunda bulunur. Her zaman çinko ile kombinasyon
halinde bulunur. Kadmiyum ayrıca endüstrilerde çinko, kurşun ve bakır
ekstraksiyonunun kaçınılmaz yan ürünüdür. Daha sonra doğaya başlıca toprak yolu
ile girmektedir çünkü kadmiyum gübre ve pestisitlerde bulunmaktadır. Kadmiyumun
insanlar tarafından yüksek alımı başlıca gıdalar yoluyla olmaktadır. Kadmiyum
bakımından zengin gıdalar insan vücudunda kadmiyum konsantrasyonunu oldukça
arttırabilir. Karaciğer, mantar, kabuklu deniz ürünleri, midye, kakao tozu ve deniz
yosunu bu gıdalara bazı örneklerdendir (Ho ve ark., 2002).
İnsanlar sigara içtiklerinde, yüksek miktarda kadmiyuma maruz kalırlar.
Tütün dumanı kadmiyumu akciğerlere taşır. Kan da vücudun diğer kısımlarına taşır.
Vücudun bu kısımlarında toksik etkiye neden olabilir. Diğer yüksek miktarlarda
maruz kalmalar tehlikeli atık bölgelerine veya kadmiyumu hava ile serbest bırakan
fabrikalara yakın yerlerde yaşayan insanlarda ve metal rafinasyon endüstrisinde
çalışan insanlarda görülmektedir. İnsanlar kadmiyumu soluduklarında, ciddi olarak
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
11
akciğerlere zarar verebilir. Hatta bu ölüme bile neden olabilir (www.atsdr.cdc.gov).
Kadmiyum ilk olarak karaciğere kan yolu ile taşınır. Orada, kompleks oluşturmak
için proteinlerle birleşerek, böbreklere taşınır. Kadmiyum böbreklerde birikir ve
burada filtreleme mekanizmasına zarar verir. Bu da, elzem proteinlerin ve şekerin
vücuttan atılmasına ve sonuçta da böbrek rahatsızlığına neden olur. Kadmiyumun
böbreklerde birikmesinden önce insan vücudundan atılması çok uzun bir süre
almaktadır.
Gıdalardan gelen kadmiyum toksisitesi nadirdir ve sadece çevresel
kirlenmeden sonra veya kadmiyum miktarı yüksek gıdaların kronik alımından sonra
meydana gelmektedir (http://www.lenntech.com).
Kadmiyumdan kaynaklanan akut zehirlenmede öncelikle halsizlik, baş ağrısı,
ateş, terleme, kaslarda gerilme ve ağrıyla beraber kusmayla 24 saat içinde ortaya çıkar ve
3. gün en şiddetli belirtileri göstererek 1 hafta içinde yeni bir yükleme söz konusu
değil ise kaybolmaya başlar. Kronik kadmiyum zehirlenmesinde ortaya çıkan en
önemli etki özellikle akciğer ve prostat kanseridir. Kronik zehirlenme böbrek hasarı ile
ortaya çıkar ve idrarda düşük moleküllü protein görülür. Aşırı dozda kadmiyum alınımı
(60-480 µg/gböbrek) böbrekler üzerinde tahrip edici etkinin ortaya çıkmasına yol açmaz ve
etki tüm canlılarda görülmektedir. Kadmiyum zehirlenmesine bağlı olarak kemik
erimesi ve buna bağlı hastalıklarda görülür. Diğer taraftan kansızlık, dişlerin dökülmesi
ve koku duyumunun yitirilmesi de önemli etkilerdir. Dünya sağlık örgütü
sınıflandırmasına göre (1993) kadmiyum 1. sınıf kansorejendir (www.epa.gov).
Kadmiyumun topraktaki tipik yoğunluğu 0.5kg/ha dan azdır. Zehir etkisi 0.1-1.0
mg/l toprak çözeltisi olarak bildirilmektedir. Atıksu ile sulama yapılacaksa sınır değer
5-20 kg/ha alınmalıdır. Sürekli olarak süperfosfatla gübrelenen topraklarda zehir etkisi
yapacak kadar birikebilmektedir (Çepel, 1997).
Çizelge 1.5’de Su Kirliliği kontrol yönetmeliğine göre endüstriyel atıksuların
alıcı ortama deşarj standartlarında müsaade edilen maksimum kadmiyum
konsantrasyon değerleri verilmiştir (Tehlikeli Maddelerin Su ve Çevresinde Neden
Olduğu Kirliliğin Kontrolü Yönetmeliği,2005).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
12
Çizelge1.5. Kadmiyuma İlişkin Sektörel Bazda Deşarj Limitleri ve Kalite Kriterleri (SKKY, 2005) Tehlikeli Madde Adı
Sektörler Deşarj Limitleri
(Aylık Ortalama Limit Değerler)
Kalite Kriterleri -İç Yüzeysel sular -Haliç Suları -Haliç Suları Dışındaki İç Kıyı Suları -Bölgesel Sular
KADMİYUM
1-Çinko madenciliği, çinkonun rafine edilmesi, kadmiyum metali ve demirsiz metal endüstrisi
2-Kadmiyum bileşiklerinin imalatı
3-Boya Maddesi Üretimi
4- Stabilizatör İmali
5-Birincil ve İkincil akümülatör İmali
6-Elektrolitik Kaplama
7-Fosforik Asit ve/veya Fosfatlı Kayadan Gübre İmali
0.2 mg/L
0.2 mg/L
0.2 mg/L
0.2 mg/L
0.2 mg/L
0.2 mg/L --
5 g/kg
5 g/kg
5 g/kg
5 g/kg
5 g/kg
- İç Yüzeysuları 5µg/L - Haliç Suları: 5µg/l -Bölgesel Sular 2,5µg/L - Haliç Suları Dışındaki İç Kıyı Suları 2,5µg/L
1.2.3. Bakır
Bakırın atom numarası 29 ve kütle numarası 63.55 tir. Özgül ağırlığı 8.920
g/cm3’dir. Oda sıcaklığında turuncu renkli yumuşak metaldir. Bakır yer kabuğunun
yapısında kovallin (CuS), kalkosin (Cu2S), bornit (Cu5FeS4), kalkopirit (CuFeS2)
mineralleri şeklinde bulunur (http://tr.wikipedia.org).
Çok değişik alanlarda kullanılır. Yüzeysel sularda bakır 1.0 mg/L’nin altında
bile su bitkilerine zehirli etki yapabilir. Bağcılıkta, pestisit olarak ve zaman zaman
alglerin yok edilmesi için bakır tuzları kullanılabilir. Bazı balıklar için 1 mg/L
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
13
konsantrasyonda bile toksik olabilir (Samsunlu, 1999).
Bakır alglerin gelişimi için gerekli olan bir besi maddesidir. Fakat yüksek
konsantrasyonlarda geniş ölçüde algleri öldürmekte kullanılır. Deniz suyunda hem
partikül formunda hem de organik kompleksler halinde bulunur. Okyanuslarda
denizlerdekinden daha fazla bakır vardır (Kratochvil, 1998 ; Volesky, 1989).
Bakır insanda beyin, deri, karaciğer, pankreas ve kalp kasında birikmesi
sonucu “Wilson Hastalığına” sebep olduğu belirlenmiştir. EPA’nın verilerine göre
bakır konsantrasyonu atık sularda 1,3 mg/l üzerinde olmamalıdır. İstenilen bu
değerde bakırı tutabilmek için çok yüksek arıtım teknolojisi gerekmektedir. Bakır,
kirli suda Cu+2 iyonları, hidroliz ürünleri CuCO3 veya organik kompleksleri şeklinde
bulunur (Patterson, 1977; Zajic, 1971).
Bakır, üstün fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı endüstride yaygın
olarak kullanılmaktadır. Bakırın kullanıldığı sektörler; elektrik ve elektronik sanayi,
inşaat sanayi, ulaşım sanayi, endüstriyel ekipman yapımı, kimya sanayi,
kuyumculuk, boya sanayi ve turistik eşya yapımı şeklinde tanımlanabilir.
Mücevher üreticileri direkt olarak ya da gümüş veya diğer değerli metaller
için temel metal olarak bakır kaplama kullanırlar. Bakır, baskılı devre levhalarında
dışında kullanılır. Bakır ayrıca alkalin Bemberg yapay ipek proseslerinde kupro
amonyum tuzu olarak çalışır. Bakır yatakları madencilik atıkları ve asit madeni
drenajları önemli miktarda erimiş bakırı atık akımları dağıtır (Patterson, 1977).
Bakır kanalizasyonda kullanılan bakır boruların korozyonu sonucunda da
doğal sulara gidebilir. Bunu nedeni ise bakırın asidik ortamda korozyona
uğramasıdır. Bu durum sular kalsit yataklarına verilerek nötralize edilir. Böylece
hem korozif şartlar ortadan kalkar, hem de bakır iyonları elimine edilmiş olur.
Çizelge 1.6’de Su Kirliliği kontrol yönetmeliğine göre endüstriyel atıksuların
alıcı ortama deşarj standartlarında müsaade edilen maksimum bakır konsantrasyon
değerleri verilmiştir (Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği,1988).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
14
Çizelge 1.6. Endüstriyel proses atıksularındaki Bakır Konsantrasyonu (Su Kirliliği
Kontrol Yönetmeliği,1988).
PROSES BAKIR
Konsantrasyon (mg/L)
Yüzey Durulama 0-120
Bakır Kaplama Banyosu Durulama 2,2-183
Kaynak Teli Bakır Kaplama 3,640-34
Cihaz Üretimi 0,06-11,0
Entegre Devre Üretimi 0,23
Devre Tahtası 16,5-77
Otomobil Isıtıcı Üretimi 24-33
Metal Sonkat 0,5-5
Gümüş Kaplama 3-900
Pirinç Kaplama 0,2-44
Pirinç İşletmeleri Durulama 4,4-888
Pirinç İşletmeleri Bikromat Asitle Temizleme 4,5-74
Pirinç Ve Bakır Tel İşletmeleri 20-124
Pirinç İşletmeleri Durulama 19-74
Bakır Boru İşletmeleri 70(ORT)
Bakır Madeni Ekstraksiyonu 0,28-0,33
Altın Madeni Ekstraksiyonu 3,2-20
Asit Madeni Drenaj 0,12-128
Boya Formülasyonu 0,04-0,4
Mürekkep Formülasyonu 0,01-6,4
Boya Mürekkep Formülasyon8u 0-100
Ahşap Koruma 0,05-1,1
Bakır Sülfat Üretimi 221-433
Güç Tesisleri Buhar Kazanı Temizleme Atıkları 0-334
Petrol Rafinerileri 0-1,04
Zamk Ve Katkı Kimyasalları 0-6,0
Porselen Parlatmak 0-12,0
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
15
Aşağıdaki Çizelge 1.7 de Su Kirliliği Kontrol.Yönetmeliğine göre bazı
endüstriyel atıksuların alıcı ortama deşarjında maksimum bakır değerleri
verilmiştir.
Çizelge l.7. S.K.K.Y’ye Göre Bazı Endüstriyel Atıksuların Alıcı Ortama
Deşarjında Maksimum Bakır Değerleri SEKTÖR KOMPOZİT
NUMUNE* (2Saatlik)(mg/L)
KOMPOZİT NUMUNE*
(24 Saatlik)(mg/L)
Maden Sanayi (demir ve demir dışı metal cevherleri, kalsiyum, florür, grafit vb. cevherlerin hazırlanması
5 3
Kimya Sanayi (petrokimya ve hidrokarbon üretim tesisleri) 1,0 0,5
Metal sanayi (genelde metal hazırlama ve işleme) 3,0 1,0
Metal sanayi (Galvenizleme) 2,0 -
Metal sanayi (dağlama) 2,0 -
Metal sanayi (iletken plaka imalatı) 2,0 -
Metal sanayi (akü imalatı) 2,0 -
Metal sanayi (sırlama, emayeleme,mineleme tesisleri) 2,0 -
Metal sanayi( taşlama, zımparalama tesisleri) 1,0 -
Metal sanayi (cilalama, vernikleme tesisleri) 2,0 -
Metal sanayi (laklama, boyama) 2,0 -
Metal sanayi (demir ve demir dışı dökümhane ve metal şekillendirme)
2,0 -
Taşıt fabrikaları 0,3 -
Katı atık değerlendirme 3,0 -
* Kompozit numune, evsel ve endüstriyel atıksularda belirli zaman aralıklarında atıksu
debisiyle orantılı olarak alınan karışık numune.
1.3. Sulakalanlar ve Atıksu Giderimindeki Kullanımı
Su, toprak, bitkiler ve mikroorganizmalar doğal ortamlarda bir araya
geldiğinde bir çok fiziksel, kimyasal ve biyolojik proses kendiliğinden oluşur. Doğal
arıtım sistemleri, bu avantajın kullanarak atıksuların doğada arıtılması olarak
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
16
tanımlanabilir. Doğal arıtım sistemleri, diğer sistemlere göre basit inşaat, basit
işletme, proses kararlılığı, düşük çamur üretimi, düşük maliyetler gibi karakteristik
özelliklerden dolayı gelişmekte olan ülkeler için; çevre sorunlarının çözümünde
önemli bir alternatif durumundadır.
Doğal arıtım sistemlerini, atıksu arıtımında önemli kılan üç temel işlev vardır
(Sarıalioğlu, 2003).
1. Kirleticilern, yüzey toprağında ve/veya bitkisel ortamda tutulması
2. Mikroorganizmaların organik bileşikleri kullanıp parçalaması
3. Sabit bir arıtım seviyesi sağlanmasındaki düşük enerji ve bakım maliyetleri
Sulakalanlar, tüm insan toplulukları ve karasal doğal hayatın korunmasında
çok önemli rol oynamaktadır. Bu ekosistemler, suya dayanıklı bitki türleri ile suya
doygun toprakların bulunduğu su kaplı arazilerdir. Ramsar sözleşmesine göre
sulakalan, doğal ya da yapay; sürekli ya da mevsim; tatlı ya da tuzlu, durgun ya da
akan su kütlelerini, bataklıkları, turbalıkları ve gelgitin çekilmiş anında derinliği altı
metreyi aşmayan suları tanımlamaktadır (http://www.ramsar.org/index).
Atıksular doğal veya çeşitli şekillerde düzenlenmiş yapay sulak alanlarda
arıtabilmektedir. Bir yapay sulak alan sistemi; özel olarak tasarlanan yataklarda
yetiştirilen bitkiler vasıtasıyla atıksuyun arıtılması esasına dayanmaktadır. Bu
arıtma sistemleri evsel, endüstriyel ve tarımsal atıkların arıtımı için kullanılan düşük
masraflı arıtma alternatifleri olarak tanımlanmaktadır (Reddy, ve diğ.1997). Çeşitli
bataklıkların doğal sulak alan olarak kullanılmasına karşın genellikle sulakalan
sistemleri yapay olarak oluşturulmaktadır (Kadlec, 1995). Sistem, genellikle pahalı
ekipmanlara ihtiyaç duymaz. Enerji ihtiyacı fazla değildir. Bakımı, onarımı ve
işletmesi kolaydır.
Sulakalanlar, ortamdaki güneş enerjisini kullanabilme ve kendi kendini
yenileyebilme kapasitesine sahiptirler. Aynı zamanda birçok canlı türüne yaşama
alanı sağlayarak yabani hayat oluştururlar. Ortamdaki karbondioksiti tüketip oksijen
üreterek atmosferin doğal dengesinin korunmasını sağlayabilirler. Organik maddeyi,
askıda katı maddeyi, besinleri, toksik maddeleri, ağır metalleri ve biyolojik
unsurları giderebilmesinden dolayı yüksek miktarda arıtım kapasitesine sahiptirler.
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
17
Şekil 1.2’de yapay sulak alan sistemlerinin şekil olarak gösterimi verilmiştir
(http://www.khgm.gov.tr/aritma_prj).
Şekil 1.2. Yapay sulak alan sisteminin şekil olarak gösterimi
(http://www.khgm.gov.tr/aritma_prj)
Yapılan çalışmalarla arıtma verimliliği ispatlanmış güvenilir sistemlerdir.
Yapılan çalışmalara göre, farklı bitki türüne ve akış şekline sahip sulakalanlarda
evsel atıksu arıtımında, genel olarak, %80-99 BOİ5, KOİ ve bakteri giderimi, %92-
95 AKM, %30-80 toplam azot ve %20-70 toplam fosfor giderimi elde edildiği rapor
edilmiştir (http://www.khgm.gov.tr/aritma_prj).
Şekil 1.3’de doğal arıtma sistemlerine örnek gösterilmektedir. Sistemin
birinci kademesini mevcut fosseptik yapıları oluşturmaktadır. Fosseptik çıkış suları
ile beslenen yapay sulakalanlar da yapılan arıtma sonucunda, Yönetmeliklerinin
öngördüğü değerlerin altında kirletici konsantrasyonlarına ulaşmak mümkün
görülmektedir. Bu durumda kırsal yerleşim yerlerimize ait atıksular alıcı ortamlara
güvenle deşarj edilebilir değerlere ulaşacaktır.
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
18
Şekil1.3. Örnek bir doğal arıtma sistemi (http://www.khgm.gov.tr/aritma_prj)
Sulak alanlar genel olarak oluşturulma şekillerine göre doğal ve yapay olarak
ikiye ayrılabilirler.
1.3.1 Doğal Sulakalanlar
Doğal sulakalanlar, arıtım için gerekli dizayn kriterlerinin olmadığı çevresel
şartlara bağlı oluşan sulakalanlardır. Doğal sulakalanlar da arıtım ana hedef değildir.
Bu yüzden doğal sulakalanlara deşarj, ileri veya ikincil arıtma sonrasında olma şartı
istenilir. Ana hedef doğal sulakalanlara deşarj ile doğal yaşamın değişimi doğal
ekosistemde bozucu rol oynayabilir (Metcalf ve Eddy, 1991).
Doğal sulak alanlar dünyanın her yanında bulunurlar. Kara ile denizin veya
bir tatlı su kaynağının birleştiği yerlerde bulunurlar. Doğal sulak alanlar bitki ve
havan yönünden zengin ekosistemlerin korunmasında önemli rol oynarlar. Genellikle
su ile doymuş zemin şartlarına sahiptir. Sığ sularda öfotik tabakada yetişen çok bol
köklü bitkiler vardır. Doğal sulak alanlarda fotoplaktonlarda bulunur. Doğal ıslak
alanlardan arıtma sistemlerinin bir bölümü olarak yararlanılır (Arceivala, 2002).
Doğal sulak alanlarda en çok rastlanan bitki türleri şunlardır:
Acer negundo, Acorus calamus, Anus serrulata, Carex spp., Ceratophyllum
demersum, Cyperus esculantus, Eichhornia crassipes, Hydrocotyle umbellata, İris
veriscolor, İuncus effusus, Lemna minor, Nuphar luteum, Nyssa sylvatica,
Phragmites australis, Pondetria cordata, Populus deltoides, Potamogeton nodosus,
Sagittaria latifolia, Salix nigra, Scirpus americanus, Scirpus validus, Sparganium
eurycarpum, Ttaxodium distichum, Typha latifolia (Knight, 1992).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
19
1.3.2 Yapay Sulakalanlar
Yapay sulak alanlar ya özel değeri olan vahşi hayatın korunması amacıyla ya
da atık su arıtımı, maden drenajı veya yağmur suyu drenajı amacıyla insanlar
tarafından inşa edilirler. Yapay sulak alanlarda köklü bitkilerde yaşar. Ancak
sivrisinek probleminden ve kötü koku oluşmasından korunmak için yüzen bitkiler de
tercih edilir (Arceivala, 2002).
Şekil 1.4. Yapay sulakalan sisteminin basit olarak görünüşü (Yılmaz, 2003)
Yapay sulakalanlar doğal sulakalanların arıtma kabiliyetlerinin tamamını
gerçekleştirebilen, ayrıca doğal sulakalanlara atıksu deşarjdaki sınırlayıcı engellerin
olmadığı ve arıtım hedeflerine göre dizayn edilebilen sistemlerdir. Şekil 1.4 Yapay
sulakalanlarda organik maddenin ayrışması bitki ile bakterinin ortak yaşamı ile
gerçekleşmektedir. Bu reaksiyonlarda fotosentezle oksijen üretilirken bu oksijen hem
bitkilerin solunumuyla tüketilir hem de aerobik ve anaerobik bakteriler tarafından
organik maddelerin ayrışmasında kullanılır. Aerobik ve anaerobik sıvı kısımda
askıda yaşayan ve sedimentlerde, döküntülerde, ara yüzeylerde ve suya batık bitki
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
20
köklerinde biyofilm halinde yaşayanlar olmak üzere iki çeşittir (Metcalf ve Eddy,
2000; Metcalf ve Eddy, 2004 ). Yapay sulak alanlarda organik maddelerin ayrışması
bitki ile bakteri arasındaki ortak yaşam neticesinde oluşmaktadır. Bu reaksiyonlarda
fotosentezde oksijen üretilirken bu oksijen hem bitkilerin solunumuyla tüketilir, hem
de aerobik veya fakültatif bakteriler tarafından girişteki organik maddelerin
ayrıştırılmasında kullanılır. Bakterilerce organik maddelerin ayrıştırılması sonrası
karbondioksit ve amonyak bileşikleri oluşurken bunlar bitkiler tarafından
kullanılmaktadır (Epa, 2000).
Yapay sulak alanlar, aşağıda belirtilen maksatlarla kullanılırlar:
• Yerleşim birimlerinde septik tanklardan (veya imhoff tanklarından)gelen
atıksuları arıtılması.
• Yüksek deşarj standartlarını sağlamak amacıyla, havalandırmalı lagünlerde
veya konvansiyonel arıtma tesislerinde arıtılmış atıksulara üçüncü derece
arıtma sağlanması.
Bu tip arıtmanın hangi büyüklükte nüfuslara uygulanacağı, mevcut arazi
durumu, iklim, zemin şartları ve diğer faktörlere bağlıdır (Arceivala, 2002).
Yapay sulak alanların tasarımında dikkat edilecek hususlar aşağıdaki şekilde
sıralanabilir.
• Topografya,
• Toprak özellikleri,
• Taşkın tehlikesi,
• Mevcut toprak kullanımı,
• Klima gibi özelikleri barındıran yer seçimi,
• Gerekli ön arıtma işlemleri
• Bitki seçimi
• Kullanılacak olan tasarım parametreleri
Yapay sulak alanların kullanarak yapılan atıksu arıtma sistemleri genellikle
iki şekilde sınıflandırılır (Crites, 1995):
• Serbest Yüzey akışlı sistemler,
• Yüzeyaltı (subsurface) akışlı sistemlerdir.
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
21
1.3.2.1. Serbest Yüzey Akışlı Sulakalanlar
Su derinliği 0,1-0,6 m. tabanı az geçirimli bariyer veya zemin olan üzerinde
bitkiler yaşayan havuz ya da kanal biçimindeki sistemlerdir. Bitkilerin asp, gövde ve
kökleri ile akım yavaş ve düzenlidir. Hidrolojik rejimi doğal sulakalanlara
benzememektedir. Bu sulakalanlar içerisinde tüm bitki türleri yaşayabilmektedir.
Genellikle ikincil veya ileri arıtım amaçlı dizayn edilir. Genelde fakültatif lagünlere
benzer olsalar da sığ olanları aerobik lagünlere benzerdir. Bitkilerden dolayı net
karbon üretimi fakültatif havuzlardan daha yüksektir. Şekil 1.5 da yüzey akışlı
sulakalanlar gösterilmiştir. Çizelge 1.8’de serbest su yüzeyli sistemlerin dizayn
parametreleri verilmiştir (Kadlec ve ark., 1996).
Şekil 1.5 Serbest yüzey akışlı sulakalanlar (Kadlec ve ark., 1996)
Şekil 1.5. Serbest yüzey akışlı sulakalanlar (Kadlec ve ark., 1996)
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
22
Çizelge 1.8. Serbest su yüzeyli sistemlerin dizayn parametreleri Dizayn Parametreleri
Bekleme Zamanı (gün) 2-5 BOİ; 7-14 Amonyum
BOİ yükleme hızı (1b.ac/day) <100
Su derinliği (m) 0,1-0,6
Görünüm oranı 2:1 veya 4:1
Bitkisel alan(%) 70-100
Hasatlama sıklığı(yıl) 3-5
Beklenen Çıkış Kalitesi
BOİ (mg/L) <15
Akm(mg/L) <15
TN(mg/L <10
TP(mg/L) <5
1.3.2.2. Yüzey Altı Akışlı Sulakalanlar
Yüzey altı akışlı sulakalanlar, az geçirimliliğe neden olacak şekilde çakıl ve
taşların, bitkilerin içinde bulunduğu kanallardan oluşur. Yüzey altı akışlı sulakalanlar
aynı zamanda “kök bölgeli” ya da “çakıl-su kamışı filtreleri” olarak da tanımlanırlar.
Bu sistemler veya ileri arıtım amaçlı dizayn edilir (Metcalf ve Eddy, 1991). Yüzey
altı akışlı sistemler yüzey akışlı sistemlere nazaran daha düşük bir alan gerektirirler
ve koku ve sivrisinek problemine neden olmazlar. Yüzey altı akışlı sulakalanlara ait
bir sistem Şekil 1.6’de gösterilmiştir.
Şekil 1.6. Yüzey altı akışlı sulakalan (Cooper, 1993)
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
23
Yatay yüzey altı akışlı sulakalanlar, en yaygın kullanılan sistemlerdir. Yüzey
altından giren atıksu çıkış bölgesine ulaşana kadar gözenekli yatak malzemesi içinde
yavaş akarken aerobik ve anaerobik bölgelere temas eder. Aerobik bölge olarak
belirtile yerler substrat ortamına oksijen transferi yapan köklerin yakın çevresidir.
Çizelge 1.9’da ekilmiş sulak alan tasarım parametreleri verilmiştir (Cooper ve ark.,
1996).
Çizelge1.9. Ekilmiş Sulakalan Tasarım Parametreleri (Cooper ve ark., 1996). Tasarım Faktörleri Tavsiye Edilen Tasarım Değerleri
SSY YAS Organik yükleme(kg BOİ5.ha-1) 80-110 80-120 Azot yükleme (kg.ha-1.gün-1) TN<60 TN<60 Hidrolik bekleme süresi(gün) 5-14 2-10 Hidrolik Yükleme(cm/gün) 2,5-5 6-8 Su Derinliği (cm) <10(sıcak aylarda)
<45(soğuk aylarda) 30-90
Uzunluk: En Oranı 2:1,4:10:1 0,25:1,5:1 Alan Gereksinimi (m2.m3.gün-1) 10-140 10-70 Konfigürasyon Birden fazla seri ve paralel
reaktör Birden fazla paralel reaktör
Düşey yüzey altı akışlı sulakalanlar, atıksuyun yüzeyinden geniş bir alana
uygulandığı ve tabana kadar düşey istikamette akması sağlandığı sistemlerdir.
Tabandaki drenaj sistemiyle atıksu toplanır. Hızlı drenaj ile atıksu hacmine eşit
miktarda hava çekilerek yatak çok iyi oksijenlendirilmiş olur. Bu da BOİ ve
amonyak giderimini arttırır (Cooper ve ark., 1996). Günümüzde, kullanılan
fizikokimyasal arıtma tekniklerinin çoğu, aşırı derecede kirlenmiş suların doğal
arıtma sistemlerinde meydana gelebilecek arıtım yöntemleri aşağıda verilmiştir
(Dirim, 2006).
1. Bitki ile giderim: Toprakta ve sudaki metal ve organik madde gibi
kirleticilerin giderilmesi amacıyla bitkilerin kullanılmamasıdır. Bitkiler
kirleticileri alarak toprak üstündeki sürgünlerine depo ederler.
2. Bitki ile süzme: Sudaki veya sıvı atıklardaki metallerin veya diğer
kirleticilerin bitki kökleri veya süngerleri kullanılarak emilmesidir. Hava ile
etkileşen sularda yetişen bitkilerde bitki kökleri veya sürgünleri sudaki zehirli
metalleri emer ve değiştirir.
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
24
3. Bitki ile sabitleme: Bitkiler, topraktaki kirleticileri sabit hale getirerek,
havaya geçmesine yada kirleticilerin toprağın yıkanması sonucu derinlere ve
oradan da yeraltı sularına karışmasına engel olur.
4. Bitki ile buharlaştırma: Kirleticilerin uçucu hale getirilmesi için bitkilerin
kullanılmasıdır. Bitkiler uçucu kirleticileri (selenyum, civa vb.) topraktan
alarak yaprakları vasıtasıyla buharlaşmalarını sağlar.
5. Bitki ile değişim: Bitki köklerinin ve bitkilerle birlikte toprakta yaşayan
mikroorganizmaların, organik kirleticilerin parçalanmasında kullanılmasıdır.
Sucul bitkilerle arıtım sistemlerinin temel biyolojik bileşenleri; yüzücü
bitkiler, batık bitkiler, köklü bitkiler, balıklar, diğer hayvanlar ve planktonik
organizmalardır. Bu arıtım sistemleri serbest akışlı sulak alan sistemlerine benzerdir.
Havuz derinliği sulak alanlardan daha fazladır (0,5-1,8 m). sivrisinek kontrolü ve
arıtma kabiliyetindeki artışı sağlamak için ilave olarak havalandırma yapılır. Yüzücü
bitkiler, lagün ve strabilizasyon havuzlarının çıkış suyundaki alglerin gideriminde
kullanılabilir. Sucul bitki sistemleri için yıllı hidrolik yükleme alan gereksinimi sulak
alan sistemleri ile aynıdır (Yılmaz, 2003).
Son zamanlarda yapılan araştırmalarda sucul bitkilerin atıksudaki patojen
mikroorganizmaları ve kirleticileri yok ettiği gözlenmiş, bu özelliğe sahip bir çok
bitki incelenmiştir (Kadlec ve Knight, 1996). Bunların arasında özellikle etkili
olanlar Phragmites ve Typha latifolia olarak bilinen kamış ve su kamışı türleridir.
Bunlar geniş bir biomasa sahiptirler. Yaprak, gövde ve kök sistemleri vardır. Kök
organları toprak bağlayabilen, topraktaki besin ve iyonları bünyesine sağlayabilen
geniş bir yüzey alanına sahiptir. Ayrıca organları düşey ve yatay yönde gelişir.
Bitkideki damarlar havayı yapraklardan kök ve toprağa iletir. Aerobik
mikroorganizmalar kök etrafında ince bir tabaka oluştururken, anaerobik
mikroorganizmalar altında ürerler (Shutes, 2001).
Su bitkisi içeren bir sistemin besin maddesi giderim etkinliği, kullanılan su
bitkisinin tipine, bitkinin büyüme hızına, suyun besin maddesi içeriğine ve sudaki
fizikokimyasal arıtıma bağlıdır (Reddy, 1987).
Sucul bitkilerle arıtma sistemlerinin kontrolünde dikkat edilmesi gereken
önemli etkenler; bitkilerin hasat edilme sıklığı, sivrisinek problemi ve alg
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
25
oluşumudur. Bitki hasat edilme gerekliliği su kalite özelliklerine, bitkilerin büyüme
hızına ve buğday biti gibi zararlıların üreme hızına bağlıdır. Besi maddelerin yüksek
oranda giderilebilmesi için sucul bitkilerin sürekli hasat edilmeleri gereklidir.
Örneğin; su sümbülleri her üç yada dört haftada bir hasat edilir. Sadece sık hasat
edilme ile önemli derecede fosfor giderimi sağlanır. Buğday biti (Weevil) su
sümbülü popülasyonunun sağlığı için önemli bir sorun oluşturur. Su sümbülü
kolayca kompost edilebilir. Su mercimeğinin ise sıcak zamanlarda haftada bir kez
hasat edilmesi istenilebilir. Ayrıca su mercimekleri hayvan yemi olarak da
kullanılabilir (Dirim, 2006).
Sucul arıtma sistemlerinde sivrisineklerin üremesi, böyle sistemlerin
kullanılmasına izin verip verilmeyeceği konusunda kritik bir faktördür. Sivrisinek
populasyonunun kontrolü şu stratejileri içerir (Yılmaz, 2003).
1. Sivrisinek balıkları (Gambusia spp.) yetiştirilen göller.
2. Toplam organik yükü azaltıcı daha etkili bir ön arıtma, aerobik şartlara yardım
amacıyla yapılabilir.
3. Geri besleme yapılabilir.
4. Bitkiler daha sık aralıklarla hasat edilebilir.
5. Akşam saatlerinde bitkiler üzerinde su spreylemesi yapılabilir.
6. Kimyasal ve biyolojik kontrol ajanları uygulanabilir.
7. Havalandırma ekipmanları ile oksijen difüzyonu yapılabilir.
Bitki ile iyileştirmede kullanılacak bitkilerin özellikleri aşağıdaki gibidir (Dirim,
2006).
1.Yüksek metal ve kirlilik düzeylerinde yaşabilmeli.
2.Hasat edilebilen kısımlarında yüksek düzeyde metal ve kirletici toplayabilmeli.
3.Hızlı büyüyebilme yeteneği olmalı.
4.Arazide çok miktarda biyokütle üretebilme potansiyeline sahip olmalı.
5.Güçlü ve zengin bir kök sistemi olmalıdır.
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
26
Sucul bitkilerle arıtım sistemleri, yüzücü bitkiler kullanılan sistemler ve batık
bitkiler kullanılan sistemler diye iki bölüme ayrılır. Sucul bitkiler ile ilgili genel
görünüm Şekil1.7.’de verilmiştir (Stowell ve ark., 1981).
Şekil 1.7. Sucul Bitkiler (Stowell ve ark., 1981).
Su bitkileri havuzlarında su bitkilerinin ve serbestçe yüzen makrofitlerin
yaşaması teşvik edilir. Bu bitkilerin havuzlarda yetiştirilmesinde ki, gaye ağır
metalleri, fenolleri, pestisidleri, nütrientleri, vs. gidermeleri ve kaliteli arıtılmış su
sağlamalarıdır. Su bitkileri sistemleri Şekil 1.8 de gösterilmektedir (Arceivala, 2002).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
27
Şekil 1.8. Su bitkileri sistemleri (Arceivala, 2002).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
28
Sucul bitkilerle arıtım sistemlerini yüzücü bitkiler, batık bitkiler, köklü
bitkiler, balıklar ve diğer hayvanlar ile planktonik organizmalar oluşturur. Bu
sistemler serbest akışlı su tarlalarına benzerler. Ancak sinek kontrolü ve arıtma
verimini arttırmak için ek olarak havalandırma yapılır. Bu sistemler genel olarak iki
ana grupta incelenebilir (EPA, 1988).
Evsel ve endüstriyel atıksıların arıtılması için son yıllarda geliştirilen pek çok
yöntemin yanında, özellikle iklimi sıcak ve güneşlenme süresinin uzun olduğu
yörelerde, yüzen su bitkilerinin kullanılması giderek yaygınlaşmaktadır. Bu
bitkilerden en iyi verimi almak için ortam şartlarının devamlı korunması
gerekmektedir. Bu bitkilerin atıksulardan besi maddesi giderim etkinliği bitki türüne,
çalışma koşullarına, beslenme suyuna ve çıkış suyu kalitesine bağlıdır (Yılmaz,
2003).
Çizelge 1.10. Atık su ortamında yaygın olarak kullanılan Sucul Bitkilerin ortam
koşulları (Yılmaz, 2003)
Yüzücü bitkiler kullanan sistemlerde fotosentez bitkinin hemen suyun üst
tarafındaki kısım tarafından gerçekleşir. Kökler ise filtrasyon ve bakteri filmi için
uygundur. Köklerin gelişimi suyun derinliğine ve besi maddesine bağlıdır. Bu
faktörler arıtma verimini etkiler. Yüzücü bitkiler suyun yüzeyini kapladıkları için alg
oluşumunu engellemiş olurlar. Bilinen yüzücü bitkiler su mercimeği, su sümbülü, su
eğreltisi, su nilüferi, su maruludur (Epa,1988).
BİTKİ Yayılım Sıcaklık ºC Max. Tuzluluk Toleransı (Mg/L)
Optimum pH
Su sümbülü Eichornia crass
G.Amerika 20-30 10 800 5-7
Su Mercimeği Lemna minor Lemna gibba Wolfia spp.
Amerika 20-30 5 3500 5-7
Su Eğreltisi Azolia caroliniana Azolina filculoides
Amerika >10 5 2500 3,5-7
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
29
Su sümbülü
Kök sistemlerinin çok geniş olması nedeniyle mikroorganizmalar için geniş
temas yüzeyi sağlayabilen su sümbülü dik, yuvarlak ve parlak renklere sahip uzun
ömürlü bir tatlı su bitkisidir. Su sümbülü sistemleri BOİ, AKM ve azot gideriminde
yüksek bir kapasiteye sahiptir ve ağır metalleri, toksik maddeleri, organik maddeleri,
herbisitleri ve iz organikleri önemli ölçüde giderebilirler. Fosfor giderimi, bitkinin
ihtiyacı ile sınırlıdır ve genellikle %50-70’i geçmemektedir (Schwitzguebel, 2001).
Organik maddelerin parçalanmasının ve azotun mikrobiyal
denitrifikasyonunun,aynı zamanda gerçekleştiği birleşik ikincil ve üçüncül arıtma
sistemleridir.n su sümbülü ile oluşturulan sistemlerde askıda katıların büyük bir
kısmı çökelme ve sonrasında havuz içerisinde parçalanma ile giderilir (Schnoor,
1997).
Şekil 1.9. Su bitkileri havuzunda su arıtımının kavramsal akım şeması (Arceivala, 2002).
Su sümbülü havuzlarıyla ilgili akım şeması şekil 1.9 verilmektedir. Bu
şemada da görüleceği gibi, atık su önce stabilizasyon havuzlarında veya
havalandırılmış lagunlarda arıtılır; daha sonra su bitkileri havuzuna verilir. Bu
havuzdan çıkan suyla birlikte sistemi terk eden yüzen cisimleri tutmak için, özel bir
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
30
ızgara kullanılır. Arıtılmış atıksu, ızgaralardan geçirildikten sonra alıcı ortama deşarj
edilir (Arceivala, 2002).
Lemna minor (Su Mercimeği)
Yapraksı gövdeler su yüzeyinde yüzücü, 1,5-4 mm, ovattan elipse kadar
hemen hemen simetrik tek veya kısa şeffaf sapçıklarla birbirine bağlı olarak birden
fazla alt yüzü şişkin değil mat kırmızımsı mavi: üst yüzü yeşil nadiren mat
kırmızımsı mavidir 0-1650 metreler arasında yayılım gösterirler.
Su mercimekleri, küçük yüzen su bitkileridir ve dünyanın pek çok yerinde
yetişirler. Bu bitkiler,botanikte Lemnaceae familyasına bağlıdırlar ve makrofitler
sınıfına girerler. Bu familyanın dört türü vardır. Bunlar: Lemna, Spidorela, Wolffia
ve Wolfiella’dır. Su mercimeği bitkisinin gövdesinde yaprak, sap veya başka özel bir
yapı yoktur. Sadece yüzmeye yakın bir gövde vardır (Şekil 1.10) . Sadece yüzmeye
uygun bir gövde vardır. Laboratuvar çalışmalarında 27 C º sıcaklıkta, su
mercimeklerinin her dört günde bir iki misline çıktıkları saptanmıştır. Kuru
ağırlıkları 252 kg/ha’dır (Arceivala, 2002).
Lemnaceae familyasının bir üyesi olan bu bitkinin kuzey yarımkürede 7 türü
bilinir. Lemna su yüzeyinde yüzen küçük bitkileri içine alan bir cinstir. Bu cinsin
türlerinde bitkiler belirgin veya belirgin olmayan saplı yapraksı gövdelerden
oluşmuştur. Bitki yeşil renkteki çiçeklerini yaz döneminde açar. Torbalarda çiçek
tomurcuklarının yanı sıra kış tomurcukları da bulunur. Kış sürecinde bu tomurcuklar
suyun dip kısmında kalır ve ilkbaharla birlikte yeni bitki gelişerek su yüzeyinde
yüzmeye başlar (Zeren ve Uysal, 1998).
Su mercimekleri, küçük, yeşil genişliği bir veya birkaç milimetre ve kökleri 1
cm civarında olan tatlı su bitkileridir. Bu bitkiler nütrient içeriği yüksek tatlı sularda,
su yüzeyini ince bir tabaka halinde kaplayarak gelişirler.
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
31
Şekil 1.10. Bazı tipik su mercimeği çeşitleri
Atıksu artımında kullanılan en yaygın türleri Lemma sp., Spriodela sp. ve
Wolfa sp.’dır. bu bitkiler 5-7° C kadar düşük su sıcaklıklarında ve 1-3° C’den daha
düşük hava sıcaklıklarında gelişebilirler (Zeren ve Uysal, 1998).
Su mercimekleri ise; soğuğa karşı daha da hassastır ve 7 ºC’ye kadar olan
sıcaklıkta yetişebilir. Yüzücü sucul bitki arıtım sistemlerinde beklenen çıkış kalitesi
ve dizayn kriterleri Çizelge1.11.de verilmiştir.
Bu bitkiler su yüzeyinden daha kolay hasat edilebilirler. Bir atıksu
havuzundaki tipik yoğunluğu 1.2-3.6 kg/m2 (ıslak ağırlık) olarak değişmektedir. Su
yüzeyindeki yoğunluğun sıcaklıkla, besi maddesi içeriğine ve hasat sıklığına bağlıdır.
Su sümbülleriyle karşılaştırıldığında hasat edilen biyokütlenin besi maddesi azot ve
fosfor içeriği daha yüksektir.. Yapılan araştırmalar atıksularda yetiştirilen su
mercimeklerinin protein azot ve fosfor içeriği doğal sulardaki su mercimeklerinden
daha fazla olduğunu ortaya koymuştur. Bunun sebebi, atıksu besi maddesi içeriğinin
daha fazla olması ve yapılan hasat edilme işlemi sonucu bitki ortamının sürekli genç
kalmasıdır (Yılmaz, 2003).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
32
Çizelge 1.11. yüzücü sucul bitki arıtım sistemlerinden beklenen çıkış kalitesi ve
dizayn kriterleri (Yılmaz, 2003). Yüzücü Bitkiler Arıtım Sistem Tipi Sistem İklicil aerobik
(havalandırmasın)
İkincil aerobik (havalandırmalı)
Besi maddesi giderimi Aerobik (havalandırmalı)
Su mercimeği arıtım sistemleri
Tipik dizayn kriterleri Giriş atıksuyu Elenmiş veya
çökertilmiş Elenmiş veya çökertilmiş
İkincil Fakültatif göl çılışı
Su derinliği (cm)
45-90 90-120 60-90 120-180
Bekleme zamanı (gün)
10-36 4-8 6-18 20-25
BOİ5 yükü Kg*gün/ha
45-90 170-340 11-44 22-33
Hidrolik yükleme hızı (Mgal/ac.d
0,02-0,06 0,10-0,30 0,04-0,16
0,06-0,09
Su sıcaklığı(ºC)
>10 >10 >10 7
Hasat programı
Yılda 1 kez Ayda 2 kez Ayda 2 kez İkincil arıtım için aylık, besi maddesi arıtım için haftalık
Beklenen çıkış kalitesi BOİ5 (mg/lt) <20 <15 <10 <30(<10) AKM (mg/lt) <20 <15 <10 <30(<10) TN (mg/lt) <15 <15 <5 <15(<5) TP(mg/lt) <6 <1-2 <2-4 <6(<1-2)
Su mercimekleri ile arıtma sistemlerinde görülen en önemli problemlerden
birisi rüzgar etkisiyle su mercimeklerinin belli bir bölgeye yığılmasıdır. Belli bir
bölgeye biriken bitkiler zamanla ölürler. Bu bitkilerin çürümesiyle koku oluşur.
Büyük sistemlerde bunun için yüzücü bariyerler kullanılmaktadır. (Arceivala, 2002).
Şekil 1.11, 1.12 ve 1.13 de Lemna minor’un yapısı ve doğadaki bulunuş
şekilleri görülmektedir.
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
33
Şekil.1.11. Lemna minor (www.waldhang.de)
Şekil.1.12. Lemna minor (www.kuleuven-kortrijk.be)
Şekil.1.13. Lemna minor ün doğadaki görünüşü (www.ulsamer.at)
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
34
Lemna minor’ün yararları aşağıda maddeler halinde verilmiştir (Eremektar ve
ark., 2005).
• Evsel atık suların arıtılması
• Yüksek oranda protein içermesi nedeniyle (kuru ağırlığının %30 u) kümes ve
çiftlik hayvanları için alternatif ucuz ve kolay temin edilebilecek bir yem
kaynağıdır.
• insana zararlı bütün mikropların sulardan arındırır
• Düzenli olarak seyreltildiğinde suyun biyolojik arıtımına hizmet eden çok
yararlı bir nitrat filtresi görevini görür.
• Japon balıkları bu bitkiyi severek yerler.balıklar yuva yapar .
• Estetik açıdan düşünüldüğünde ise, bu bitkiler yüzeyde sık ve yeşil bir örtü
oluşturarak güzel bir görünüm oluşturmaktadır.
Su mercimeğine dayalı arıtma sistemlerinde atıksu genellikle sisteme
girmeden önce bir ön arıtmaya tabii tutulur. Ön arıtma olarak aşağıdan yukarı akışlı
anaerobik çamur battaniyesi (AAÇB) veya bunun gibi bir anaerobik proses şekil 1.13
(a), yada havalandırmalı lagunlar veya alg stabilizasyon havuzları gibi aerobik
/fakültatif bir proses şekil 1.13 (b) gibi kullanılabilir. Her iki durumda da, su
mercimeği havuzuna gelen atıksuyun aşağıdaki parametrelerin sınırları içerisinde
tutulması tavsiye edilir.
• Biyokimyasal oksijen ihtiyacı(BOİ) ≤ 80 mg/l
• Amonyak(NH3) ≤ 50 mg/l
• Hidrojen iyonu konsantrasyonu ≤ 9.0 mg/l
• Toplam askıda katı madde (TSS) ≤ 100 mg/l
• Toplam çözünmüş katı madde(TDS) ≤ 100 mg/l
Şekil 1.14 ‘te sıcak iklimlerdeki su mercimeğine dayalı arıtma sistemleri için iki akım şeması verilmektedir (Arceivala, 2002).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
35
Şekil 1.14. Su mercimeğine dayalı atıksu arıtma sistemleri için tipik akım şemaları
(Arceivala, 2002).
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
36
Arzulanan kalitede arıtılmış elde etmek için gerekli alıkoyma süresi ve bu
konuda laboratuvar ve arazi çalışmaları sonucunda elde edilen değerler Çizelge
1.11’de verilmektedir (Arceivala, 2002).
Çizelge 1.11. Su mercimeğine dayalı parametrelerin yaklaşık değerleri
(Arceivala,2002).
* Tesbit edilemeyecek kadar küçük
Lemna minor’ün tercih edilmesindeki sebepler aşağıda maddeler halinde
verilmiştir (Eremektar ve ark., 2005).
• Su mercimekleri’nin büyüme hızı çok yüksektir.
• Su mercimekleri yüksek besin değerine sahiptir. Bunun sebebi ,metabolik
olarak aktif dokular içermeleridir.
• Su mercimeği hasatı kolaydır. Atık suda başarıyla gelişirler ve parçalanabilir
kirleticileri doğrudan proteince zengin biyokütlelere dönüştürürler.
Hindistan’da balık yetiştirilen ilk tesis, 1995 yılında Madras yakınlarında
Pondicherry kentinde dünya bankası desteğiyle yapılmıştır. Bangladeş’te 1990
yılından beri su mercimeği havuzları kullanılmakta ve bu havuzlardan hasat edilen su
mercimeği bitkileri, balık yemi olarak kullanılmaktadır. Yine Bangladeş’te hastane
atıklarının arıtıldığı bu tip bir havuz daha vardır. Tayvan’da , Çin’de, ABD-
Kaliforniya’da ve başka yerlerde de su mercimeği havuzları bulunmaktadır.
Parametrelerin yaklaşık değerleri Su mercimeği Havuzuyla arıtma BOİ TSS TKN Ağır metaller (mg/l)
(mg/l) (mg/l) (mg/l) As Cu Ni Havuza gelen suda 60-70 100-120 35-40 10 15 15
Arıtılmış atıksuda 7 gün sonra 40-50 60 20 12-13 gün sonra 20-25 30 10 20 gün sonra 5-6 < 10 <5 4 * 0,9
1.GİRİŞ Rabia Okşan ARTAN
37
Fakat, ABD ve AB (Avrupa Birliği) şartnamelerinde atıksu ve atıksu ile üretilen yan
ürünlerin besin zincirine girmesi yasaklanmıştır. Hatta, toplanacak su mercimeğinin
ve bunun kompostosunun süs bitkileri yetişen alanlarda zeminin ıslahında
kullanılması da yasaktır. Bu sınıflandırmalar, Hindistan ve Çin gibi ülkelerde yoktur
(Arceivala, 2002).
Batık Bitkiler
Bu bitkiler için uygun su sıcaklığı 10-25ºC’dir. Suda asılı olarak veya
sedimente köklü olarak bulunabilirler bu tür bitkilerin ekolojileri ve morfolojileri çok
fazla değişiklik göstermemektedir. Rosette tipi, düşük üretkenliğe sahip olup yalnızca
oligotrofik sularda (örneğin; İsoetez lacustris ve Lobelia dortmanna)
büyüyebilmekte, “Eloedid” tipi ise daha yüksek üretkenliğe sahip olup ötrofik
sularda (Örneğin: Elodea canadensis) yaşamaktadır. Bu tür bitkiler kirletilmiş
sulardaki besi maddelerini asimile edebilmektedirler ve yalnızca oksijen
kazandırılmış sularda çok iyi üreyebilmektedirler (Yılmaz, 2003).
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Rabia Okşan ARTAN
38
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
2.1.Sulakalanların Türkiye’deki ve Dünyadaki Yeri
T.C Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğünün himayesinde başlayan ‘Doğal
Arıtma Projesi’ çok düşük maliyetle, doğal arıtma sağlamakta, kırsalda atık kirliliğini
önlemekte ve ekonomiye katkı sağlamaktadır.
Atıksuların arıtılması konusunda “Yapay Sulak Alanlar” veya “Ekili Sulak
Alanlar” olarak da bilinen Doğal Arıtma yöntemine 2004 yılından bugüne kadar 43
köyde uygulamalar gerçekleşmiştir. 174 köyde de daha çalışmalar devam etmektedir.
Doğal Arıtma Projesi’nin uygulandığı 43 köyden 4’ü Konya’dadır.
Ayrıca, Ilgın Kapaklı, Akşehir-Çamlı, Tuzlukçu-Erdoğdu köylerinde Doğal
Arıtma Projesi inşaatları tamamlanmış, bitkilendirme çalışmaları da bitmek üzeredir
(http://www.khgm.gov.tr/aritma_prj.htm).
Şekil 2.1.Yapay sulak alanın görüntüsü (http://www.khgm.gov.tr/aritma_prj)
Ankara- Haymana-Dikilitaş Köyü Yapay Sulak Alanı
T.C Tarım Bakanlığı Köy Hizmetleri tarafından inşa edilen ilk sulak alan
projesi Dikilitaş köyünde gerçekleşmiştir. 2000 yılı sayımına göre nüfusu 455 kişi
olan köyün kanalizasyon sistemi 500 ve 250 kişi kapasiteli olmak üzere iki adet
fosseptikle sona ermektedir. İlk aşamada 250 kişilik fosseptik çıkışına bir yapay
sulak alan inşa edilecek, denendikten sonra gerekli düzeltmeler yapılarak 500 kişilik
fosseptik çıkışında da bir sulak alan yapılacaktır (Eremektar ve ark., 2005).
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Rabia Okşan ARTAN
39
Ortadoğu Teknik Üniversitesindeki Pilot Uygulama Çalışması
ODTÜ kampüsünde evsel atıksuların arıtımada kullanılacak olan kampus
içerisindeki 90 m2 lik alanı kaplayan, farklı dolgu malzemelerinden yapılmış iki tane
sulak alan inşa edilmiştir. Bu sulak alanlardan biri aşağı dikey akışlı, diğeri ise yatay
akışlıdır. Bu sulak alanlarda Dünya’daki diğer örneklerle peformansını kanıtlamış
kargı ( Phragmites australis) bitkisi kullanılmaktadır (Eremektar ve ark., 2005).
Paşaköy Arıtma Tesisi İçinde İnşa Edilmiş Yapay Sulak Alan
İstanbul Paşaköy arıtma tesisi içinde inşa edilmiş olan yapay sulak alan ile
İstanbul’da mevcut su temin edilen yüzeysel kaynaklarda su kalitesinin
korumaktadır. Atıksu arıtma tesisi çıkış suyu ile beslenen, birbirinden ayrı üç tane
sulak alan sistemi vardır. Yüzeyaltı akışlı bir sistemdir. Sinek ve koku problemi
yoktur. Su dağıtımı borularla yapılmakta olup zeminin geçirimsizliği kille kaplanarak
sağlanmaktadır. Dolgu malzemesi olarak çakıl taşı ve bitki olarak da köklü bir bitki
olan Cyperus yani bilinen adıyla Japon şemsiyesi kullanılmıştır. Japon şemsiyesi yaz
aylarında yeşil olup, boyu 1.5-5m civarındadır. Estetik açıdan güzel bir görüntü
oluşturmaktadır. Fakat kış aylarında Japon şemsiyesi bitkisi hasat edilmiş ve soğuk
hava şartlarından dolayı sararmış durumdadır (Eremektar ve ark., 2005).
Ömerli’deki Baraj Suyunu Koruma Amaçlı İnşa Edilen Pilot Ölçekli Yapay
Sulak Alan
Bu yapay sulak alanın yapılamasında ki amaç, Ömerli’ deki baraj suyunu
noktasal ve yayılı kaynaktan gelen kirleticilerden korumak, büyük miktarlardaki
suyu Ömerli’ye geri kazandırmaktır. Yapay sulak alan birbirine seri bağlı
sistemlerden oluşmaktadır. Birinci sistem yüzeyaltı akışlı olup bu sistem için dört
tane tank kullanılmıştır. Bu dört tankın çıkış suyu ikinci sisteme yani beşinci tanka
verilmektedir. İkinci sistem serbest yüzey akışlıdır ve bu sistemin çıkış suyu da
üçüncü sisteme yani altıncı tanka verilmektedir. Üçüncü sistem ise serbest yüzey
akışlıdır. birinci sistemde Cana, Cyperus, Typhia,Juncus gibi köklü bitkiler, ikinci
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Rabia Okşan ARTAN
40
sistemde ise yüzücü bitkiler olarak Lemna, Pistia, Salvina ve üçüncü sistemde ise
batık bitkilerden Elodea, Egeria gibi bitkiler kullanılmıştır (Eremektar ve
ark.,2005).
İzmir-Torbalı-Korucuk Köyü Yapay Sulak Alan Tesisi
Korucuk Köyü’nde kanalizasyon ve fosseptik mevcuttur. Atıksu, tesise
girmeden önce dört haneli bir fosseptik çukuruna gelmektedir ve bu dört haneli
fosseptik ön çökelme tankı görevi yapmaktadır. Doğal arıtma olarak fosseptikten
çıkan atıksu yüzey altı yatay akışlı yapay sulak alana verilmektedir (Eremektar ve
ark., 2005).
İzmir-Torbalı-Çakırbeyli Köyü Yapay Sulak Alan Tesisi
Çakırbeyli köyünün kanalizasyonu ve fosseptiği mevcuttur. Yüzey altı yatay
akışlı bir yapay sulak alan tesisi yapılmıştır. Yüzey altı akışlı sistemlerde koku ve
sivrisinek sorunu olmaması tesisin yüzey altı akışlı seçilmesinde önemli bir etkendir..
Bu dört haneli foseptik ön çökelme tankı görevi yapmaktadır. Zemin geçirimsizliği
sağlamak amacıyla ilk olarak kil malzeme ile kaplanmıştır . Kullanılan bitki
Vetivergras saçak köklü bir bitki dir (Eremektar ve ark., 2005).
Manisa-Akhisar-Sakarkaya Köyü Yapay Sulak Alan Tesisi
Sakarkaya Köyü’nde kanalizasyon şebekesi ve fosseptik mevcuttur. Atıksu
fosseptikten çıktıktan sonra yüzeyaltı yatay akışlı yapay sulak alan tesisine
girmektedir (Eremektar ve ark., 2005).
Manisa-Saruhanlı-Yeni Osmaniye Köyü Yapay Sulak Alan Tesisi
Yeni Osmaniye Köyü’nde kanalizasyon şebekesi ve fosseptik mevcut.
Fosseptikten çıkan atıksuyun yüzey altı yatay akışlı sisteme verilmesi planlanmıştır
(Eremektar ve ark., 2005).
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Rabia Okşan ARTAN
41
2.2.Literatürde Yapılan Çalışmalar
Yapılan bir çalışma da Kuzey Florida’da kirlenmiş bir alanda yetişen 36 adet
bitki (17 tür) değerlendirilmiştir. Bitki ve toprak ta kirliliğe neden olan metal
konsantrasyonlarını belirlemek için örnekleri alınıp analiz edilmiştir. Bitkilerdeki
yüksek biyokonsantrasyon faktörü (BCF, topraktan bitkinin köklerine ulaşan metal
konsantrasyon oranı) ve düşük transfer faktörü (TF, köklerden bitkiye geçen metal
konsantrasyon oranı) bitkisel stabilizasyon için belirlenmiştir. Örneğin Phyla
nodiflora bitkisi en etkin olarak bakır ve çinkoyu bünyesine almıştır (TF=12 ve 6.3)
(Yoon ve ark., 2006).
Mersin Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümünde yapılan bir çalışmada,
kadmiyum iyonlarının Lemna minor’ün büyüme hızına etkisi araştırılmıştır. Değişen
başlangıç pH’ı (4,5-8,0), sıcaklığı (15-35ºC) ve kadmiyum iyonu 0,005-20,5 ppm
olarak araştırılmıştır. Bitkinin zamana bağlı frond sayısı değişiminden kinetik model
çıkarılmış ve birinci dereceden reaksiyon kinetiğine uyduğu saptanmıştır. Elde edilen
sonuçlar neticesinde kadmiyum iyonlarının Lemna minor için çok toksik olduğunu
be bitki büyüme hızını düşürdüğünü göstermiştir (Uysal ve Taner, 2007).
Kuvvetli metal bağlayıcı sentetik kimyasallar EDTA ( Etilen diamin tetra
asetik asit) ve EDDS (Etilen diamin disuksinikasit ) gibi metallerin çözünürlüğünü
arttırmakta ve metallerin bitkiler tarafından alınımını kolaylaştırmaktadır (Luo ve
ark., 2005).
Kuzey Dakota Üniversitesi, Kimya Mühendisliği bölümünde yapılan çalışma
da Kuzey Dakota’daki Devils gölünden alınan Lemna minor bitkisiyle atıksu arıtımı
çalışması yapılmıştır. Deney süresi 25 gündür ve Lemna minor 5.0 mg/l
konsantrasyonundaki kurşun elementine maruz bırakılmıştır. %70-80 oranlarına
verim sağlanmıştır (Rahmani ve Sternberg, 1999).
Yüzer bitki sistemlerine örnek vermek gerekirse Amerika’da su sümbülü ile
oluşturulan tam ölçekli bir arıtma sistemi kullanılmaktadır (EPA 2000., Reddy ve
DEBUSK, 1987). Bunu dışında Lemna ile benzer uygulamalar yapılmaktadır (EPA,
2000)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Rabia Okşan ARTAN
42
Çeşitli laboratuvar şartları altında Microspora (makro-alg) ve Lemna minör
(sucul bitki) kullanılarak kurşun ve nikel giderimi çalışılmıştır. Microspora kesikli
sistemde, Lemna minör ise yarı-kesikli sistemde test edilmiştir. Deneyde başlangıç
kurşun konsantrasyonları 0.0, 5.0, ve 10.0 mg/l ve nikel konsantrasyonları 0.0, 2.5,
ve 5.0 mg/l dir. Deney sonunda Lemna minor kurşunu %76 ve nikeli %82 oranında
gidermiştir. Microspora ile yapılan çalışmada başlangıçta 38 mg/l
konsantrasyonunda kurşun kullanılmıştır ve %95 oranında giderim verimi
sağlanmıştır (Axtell ve ark., 2003).
Atıksu arıtım sistemlerinde su mercimeklerinin (Lemna minor) nütrient
giderimindeki etkinliğinin araştırılması amacıyla, sucul bitkiler 40x20x15
boyutlarında iki adet havuz ile, bu iki havuzdan oluşan çalışma düzeneğinde
yetiştirilmiştir. Atıksu kaynağı olarak günlük hazırlanan sentetik atıksu kullanılmış
ve 3-6 gün alıkonulmuştur. Arıtma verimliliğinin belirlenmesi amacıyla giriş ve çıkış
sularında amonyak azotu (NH3-N), çözünmüş fosfor PO4-P,KOİ ve POİ5 değerleri
analiz edilmiş ve giderim değerleri oldukça yüksek bulunmuştur. PO4-P giderimi,
bitkinin ihtiyaçları ile sınırlı olduğundan diğer parametrelere göre daha düşük
çıkmıştır (Zeren ve Uysal, 1998).
Minnesota Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü’nde yapılan bir çalışma
da ise kesikli ve yarı kesikli reaktörler de Cladophora (alg) kullanılarak kadmiyum
giderimi çalışılmıştır. Kesikli ve yarı kesikli sistemde %80-94 oranlarında kadmiyum
giderimi sağlanmıştır. Deney sonucunda sadece %12.7 oranında kadmiyum reaktörde
kalmıştır (Sternberg ve Dorn, 2002).
Batık bir sucul bitkinin (Myriophyllum spicatum) ağır metalleri
adsorplayabilme karakteristikleri üzerine Çukurova Üniversitesi’nde bir çalışma
yapılmıştır. Bu çalışmada kurşun, çinko ve bakır için Myriophyllum spicatum’un
adsorpsiyon özellikleri araştırılmış ve sonuçlar diğer sucul bitkilerle
karşılaştırılmıştır. İlk grup adsorpsiyon çalışmalarından elde edilen veriler
gösterilmiştir. Metal biosorpsiyonunda hızlı olduğu görülmüş ve 20 dakika içinde
dengeye ulaşılmıştır. Diğer grup çalışmalarından elde edilen veriler Langmuir
modelinde uygulanmıştır. Maksimumu adsorpsiyon kapasiteleri (qmax). Cu2+ için
10,37 mg/g, Zn2+ için 15,59 mg/g ve Pb2+ için 46,49 mg/g’dir. Kurşun, çinko ve
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Rabia Okşan ARTAN
43
bakır için adsorpsiyon kinetik analiz edilmiş ve her metal için hız sabitleri
belirlenmiştir. Sonuç olarak, Myriophyllum spicatum’un ağır metal giderminde etkili
olduğu gözlenmiştir (Keskinkan ve ark., 2003).
Hindistan da yapılan bir çalışmada Salvinia ve Spirodela sucul bitkileri
kullanılarak krom ve nikel giderimi çalışılmıştır. Bütün konsantrasyonlarda en
yüksek giderim ilk iki günde gerçekleşmiştir. İlk iki günün sonunda giderim oranı,
1.0-8.0 ppm konsantrasyonlarında %56-96 dır.14 günün sonunda ise giderim oranı
%18-72 dir. Zamanla krom ve nikel giderim oranları sürekli olarak azalmıştır.
Benzer ölçümler krom ve nikelin karışımı olan deney grubunda da gözlemlenmiştir.
Giderim oranı, karışım halinde olan deney grubunda daha düşüktür. İlk iki günde
giderim oranı %35-83, deney sonunda ise %53-10 oranında değişir. Benzer sonuçlar
Chigbo (1982) ve Muramoto ve Oki (1983) tarafından yapılan çalışmalarda da rapor
edilmiştir (Srıvastav ve ark., 1993).
Su sümbülü destile su, Nil nehri suyu, atık su ve farklı ağır metal
konsantrasyonlarda ki sularda yetiştirilerek bu şartlar altında yaşam ve davranışları
incelenmiştir. Deneyin başında, sonunda ve deney süresince farklı ağır metallerin
(Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb ve Zn) konsantrasyonları, pH ve iletkenlik değerleri
ölçülmüştür. Su sümbülünün en çok köklerinde, 100 mg/L Pb çözeltisinde, destile su
ve Nil suyunda oldukça sağlıklı olduğu görülmüştür. 5, 7, 10, 50, 100 mg/L ağır
metal çözeltilerinde konsantrasyon artışına paralel olarak zamanla artan solmalar
olmuştur. 100 mg/L Cd çözeltisinde de bitkinin fazla yaşayamadığı gözlenmiştir.
Atık suda ise bitkinin fazla yaşayamadığı, bunun sudaki yüksek amonyak ve pH ile
çözülmüş oksijen azlığından gerçekleştiği tahmin edilmiştir. İletkenlik, ağır metal
konsantrasyonu ve maruz kalma süresindeki artışa paralel olarak artmıştır. pH ise
maruz kalma süresindeki artış ile azalma gösterilmiştir (Soltan ve Rashed, 2001).
Microspora (alg) ve Lemna minor (sucul bitki) ile laboratuar şartlarında
çözünmüş nikel ve kurşun giderim yeteneği incelenmiştir. Yapılan bu çalışma ile
düşük hacimde ve düşük konsantrasyonlarda ağır metal kirliliği bulunduğu zaman bu
kirliliğin suda yaşayan biyokütle ile giderilebildiği gösterilmiştir. Lemna minor
bitkisi ile nikel ve kurşun için 32 faktoriyel deneysel dizayn yapılmıştır. Microspora
için kesikli ve yarı kesikli proseste kurşun giderimi sağlanmıştır. Microspora 10
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Rabia Okşan ARTAN
44
günden fazla 39,4 mg/L kurşuna maruz bırakılmış ve kesikli sistemde kurşunun
%97’si, yarı kesikli sistemde de %95’i giderilmiştir. Microspora için kurşun 80
mg/L, Lemna minor için kurşun, 15 mg/L ve nikel, 8 mg/L öldürücü doz olarak
belirlenmiştir. Sonuçta Lemna minor ile kuşunun %76’sını ve nikelin %82’ni
giderilmiştir (Axtell ve ark., 2003).
Azolla caroliniana ile yapılan bir çalışmada ise belediye ye ait atıksular da
bulunan Hg2, Cr3 ve CrO24 ağır metallerinin giderimi çalışılmıştır. Deney 12 gün
boyunca devam etmiştir. Her bir ağır metal için 0.1, 0.5 ve 1.0 mg/l
konsantrasyonları çalışılmıştır. 0.1 mg/l konsantrasyonundaki Hg2 , deney sonunda
0.02 mg/l olarak ölçülmüştür. İlk gün sonunda Hg2 konsantrasyonu 0.05 mg/l ye
düşmüştür. Hg2 için deney sonunda her bir konsantrasyon da giderim oranları
sırasıyla %75, %93 ve %93 olarak bulunmuştur. Cr3 ise her bir konsantrasyon için
giderim oranları sırasıyla %91, %90 ve %74 ve Cr4 da ise her bir konsantrasyon için
giderim oranları sırasıyla %100, %84 ve %88 olarak bulunmuştur ( Bennicelli ve
ark., 2003).
Yüzey altı akışlı sulakalanların kullanımı ABD’de ve Almanya’da oldukça
başarılı olduğu görülmüştür. Yatay yüzey altı akışlı sulakalanlarla (küçük yatay akışlı
sulakalan, eğimli yatay akışlı sulakalan, geniş yatay akışlı sulakalan) dikey yüzeyaltı
akışlı sulakalanların (tabaka ve tabakasız) arıtma performanslarını karşılaştırmak
üzere bir araştırma yapılmıştır. Bu araştırmada, etkili bir ön arıtma ve büyük
miktarda (>50 m2/m3 gün) özel arıtma alanı olduğundan, TN e TP ve organik yükün
dikey ve yatay yüzey altı akışlı sistemlerle %90’dan daha fazlası giderilebildiği
görülmüştür. Yatay yüzey altı akışlı sulakalanların P giderimi için uzun dönemde
oldukça avantajlıdır (Luederitz ve ark., 2001).
Su zambağı (Nymphaeaceae) ile ağır metal gideriminin araştırılması üzerine
bir çalışma yapılmıştır. Bunun için su zambağının bazı bölgelerindeki salgı bezleri
incelenmiştir. Salgı bezleri, ışın mikroskobu ile rizom salgısında ve yaprağın ince
tabakalarının kenarında teşhis edilmiştir, köklerde ise gözlenmemiştir. Bu bezlerde
ağır metal birikimi tarayıcı elektron mikroskobu kullanılarak izlenmiştir. Deneyler,
gündüzleri olgunlaşmış yapraklardaki ince tabakalarda kalsiyum ve kadmiyum
birikimi olduğunu göstermiştir. Bu birikim herbisid tutunması ile olmuştur. Ağır
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Rabia Okşan ARTAN
45
metallerin birikimi su ve çamur ile temas eden bitki organlarındaki salgı bezlerinde
olmuştur. Böylece su zambaklarının kullanılması ile kirlenmiş çevreden ağır metal
giderimi mümkünlülüğünü arttırmıştır (Lavid ve ark., 2001).
TÜBITAK Marmara Araştırma Merkezi (MAM) kampusünde, Cyperus,
Cyperus spp., Canna, Paspalum Paspalodes ve Lolium bitkilerinin yalnız başlarına
veya dolgu malzemeleriyle birlikte kullanılmaları durumunda değişik artıma
sistemleri geliştirilmiştir. Birinci çalışmada ‘Bitkisel Filtre Sistemi’ adı verilen
Cyperus, Canna ve Paspalum Paspalodes’ in bulunduğu bir sistemde,azot ve fosfor
giderimi incelenmiştir. Eylül aylarında azot ve fosfor gideriminin maksimum olduğu
gözlenmiş ve toplam azot giderimi 0.5-2.6 g/m2.gün, PO4-P giderimi 0.1-0.4
g/m2.gün olduğu tespit edilmiştir. İkinci çalışmada bitkiler tarafından organik
karbon, azot ve fosfor gideriminin incelenmesi amacıyla ‘Geri Devirli Laboratuvar
Ölçekli Bitkisel Arıtma Sistemi’ arazi şartlarında incelenmiştir ( Ayaz, 1998).
Metal alınımı bitki türüne bağlı olarak da değişiklik göstermektedir. Kök
katyon değişim kapasitesi, kök yüzey alanı gibi özellikler metal alınımını
etkilemektedir (Jackson ve ark., 1990).
Yapılan bir çalışmada ise yüksek konsantrasyonlardaki bakır metalinin
yapraklarda senesense ve nekrotik lekelere neden olduğu saptanmıştır. Metal alınımı
devam ettikçe kök ve gövdenin yaş ve kuru ağırlıklarında azalma meydana gelmekte
ve bitki büyümesi yavaşlamaktadır (Lombardi ve Sebastiani, 2005); (Chaoui ve
Ferjani, 2005).
3.MATERYAL VE METOD Rabia Okşan ARTAN
46
3.MATERYAL VE METOD
3.1.Deneysel Çalışma
Deneysel çalışmalar, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Çevre Mühendisliği
laboratuarında yapılmıştır. Lemna minor bitkisi ticari ürün olarak bulunmaktadır.
Piyasadan temin edilen Lemna minor bitkisi, Şekil 3.1’de görüldüğü üzere kampüsün
evsel atıksularının deşarj edildiği sızdırmalı fosseptikten alınan sularla hem
laboratuar ortamında hem de doğal arazi şartlarında büyütülmeye çalışılmıştır.
Lemna minor bitkisinin arazi şartlarında laboratuar ortamından daha iyi geliştiği
belirlenmiştir (Şekil 3.2). Doğal arazi şartlarında üretilen su mercimeklerinin
laboratuar ortamında ağır metal giderim verimlilikleri araştırılmıştır.
Şekil 3.1. Lemna minor bitkisinin Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Muallim köy kampusünde, doğal arazi şartlarındaki görünümü
3.MATERYAL VE METOD Rabia Okşan ARTAN
47
3.2.Deneysel Çalışma Düzeneği
Deneysel çalışmalar iki farklı hacimdeki sistemlerde yürütülmüştür. Her iki
sistemde kesikli olarak çalışılmıştır. İlk sistemde 100 mL’lik reaktörler
kullanılmıştır. Bu reaktörler tek kullanımlık olarak tasarlanmıştır. Farklı zaman
aralıkları için ayrı reaktörler hazırlanmış ve numuneler tek seferde alınmıştır.
Kontrol grubunda bitkili ve bitkisiz olarak hazırlanmıştır. Diğer sistemde ise 500
mL’lik reaktörler kullanılmıştır. Numuneler farklı zaman aralıklarında aynı
reaktörden alınmıştır. Her bir deney seti ile ilgili çalışma bir hafta sürmüştür.
Numuneler sabah ve öğleden sonra olmak üzere günde iki kere alınmıştır.
Buharlaşma nedeniyle su kaybını önlemek için reaktörlere aynı miktarda saf su
eklenmiştir. Alınan numunelerde ağır metal ölçümleri yapılmıştır. Aynı zamanda
deney sonunda da bitkide ağır metal ölçümü yapılmıştır.
Şekil 3.2. Laboratuar ortamında yetiştirilen Lemna minor görüntüsü.
Şekil 3.3. Deneylerde kullanılan 100 mL’lik reaktörlerin görünüşü.
3.MATERYAL VE METOD Rabia Okşan ARTAN
48
(a) (b)
Şekil 3.4. Deneylerde kullanılan 500 mL’lik reaktörlerin görünüşü (a)Deney öncesi (b)Deney sonrası
3.3.Laboratuar Çalışmaları
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsüne ait fosseptik sahasında yetiştirilen
Lemna minor (su mercimekleri) Çevre Mühendisliği laboratuarına taşınmıştır.
Bitkiler 5 L’lik akvaryumlarda bekletilerek iki gün süre ile laboratuar şartlarında
adaptasyonu sağlanmıştır. Laboratuar da sentetik olarak hazırlanan ağır metal içeren
atıksularında Pb(NO3)2 , CdCl2.2 1/2H2O, CuSO4.5 H2O kimyasalları kullanılmıştır.
Bu kimyasallardan ana stok çözeltiler hazırlanmış ve deneysel çalışmalarda
gerekli seyreltmeler yapılarak kullanılmıştır. Lemna minor ile ağır metal giderimi
için, kadmiyumun (5.0 ve10.0 mg/L) , bakırın ( 10.0 ve 20.0 mg/L ), kurşunun ( 10.0,
20.0, 50.0 mg/L) konsantrasyonları kullanılmıştır.
3.4.Analiz Metodları
Bu çalışmadaki atıksu ve bitki ile ilgili analizler Gebze Yüksek Teknoloji
Enstitüsü, Çevre Mühendisliği laboratuarlarında standart yöntemlere göre (Standart
Methods for the Examination of Water and Waste Water, 1992) göre yapıldı. Bitki
ile ilgili element analizlerindeki ön işlemler yine standart yöntemlere göre (The
Analiysis of Agricultural Materials, 1981) yapıldıktan sonra Atomik Absorbsiyon
Cihazında (AAS “Perkin Elmer, 1100”) okundu.
3.MATERYAL VE METOD Rabia Okşan ARTAN
49
Atıksu ve bitkideki ölçülen parametreler ve analiz metotları Çizelge 3.1’de
verilmiştir.
Çizelge 3.1. Ölçülen Parametreler ve Analiz Metodları
Parametre
Metod
Alet
Kaynak
Metaller (suda)
AAS metodu
Perkin Elmer, 1100 model atomik absorbsiyon
APHA,AWWA – WPCF(1992)
Metaller (bitkide)
AAS metodu
Perkin Elmer, 1100 model atomik absorbsiyon
The Analiysis of Agricultural Materials (1981), APHA,AWWA – WPCF(1992)
Kül Miktarı (bitkide)
Gravimetrik Etüv,fırın,terazi APHA,AWWA – WPCF(1992)
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
50
4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA 4.1. ARAŞTIRMA BULGULARI
Elde edilen tüm verilerin tamamlayıcı istatistiklerinde MS Excel programı
kullanılmıştır. Sonuçlar zamanla azalan konsantrasyon ve % giderim verimi olarak
iki şekilde grafiklerde sunulmuştur. Aynı zamanda giderim verimleri 1. ve
2.dereceden kimyasal reaksiyon hız denklemleri ile değerlendirilmiştir.
Mart 2006 ile Kasım 2006 tarihleri arasında Gebze Yüksek Teknoloji
Enstitüsü Çevre Mühendisliği laboratuarında Lemna minor bitkisinin ağır metal
gideriminde kullanılabilirliğini incelemek üzere deneysel çalışmalar yapılmıştır.
Deneysel çalışmalarda iki ayrı sistemde kadmiyum (Cd) , kurşun (Pb) ve bakır (Cu)
olarak bu ağır metallerin Lemna minor bitkisi kullanılarak giderimi ile ilgili deneysel
verilere yer verilecektir.
Birinci Derece Kinetik
Birinci dereceden bir reaksiyonun hızı sadece bir reaktantın (veya ürünün)
derişimine bağlıdır (Espenson, 1995). Bu durumda reaksiyon hızı için (r), [ ]Ckr =
yazılabilir. Birinci dereceden reaksiyonların reaksiyon hız sabitlerinin birimi
1/zaman yani 1/s, 1/dak, 1/yıl şeklindedir. Ağır metal giderim için reaksiyon hızı C
reaktantı için,
dtdCr −=
olur. İki tarafın t = 0 (başlangıç) anından belli bir t anına kadar entegrali
alınırsa,
[ ] [ ]01 CIntkCIn +−= elde edilir. Burada [C0] , t = 0 anındaki derişim, [C] , t = t anındaki derişimdir
ve bu ifade eğimi -k olan bir doğru denklemidir. Deneysel olarak birinci dereceden
bir reaksiyonun, bileşenlerinden birinin konsantrasyonu belli sürelerde ölçülürse ve
elde edilen veriler t'ye karşı ln [C] olarak grafiğe geçirilirse bir doğru grafiği elde
edilir. Bu grafiğin eğiminden reaksiyon hız sabiti (k) hesaplanabilir.
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
51
İkinci Derece Kinetik
İkinci dereceden bir reaksiyonun hızı, bir bileşenin veya iki bileşenin
derişimlerine bağlı olabilir (Espenson, 1995). İkinci dereceden bir reaksiyonun hız
denklemi aşağıdaki gibi verilebilir.
[ ]2Ckr = Kinetiği ikinci dereceden reaksiyon hız denklemine uyan bir reaksiyonun
reaksiyon hız sabitinin birimi 1/(derişim zaman) yani L /(mol s), L /(mol dak)
şeklinde verilir ve basit reaksiyonlar için reaksiyon hız denklemi
[ ]2CkdtdC
=−
Olur. Başlangıçtan belli bir t anına kadar bu eşitliğin integrali alındığında
[ ] [ ] ktCC
+=0
11
elde edilir. Bu ifade eğimi k olan bir doğru denklemidir. Deneysel olarak
ikinci dereceden bir reaksiyonun, reaktantının derişimi belli sürelerde ölçülürse ve
elde edilen veri t'ye karşı 1/[C] olarak grafiğe geçirilirse bir doğru grafiği elde edilir.
Bu grafiğin eğiminden reaksiyon hız sabiti (k) hesaplanabilir.
4.1.1. Kadmiyum Giderimi
Çalışma alanından laboratuara taşınan ve 5 L’lik akvaryumlarda uyum
çalışmaları tamamlanan numunelerden iki kontrol grubu hazırlanmıştır. Bu kontrol
gruplarından biri sadece bitki konularak diğeri ise bitki konulmadan hazırlanmıştır.
Düzenekte 100 mg/L’ lik kesikli her bir reaktör için ıslak ağırlığı 2 gr Lemna
minor bitkisi kullanılmıştır. Daha önce hazırlanan 1000 mg/L’ lik ana stok Cd
çözeltisinden 5.0, 10.0 mg/L konsantrasyonlarında kadmiyum çözeltileri
hazırlanmıştır. Musluk suları fazla klor içerdiğinden ve bu klorda ağır metallerle
tepkimeye girerek deney sonuçlarını yanıltabileceği için çalışmalarda saf su
kullanılmıştır. Deney yedi gün boyunca devam etmiştir. Günde toplam 6 reaktörden
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
52
numune alınmıştır. Numuneler sentetik olarak hazırlanmış atık sudan günde iki kere
alınmıştır. Hazırlanan bu çözeltiler 100 mL’lik reaktörlerde her bir numune için bir
adet reaktör olacak şekilde konulmuştur. Her birinin üzerine 2 gr Lemna minor
eklenmiştir. Numuneyi alırken seyrelmeyi engellemek için her numune için bir
reaktör hazırlanmış, numuneler numune alma zamanlarında tek tek alınmıştır.
100 mL’ lik kesikli reaktörlerde başlangıçta 5.0 ve 10.0 mg/L
konsantrasyonundaki kadmiyumun Lemna minor ile gideriminin zamana karşı sudaki
konsantrasyonları ölçülmüş ve azalan konsantrasyon ve % giderim verimleri
grafiklerde verilmiştir (Şekil 4.1).
KADMİYUM (100 mL'lik reaktör)
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman(saat)
Cd
kons
antr
asyo
nu (m
g/L)
10 mg/L
5 mg/L
KADMİYUM (100mL'lik reaktör)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
% g
ider
im
10 mg/L
5 mg/L
Şekil 4.1. 100 mL’lik reaktörler için 5.0 ve10.0 mg/L olan kadmiyumun Lemna
minor de zamana bağlı giderimi
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
53
1. ve 2. dereceden reaksiyon grafiklerini çıkarmak için ln(Ct) ile t ve (1/Ct)
ile t’ye karşı grafikler çizilmiş (Şekil 4.2) ve her iki reaksiyon içinde hız sabitleri
hesaplanmıştır.
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 50 100 150 200
ln(C
t)
zaman (saat)
10 mg/L
5 mg/L
(a)
-1
0
1
2
3
4
5
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
(1/C
t)
10 mg/L
5 mg/L
(b)
Şekil 4.2. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri
(a) birinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı ln(Ct) grafiği
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
54
(b) ikinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı (1/Ct) grafiği
1. ve 2. dereceden reaksiyon içinde hız sabitleri ve korelasyon katsayıları
hesaplanmış ve Çizelge 4.1 de verilmiştir.
Çizelge 4.1. Reaksiyon hız sabitleri (100 mL, 5.0 ve 10.0 mg/L kadmiyum)
Başlangıç Konsantrasyonu
1 derece 2 derece
k1 (sa-1) R2 k2(L/mg sa) R2
5.0 mg/L 0.015 0.81 0.028 0.98
10.0 mg/L 0.018 0.91 0.017 0.97
100 mL’lik reaktörde kadmiyum giderim hızı ilk gün çok hızlı olarak
gerçekleşmiştir. Deney süresi sonuna kadar yaklaşık % 96 giderim verimi elde
edilmiştir. Yapılan kinetik hesaplarda regresyon katsayıları incelendiğinde deney
sonuçlarının daha çok ikinci derece kinetiğe uyduğu görülmüştür.
İkinci düzenekte ise 500 mL’ lik kesikli reaktörler kullanılmıştır. Günde
toplam 5 reaktörden numune alınmıştır. Numuneler sentetik olarak hazırlanmış atık
sudan günde iki kere dörder saat aralıklarla alınmıştır.
500 mL’ lik kesikli reaktörlerde başlangıçta 5.0 ve 10.0 mg/L
konsantrasyonundaki kadmiyumun Lemna minor ile gideriminin zamana karşı sudaki
konsantrasyonları ölçülmüş ve azalan konsantrasyon ve % giderim verimleri
grafiklerde verilmiştir ( Şekil 4.3).
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
55
KADMİYUM (500 mL'lik reaktör)
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
Cd
kons
antr
asyo
nu (m
g/L)
10 mg/L
5 mg/L
KADMİYUM (500mL'lik reaktör)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
% g
ider
im
10 mg/L
5 mg/L
Şekil 4.3. 500 mL’lik reaktörler için 5.0 ve10.0 mg/L olan kadmiyumun Lemna minor de zamana bağlı giderimi
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
56
1. ve 2. dereceden reaksiyon grafiklerini çıkarmak için ln (Ct) ile t ve (1/Ct)
ile t’ye karşı grafikler çizilmiş (Şekil 4.4) ve her iki reaksiyon içinde hız sabitleri
hesaplanmıştır.
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
ln(C
t)
10 mg/L
5 mg/L
(a)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
(1/C
t)
10 mg/L
5 mg/L
(b) Şekil 4.4. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri (a) birinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı ln(Ct) grafiği (b) ikinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı (1/Ct) grafiği
1. ve 2. dereceden reaksiyon içinde hız sabitleri ve korelasyon katsayıları
hesaplanmış ve Çizelge 4.2 da verilmiştir.
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
57
Çizelge 4.2. Reaksiyon hız sabitleri (500 mL, 5 ve 10 mg/L kadmiyum)
Başlangıç Konsantrasyonu
1 derece 2 derece
k1 (sa-1) R2 k2(L/mg sa) R2
5.0 mg/L 0.013 0.92 0.014 0.97
10.0 mg/L 0.011 0.90 0.004 0.97
500 mL’lik reaktörde kadmiyum giderim hızı ilk gün yaklaşık % 50 olarak
gerçekleşmiş giderim verimi zaman içinde artarak deney süresi sonuna kadar
yaklaşık % 90 giderim verimi elde edilmiştir. Yapılan kinetik hesaplarda regresyon
katsayıları incelendiğinde deney sonuçlarının daha çok ikinci derece kinetiğe uyduğu
görülmüştür.
4.1.2. Bakır Giderimi
Çalışma alanından laboratuara taşınan ve 5 L’lik akvaryumlarda uyum
çalışmaları tamamlanan numunelerden iki kontrol grubu hazırlanmıştır. Bu kontrol
gruplarından biri sadece bitki konularak diğeri ise bitki konulmadan hazırlanmıştır
Düzenekte 100 mL’lik kesikli her bir reaktör için ıslak ağırlığı 2 gr Lemna
minor bitkisi kullanılmıştır. Daha önce hazırlanan 10000 mg/L’ lik ana stok Cu
çözeltisinden 10.0 ve 20.0 mg/L konsantrasyonlarında bakır çözeltileri
hazırlanmıştır. Musluk suları fazla klor içerdiğinden ve bu klorda ağır metallerle
tepkimeye girerek deney sonuçlarını yanıltabileceği için çalışmalarda saf su
kullanılmıştır. Deney yedi gün boyunca devam etmiştir. Günde toplam 6 reaktörden
numune alınmıştır. Numuneler sentetik olarak hazırlanmış atık sudan günde iki kere
alınmıştır. Hazırlanan bu çözeltiler 100 mL’lik reaktörlerde her bir numune için bir
adet reaktör olacak şekilde konulmuştur. Her birinin üzerine 2 gr Lemna minor
eklenmiştir. Numuneyi alırken seyrelmeyi engellemek için her numune için bir
reaktör hazırlanmış, numuneler numune alma zamanlarında tek tek alınmıştır. 100
mL’lik kesikli reaktörlerde başlangıçta 10.0 ve 20.0 mg/L konsantrasyonundaki bakır
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
58
Lemna minor ile gideriminin zamana karşı sudaki konsantrasyonları ölçülmüş ve
azalan konsantrasyon ve % giderim verimleri grafiklerde verilmiştir (Şekil 4.5).
BAKIR (100 mL'lik reaktör)
0
3
69
12
15
1821
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Zaman (saat)
Cu
kons
antr
asyo
nu (m
g/L)
20 mg/L
10 mg/L
BAKIR (100mL'lik reaktör)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
% g
ider
im
20 mg/L
10 mg/L
Şekil 4.5. 100 mL’lik reaktörler için 10.0 ve 20.0 mg/L olan bakırın Lemna minor de
zamana bağlı giderimi.
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
59
1. ve 2. dereceden reaksiyon grafiklerini çıkarmak için ln(Ct) ile t ve (1/Ct)
ile t’ye karşı grafikler çizilmiş(Şekil4.6) ve her iki reaksiyon içinde hız sabitleri
hesaplanmıştır.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
ln(C
t)
20 mg/L
10 mg/L
(a)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
(1/C
t)
20 mg/L
10 mg/L
(b) Şekil 4.6. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri (a) birinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı ln(Ct) grafiği (b) ikinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı (1/Ct) grafiği
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
60
1. ve 2. dereceden reaksiyon içinde hız sabitleri ve korelasyon katsayıları
hesaplanmış ve Çizelge 3.4 da verilmiştir. Çizelge 4.3. Reaksiyon hız sabitleri (100 mL,10.0 ve 20.0 mg/L bakır)
Başlangıç Konsantrasyonu
1 derece 2 derece
k1 (sa-1) R2 k2(L/mg sa) R2
10.0mg/L 0.013 0.95 0.004 0.97
20.0 mg/L 0.013 0.92 0.002 0.98
100 mL’lik reaktörde bakır giderim hızı üçüncü güne kadar düzenli olarak
artmış deney sonunda da yaklaşık % 89 giderim verimi elde edilmiştir. Yapılan
kinetik hesaplarda regresyon katsayıları incelendiğinde deney sonuçlarının daha çok
ikinci derece kinetiğe uyduğu görülmüştür.
İkinci düzenekte ise 500 mL’lik kesikli reaktörler kullanılmıştır. Günde
toplam 5 reaktörden numune alınmıştır. Numuneler sentetik olarak hazırlanmış atık
sudan günde iki kere dörder saat aralıklarla alınmıştır.
500 mL’lik kesikli reaktörlerde başlangıçta 10.0 ve 20.0 mg/L
konsantrasyonundaki bakır Lemna minor ile gideriminin zamana karşı sudaki
konsantrasyonları ölçülmüş ve azalan konsantrasyon ve % giderim verimleri
grafiklerde verilmiştir (Şekil 4.7).
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
61
BAKIR (500 mL'lik reaktör)
0
3
6
9
12
15
18
21
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman(saat)
Cu
kons
antr
asyo
nu (m
g/L)
20 mg/L
10 mg/L
BAKIR (500mL'lik reaktör)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160
zaman (saat)
% g
ider
im
20 mg/L
10 mg/L
Şekil 4.7. 500 mL’lik reaktörler için 10.0 ve 20.0 mg/L olan bakır Lemna minor de
zamana bağlı giderimi.
1. ve 2. dereceden reaksiyon grafiklerini çıkarmak için ln(Ct) ile t ve (1/Ct)
ile t’ye karşı grafikler çizilmiş (Şekil 4.8) ve her iki reaksiyon içinde hız sabitleri
hesaplanmıştır.
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
62
-1-0,5
00,5
11,5
22,5
33,5
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
ln(C
t)20 mg/L
10 mg/L
(a)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman(saat)
(1/C
t) 20 mg/L
10 mg/L
(b) Şekil 4.8. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri (a) birinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı ln(Ct) grafiği (b) ikinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı (1/Ct) grafiği
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
63
1. ve 2. dereceden reaksiyon içinde hız sabitleri ve korelasyon katsayıları
hesaplanmış ve Çizelge 4.4 de verilmiştir.
Çizelge 4.4. Reaksiyon hız sabitleri (500 mL, 10.0 ve 20.0 mg/L bakır)
Başlangıç Konsantrasyonu
1 derece 2 derece
k1 (sa-1) R2 k2(L/mg sa) R2
10.0 mg/L 0.016 0.92 0.007 0.92
20.0 mg/L 0.013 0.89 0.002 0.94
500 mL’lik reaktörde bakır giderim hızı yine üçüncü güne kadar düzenli
olarak artmış deney sonunda da yaklaşık % 89 giderim verimi elde edilmiştir.
Yapılan kinetik hesaplarda regresyon katsayıları incelendiğinde deney sonuçlarının
daha çok ikinci derece kinetiğe uyduğu görülmüştür.
4.1.3. Kurşun Giderimi
Çalışma alanından laboratuara taşınan ve 5 L’lik akvaryumlarda uyum
çalışmaları tamamlanan numunelerden iki kontrol grubu hazırlanmıştır. Bu kontrol
gruplarından biri sadece bitki konularak diğeri ise bitki konulmadan hazırlanmıştır
Düzenekte 100 mL’lik kesikli her bir reaktör için ıslak ağırlığı 2 gr olan
Lemna minor bitkisi kullanılmıştır. Daha önce hazırlanan 10000 mg/L’ lik ana stok
Pb çözeltisinden 10.0, 20.0 ve 50.0 mg/L konsantrasyonlarında kurşun çözeltileri
hazırlanmıştır. Musluk suları fazla klor içerdiğinden ve bu klorda ağır metallerle
tepkimeye girerek deney sonuçlarını yanıltabileceği için çalışmalarda saf su
kullanılmıştır. Deney yedi gün boyunca devam etmiştir. Günde toplam 6 reaktörden
numune alınmıştır. Numuneler sentetik olarak hazırlanmış atık sudan günde iki kere
alınmıştır. Hazırlanan bu çözeltiler 100 mL’lik reaktörlerde her bir numune için bir
adet reaktör olacak şekilde konulmuştur. Her birinin üzerine 2 gr Lemna minor
eklenmiştir. Numuneyi alırken seyrelmeyi engellemek için her numune için bir
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
64
reaktör hazırlanmış, numuneler numune alma zamanlarında tek tek alınmıştır.
100 mL’lik kesikli reaktörlerde başlangıçta 10.0, 20.0 ve 50.0 mg/L
konsantrasyonundaki kurşun Lemna minor ile gideriminin zamana karşı sudaki
konsantrasyonları ölçülmüş ve azalan konsantrasyon ve % giderim verimleri
grafiklerde verilmiştir (Şekil 4.9)
KURŞUN (100 mL'lik reaktör)
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman(saat)
Pb
kons
antr
asyo
nu (m
g/L)
50 mg/L
20 mg/L
10 mg/L
KURŞUN (100mL'lik reaktör)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
% g
ider
im
50 mg/L
20 mg/L
10 mg/L
Şekil 4.9. 100 mL’lik reaktörler için 10.0, 20.0 ve 50.0 mg/L olan kurşunun Lemna
minor de zamana bağlı giderimi
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
65
1. ve 2. dereceden reaksiyon grafiklerini çıkarmak için ln(Ct) ile t ve (1/Ct)
ile t’ye karşı grafikler çizilmiş(Şekil 4.10) ve her iki reaksiyon içinde hız sabitleri
hesaplanmıştır.
-3-2-1012345
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
ln(C
t)
zaman (saat)
50 mg/L
20 mg/L
10 mg/L
(a)
-3
-1
1
3
5
7
9
11
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
(1/C
t)
50 mg/L
20 mg/L
10 mg/L
(b) Şekil 4.10. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri (a) birinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı ln(Ct) grafiği (b) ikinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı (1/Ct) grafiği
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
66
1. ve 2. dereceden reaksiyon içinde hız sabitleri ve korelasyon katsayıları
hesaplanmış ve Çizelge 4.5 de verilmiştir.
Çizelge 4.5. Reaksiyon hız sabitleri (100 mL, 10.0, 20.0 ve 50.0 mg/L kurşun)
Başlangıç Konsantrasyonu
1 derece 2 derece
k1 (sa-1) R2 k2(L/mg sa) R2
10.0 mg/L 0.065 0.98 0.169 0.93
20.0 mg/L 0.040 0.95 0.069 0.72
50.0 mg/L
0.016
0.91
0.001
0.66
100 mL’lik reaktörde kursun giderim hızı düşük konsantrasyonlarda ilk gün
çok hızlı bir şekilde artarken, 50 mg/L için deney sonuna kadar düzenli olarak artmış,
tüm konsantrasyonlar için deney sonunda da yaklaşık % 98-100 giderim verimi elde
edilmiştir. Yapılan kinetik hesaplarda regresyon katsayıları incelendiğinde deney
sonuçlarının daha çok ikinci derece kinetiğe uyduğu görülmüştür.
500 mL’lik kesikli reaktörlerde başlangıçta 10.0 20.0 ve 50.0 mg/L
konsantrasyonundaki kurşun Lemna minor ile gideriminin zamana karşı sudaki
konsantrasyonları ölçülmüş ve azalan konsantrasyon ve % giderim verimleri
grafiklerde verilmiştir (Şekil 4.11).
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
67
KURŞUN (500 mL'lik reaktör)
05
101520253035404550
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
Pb
kons
antr
asyo
nu(m
g/L) 50 mg/L
20 mg/L
10 mg/L
Şekil 4.11.100 mL’lik reaktörler için 10.0, 20.0 ve 50.0 mg/L olan kurşun Lemna minor de zamana bağlı giderimi.
KURŞUN (500mL'lik reaktör)
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200
zaman (saat)
% g
ider
im
50 mg/L
10 mg/L
20 mg/L
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
68
1.ve 2. dereceden reaksiyon grafiklerini çıkarmak için ln(Ct) ile t ve (1/Ct)
ile t’ye karşı grafikler çizilmiş (Şekil 4.12) ve her iki reaksiyon içinde hız sabitleri
hesaplanmıştır.
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
ln(C
t)
50 mg/L
20 mg/L
10 mg/L
(a)
0
2
4
6
8
10
20 40 60 80 100 120 140 160 180
zaman (saat)
(1/C
t)
50 mg/L
20 mg/L
10 mg/L
(b)
Şekil 4.12. Birinci ve ikinci dereceden hız grafikleri (a) birinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı ln(Ct) grafiği (b) ikinci dereceden bir reaksiyon için zamana karşı (1/Ct) grafiği
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
69
1. ve 2. dereceden reaksiyon içinde hız sabitleri ve korelasyon katsayıları
hesaplanmış ve Çizelge 4.6 da verilmiştir.
Çizelge 4.6. Reaksiyon hız sabitleri (500 mL, 10.0, 20.0 ve 50.0 mg/L kurşun)
Başlangıç Konsantrasyonu
1. derece 2. derece
k1 (sa-1) R2 k2(L/mg sa) R2
10.0 mg/L 0.026 0.90 0.060 0.68
20.0 mg/L 0.025 0.89 0.012 0.70
50.0 mg/L
0.013
0.93
0.001
0.73
500 mL’lik reaktörde kursun giderim hızı düşük konsantrasyonlarda ilk gün
çok hızlı bir şekilde artmış deney sonunda yaklaşık % 98-100 giderim verimi elde
edilmiştir. 50 mg/L için deney sonuna kadar düzenli olarak artmış, deney sonunda
da yaklaşık % 90.4 giderim verimi elde edilmiştir. Yapılan kinetik hesaplarda
regresyon katsayıları incelendiğinde deney sonuçlarının her iki kinetik modele de
uyduğu görülmüştür.
4.1.4. Lemna minor’de Ağır Metal Tutumu
Lemna minor’ de tutulan ağır metal miktarlarını ölçmek için bir deney
düzeneği hazırlanmıştır. Hazırlanan bu deney düzeneğin de çalışma alanından
laboratuara taşınan ve 5 L’lik akvaryumlarda uyum çalışmaları tamamlanan Lemna
minor bitkisinden 40 gr alınmış ve laboratuar şartlarında hazırlanmış sentetik atıksu
örneklerine konulmuştur. Her bir ağır metal için 2 L’lik rektörler kullanılmıştır. Daha
önce hazırlanan 10.000 mg/L’lik ana stok kurşun çözeltisinden 20.0 mg/L, 10.000
mg/L’ lik ana stok Cu çözeltisinden 20.0 mg/L ve 1000 mg/L’ lik ana stok
kadmiyum çözeltisinden 10 mg/L konsantrasyonunda çözeltiler hazırlanmıştır.
Deney yedi gün boyunca devam etmiştir. Deney sonunda reaktörlerde bulunan bitki
4.ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
70
örnekleri yüzeyden toplanarak 80ºC de 2 saat süreyle etüvde kurutulmuştur.
İçeriğinde suyu buharlaştırdığımız bitki örnekleri 500ºC de 18 saat kül fırınında
yakılarak kül fazına getirilmiştir. Külleşen bitki örnekleri (1:3 oranında HNO3 ve
HCl) hazırlanan kral suyuna konularak parçalanması sağlanmıştır. Örnekler 100 ml
saf suyla seyreltilmiştir ve bitkide tutulan ağır metal konsantrasyonları Atomik
Absorbsiyon Cihazında (AAS “Perkin Elmer, 1100”) ölçülmüştür.. Kontrol grubunda
ağır metal konulmadan sadece bitki ile çalışılmıştır. Böylece bitkinin bünyesinde var
olan bakır, kadmiyum ve kurşunun miktarı ölçülmüştür. Sonuçlar Çizelge 4.7 de
verilmiştir.
Çizelge 4.7. Bitkide bulunan deney öncesi ve deney sonrası ağır metal
konsantrasyonları Bitkide bulunan ağır metal konsantrasyonu (mg/g)
Bitkide bulunan son ağır metal konsantrasyonu (mg/g)
Kadmiyum (mg/g) 0.0006
0.36
Bakır (mg/g) 0.002 0.59
Kurşun (mg/g) 0.009 0.68
Lemna minor’ de tutulan ağır metal miktarları ölçülmüştür. Kadmiyum 0.36
mg/g bakır, 0.59 mg/g ve kurşun 0.68 mg/g olarak bulunmuştur. Ölçümler
neticesinde bitkinin bu ağır metalleri absorbladığı saptanmıştır. Rahmani ve
Sternberg (1999); Axtell ve ark.(2003); Lombardi ve Sebastiani (2005) yaptığı
çalışmalarda Lemna minor’ün ağır metalleri bünyesine aldığı saptanmıştır. Bu
durum çalışılan bitkinin ağır metal alma kapasitesinin literatür ile uyum içinde
olduğunu göstermektedir.
5. TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
71
5.TARTIŞMA
Bu çalışmada atıksularda bulunabilecek ağır metallerin doğal su bitkileri
gideriminin incelebilmesi amacıyla Lemna minor bitkisinin ile laboratuar ortamında
ağır metal giderim verimlilikleri araştırılmıştır. Model atıksu için kadmiyum (5-10
mg/L), bakır (10-20 mg/L) ve kurşun (10,20,50 mg/L) seçilmiştir. İki farklı reaktör
hacminde (100-500 mL) deneyler yürütülmüştür.
100 mL’lik reaktörde kadmiyum giderim hızı ilk gün çok hızlı olarak
gerçekleşmiştir. Deney süresi sonuna kadar yaklaşık % 96 giderim verimi elde
edilmiştir. 500 mL’lik reaktörde kadmiyum giderim hızı ilk gün yaklaşık % 50 olarak
gerçekleşmiş giderim verimi zaman içinde artarak deney süresi sonuna kadar
yaklaşık % 90 giderim verimi elde edilmiştir. Yapılan kinetik hesaplarda her iki
reaktör için regresyon katsayıları incelendiğinde deney sonuçlarının daha çok ikinci
derece kinetiğe uyduğu görülmüştür. Sternberg ve Don (2001); Uysal ve Taner
(2007) ;Srıvastav ve ark (1993) yaptığı çalışmalarda bütün konsantrasyonlarda en
yüksek giderimin ilk iki günde gerçekleştiği bildirmişlerdir. Bahsedilen çalışmalar ile
bu çalışma sonuçları arasında bir uyum söz konusudur. Arıtım verimliliği
bakımından da Lemna minor bitkisi kadmiyum arıtımı için uygun bir bitkidir.
100 ve 500 mL’lik reaktörde bakır giderim hızı üçüncü güne kadar düzenli
olarak artmış deney sonunda da yaklaşık % 89 giderim verimi elde edilmiştir.
Yapılan kinetik hesaplarda regresyon katsayıları incelendiğinde deney sonuçlarının
daha çok ikinci derece kinetiğe uyduğu görülmüştür.; Lombardi ve Sebastiani,
(2005); Chaoui ve Ferjani, (2005) nin yaptığı çalışmalarla uyumlu olduğu ve
kadmiyum iyonlarının Lemna minor için çok toksik olduğu, morfolojisini
değiştirdiğini ve büyüme hızını düşürdüğü saptanmıştır.
100 ve 500 mL’lik reaktörde kursun giderim hızı düşük konsantrasyonlarda
ilk gün çok hızlı bir şekilde artığını ve deney sonunda yaklaşık % 98-100 giderim
verimi elde edildiğini bulunmuştur. 50 mg/L için deney sonuna kadar düzenli
olarak artmış, deney sonunda da yaklaşık % 90.4 giderim verimi elde edilmiştir.
Yapılan kinetik hesaplarda regresyon katsayıları incelendiğinde deney sonuçlarının
her iki kinetik modele de uyduğu görülmüştür. Rahmani ve Sternberg (1999);Axtell
5. TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
72
ve ark.(2003) %70-80 arasında değişen arıtma verimleri elde etmişlerdi. Bahsedilen
çalışmalar ile bu çalışma sonuçları arasında bir uyum söz konusu olup, arıtma
verimliliği açısından Lemna minor bitkisi artımda kullanılmak üzere uygun bir bitki
olduğu saptanmıştır.
Lemna minor’ de tutulan ağır metal miktarları ölçülmüştür. Kadmiyum 0.36
mg/g bakır, 0.59 mg/g ve kurşun 0.68 mg/g olarak bulunmuştur. Ölçümler
neticesinde bitkinin bu ağır metalleri absorbladığı saptanmıştır. Rahmani ve
Sternberg (1999); Axtell ve ark.(2003); Lombardi ve Sebastiani (2005) yaptığı
çalışmalarda Lemna minor’ün ağır metalleri bünyesine aldığı saptanmıştır. Bu
durum çalışılan bitkinin ağır metal alma kapasitesinin literatür ile uyum içinde
olduğunu göstermektedir.
Deney sonuna doğru özellikle yüksek konsantrasyonlarda bitkide bazı
morfolojik değişiklikler görülmüştür. Bunlar yaprak şekillerinde değişiklik,
yapraklarda alan küçülmesi ve sararma olarak tespit edilmiştir. Metal alınımı devam
ettiği süre içinde kök ve yapraklarda yaş ağırlıkta bir azalma meydana gelmekte ve
bitki büyümesi yavaşlamaktadır. Bakırın 20 mg/L ve kadmiyumun 10mg/L
konsantrasyonunda bulunduğu deneysel çalışmada, Lemna minor’ un deney süresi
bitiminde yaşamsal faaliyetlerinin sonlandığı görülmüştür. Lombardi ve Sebastiani
(2005) ; Chaoui ve Ferjani, (2005) yaptığı çalışmalar da benzer sonuçlara
rastlanmştır. Bu bakımdan gözlenen morfolojik değişimler literatür çalışmalarıyla
uyumludur.
Deneysel çalışmalar sonucunda Lemna minor bitkisinin kadmiyum, bakır ve
kurşunun yüksek konsantrasyonlarında dahil S.K.K. Yönetmeliğine göre
(Çizelge1.4,1.5ve1.7) bazı endüstriyel atıkların alıcı ortama deşarjında maksimum
limitleri geçmediği tespit edilmiştir. Su mercimeği bitkisi, uygun şartlarda çok bol
yetiştiğinden, atıksu arıtımında etkili olarak kullanılmaktadır. Bu bitkiler, kolayca
hasat edildikten sonra balık veya tavuk yemi olarak kullanılabilir. Eğer bu bitki
atıksudaki ağır metallerin giderilmesi için kullanılıyorsa bu çalışmada olduğu gibi,
hasattan sonra yem olarak kullanılmamalıdır. Yakma işlemi yapılır ve külden metal
geri kazanma işlemi yapılabilir.
5. TARTIŞMA Rabia Okşan ARTAN
73
Hasat edilen bitki, ya biyogaz üretimi için kullanılır, ya yakılır, ya da güneşte
kurutulur. Bu alternatiflerin seçiminde göz önünde bulundurulacak faktörler
( Arceivala, 2002).
• İlk yatırım maliyet
• Arazi ihtiyacı
• Bitkilerin hasatı ve taşınması
• Bakım masrafları ve problemleri (bitkilerin arıtılmış atıksu ile dışarı kaçması,
sivrisinek üremesi, vs.)
• Ürünlerin pazarlanması ( gaz,çamur,vs.)
Su mercimeğine dayalı arıtma sistemlerinde ön arıtma tavsiye edilmektedir.
Ön arıtma olarak ta anaerobik bir proses, havalandırmalı lagunlar veya alg
stabilizasyon havuzları kullanılabilir. Böylece arıtma çıkış suyu standartları kolayca
sağlanır. Su mercimeği havuzlarında oluşan anaerobik şartlar nedeniyle
denitrifikasyon olur. Buda arıtılmış atık suyun bir nehir veya göle deşarjında önemli
bir kriterdir.
Lemna minor’ün optimum büyüme sıcaklığı 20-30ºC dir ve bu sıcaklık
aralığında yaprak sayısını ikiye çıkarır ve böylece kapladığı alanı her dört günde bir
ikiye katlar. Su mercimeği diğer vasküler bitkilerden en az iki kat daha hızlı
çoğalabilir. 35-40 ºC de olumsuz etkiler görülmeye başlar (Reed ve ark., 1995). Bu
yüzdende sıcak iklim kuşağında olan bölgelerde Lemna minor’ün kullanıldığı sulak
alan sistemlerinde uygulamada zorluklarla karşılaşılabilinir.
Su mercimeğinin büyümesinin en iyi gerçekleştiği pH aralığı 4.5-7.5 dur ve
pH değerinin 9.0 veya daha fazla olması durumunda su mercimeğinin gelişimi
kesintiye uğrar. Mavi-yeşil alg oluşumu gözlenir buda su mercimeğinin büyümesini
engeller. Su mercimekleri rüzgardan kolayca etkilenebilirler ve su yüzeyinde her
zaman üniforn bir kaplama sağlamaları için çeşitli bariyerler kullanılabilir
(Arceivala, 2002).
6. SONUÇ VE ÖNERİLER Rabia Okşan ARTAN
74
6. SONUÇ VE ÖNERİLER
Bu çalışmada Lemna minor bitkisinin, laboratuar ortamında ağır metal
giderim verimlilikleri araştırılmıştır. Yapılan bu araştırmanın sonucunda Lemna
minor bitkisinin azot ve fosfor arıtımında kullanıldığı gibi ağır metal gideriminde de
kullanılabileceği görülmüştür. Bundan sonraki çalışmalar da Lemna minor bitkisinin
ağır metali hangi organellerinde tuttuğuna ve değişik metaller için de giderim verimi
çalışmaları yapılabilinir. Yapılacak olan bu çalışmalar bitkinin absorblama
kapasitesinin belirlenmesinde çok faydalı olacaktır.
Endüstriyel atık sular içerdikleri ağır metal iyonları ile günümüzde en önemli
çevre sorunlarından birini oluşturmaktadır. Atıksuların alıcı ortama ulaşması sucul
yaşamı olumsuz yönde etkilemektedir. Bu durumda maliyeti yüksek arıtma
tekniklerinin uygulanmasını gerekli kılmaktadır. Maliyeti düşürmek için metalleri
yüksek oranda biriktirebilen böylelikle yüksek oranda metal içeren toprakların ve
suların iyileştirilmesine yönelik çalışmalar giderek önem kazanmaktadır. Doğayı
yine doğadan faydalanarak temizleme işleminin, çevreyle dost olması, maliyetinin
diğer yöntemlere göre daha az oluşu ve geniş alanlara uygulanabilmesi en önemli
avantajlarındandır.
Dünya genelinde özellikle küresel ısınmanın etkisi ile hızla tükenen enerji
kaynaklarının öneminin giderek artmasıyla daha az enerji gerektiren yöntemlerin
tercih edilir olması, geleneksel arıtım sistemlerine alternatif doğal yöntemlerin
araştırılması ve ticari uygulamalarının başlatılmasını hızlandırmaktadır. Türkiye’nin
gündemini işgal etmeye başlayan enerji darboğazı ve gittikçe kirlenen doğal
kaynaklarımızın korunması amacıyla ülkemizin de bu alanda yapılan çalışmalara
kaynak ayırmasını gerekli kılmaktadır.
75
KAYNAKLAR
ARCEİVALA,S.J.,2002. Su Bitkileri, Yapay Sulak Alanlar ve Vermikültür
(A.BALMAN editör) Çevre Kirliliği Kontrolünde Atıksu Arıtımı, 1.baskı, Atılım
Ofset, Ankara,s313-325
AXTELL,N.R.,STEVEN P.,STRENBERG K.,CLAUSSEN, K.,2003,Lead ve
Nickel Removal Using Microspora and Limna Minör , Bioresource Technology,
89,:41-48
AYAZ,Ç.S.,1998.Sahil Bölgelerinde Atıksuların Yapay Sulakalanlar ile
Arıtılması, Yüksek Lisans Tezi, TÜBİTAK_MAM Enerji Sistemleri ve Çevre
Araştırma Enstitüsü, Gebze
BAYKURT F., 1979, Modem Genel Anorganik Kimya, İ. Ü. Yay., 724-729,
İstanbul,.
BAYKUT S., BAYKUT F., 1987, Aydın, A. Çevre Sorunları ve Korunma, S:135-
143, İstanbul
BENNICELLI,R.,STEPNIEWSKA, Z., BANACH, A., SZAJNOCHA, K.,
OSTROWSKİ,J.,2003. The Ability of Azolla caroliniana to Remove Heavy Metals
(Hg(ΙΙ), Cr(Ш), Cr (VΙ)) from Municipal Wastewater
BHATTACHARYA A.K., VENKOBACHAR, C., 1984. Removal of Cadmium (II)
by Low-cost Adsorbents. J. Environ. Engg. ASCE 110 (1), P 110–122.
CHAOUI, A. ve FERJANİ, E. 2005. Effect of Cadmiyum and Copper on
Antioxidant Capacities,Lignification and Auxin Degradation in Leaves of
Pea (Pisum sativum L.) Seedlings. C. R. Biologies 328:23-31
COOPER P.F.,JOB G.D.,GREEN M.B.,SHUTES R.B.E., REED, 1996. Beds
and Constructed Wetlands for Wastewater Treatment, Medmenham, Martow,
UK. WRC. Publications,
COOPER, P.F., 1993,The Use of Reed Bed Systems to Treat Domestic Sewage: The
European Design and Operations Guidelines for Reed Bed Treatment
Systems. In Constructed Wetlands for Water Quality Improvement. G.A.
Moshiri (Ed)., CRC Press, Boca Raton,
76
CRITES, WR. 1995.Design Criteria and Practice for Constructed Wetlands Wat.Sci.
and Tech.Vol.29,No.4, :1-6
ÇEPEL,N.,1997.Toprak Kirliliği Erozyon ve Çevreye Verdiği Zararlar. TEMA
Vakfı Yayınları, İstanbul,111s
DİRİM,S.,2006.Aşağı Kelkit Havzası Doğal Sulak Alanında Bitkilerle Fosfor
Gideriminin Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü, Sakarya
EPA 832-F-00-023,2000,Wastewater Technology Fact Sheet Wetland: Subsurface
Flow
EPA 832-F-00-024,2000, Wastewater Technology Fact Sheet Wetland:Free Water
Subsurface Wetland
EPA/625/1-88/022,1988,Design Manual:Constructed Wetland and Aquatic Plant
Systems for Municipal Wastewater Treatment,Chapter 1.
EREMEKTAR,G., TANIK, A., ARSLAN-ALATON, İ.,ÖVEZ ,S., ORHON, D.,
2005. Türkiye’de Doğal Arıtma Uygulamaları ve Projeleri, ODTÜ, Ankara
ESPENSON,J.H., 1995, Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms,2nd ed. New
York : McGraw-Hill,s.281
EVERS, U., SCHLİPKÖTER, H. W.; 1995, Encylopedia of Analytical Science,
Volume8, P: 4990-4996,
HARRİSON, M.R., JOHNSON, RW. ; 1985," Deposition Fluxes of lead: Cadmium,
Copper and Polnuclear Aromatic Hydrocarbon (PAH) on The Verges of a
Major Highway", The Sci. of The Total Environ., P :121-135, England
HO, Y. S., PORTER, J. F., MCKAY, 2002.Equilibrium İsotherm Studies for The
Sorption of Divalent Metal Ions onto Peat: Copper, Nickel and Lead Single
Component Systems, Water,Air,and Soil Pollution,P:1
http://www.lenntech.com
http://www.metalurji.org.tr/dergi/dergi136/d136_4753.pdf
http://www.epa.gov/epaoswer/hazwaste/minimize/cadmium.pdf
http://tr.wikipedia.org/wiki/Bak%C4%B1r
http://tr.wikipedia.org/wiki/Kur%C5%9Fun
http://tr.wikipedia.org/wiki/Kadmiyum
77
http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/phs5.html
http://www.ramsar.org/index
http://www.khgm.gov.tr/aritma_prj
http://www.waldhang.de
http://www.kuleuven-kortrijk.be
http://www.ulsamer.at
JACKSON, P.J., UNKEFER, P.J.,DELHAİZE,E. ve ROBİNSON, N.J.1990.
Mechanisms of Trace Metal Tolerance in Plant. Environmental Injury to Plants,Ed:
F. KATTERMAN, ss.231-258, Acedemic Pres,San Diego
KADLEC, H.R., KNİGHT, R.L, 1996 Treatment Wetlands, Lewis Publisher, FL,
USA
KADLEC, H.R., 1995,Overviev Surface Flow Constructed Wetlands Wat. Sci.
Tech. Vol. 32, No 3., pp. 1-2,
KESKİNKAN O., GÖKSU M. Z. L., YÜCEER A., BAŞIBÜYÜK M.,
FORSTER,C.F.,2003,Heavy Metal Adsorption Characteristics of a
Submerged Aquatic Plant (Myriophyllum spicatum),
KNIGHT, R.L., 1992. Wetlands for Wastewater Data Base Presented at Int.
Wetlands in Water Pollution Control, Sydney, Australia, Nov 29- Dec 3
KRATOCHVİL D., VOLESKY B., 1998, Advances in the biosorption of heavy
metals ,
LAVID N., BARKAY Z., ELİSHA Tel-Or, 2001.Accumulation of Heavy Metals in
Epidermal Glands of The Waterlily (Nymphaeaceae), Planta, 212:313-322
LOMBARDI, L. ve SEBASTIANI L., 2005.Cooper Toxicity in Prunus
cerasifera:growth and Antioxidant Enzymes Responses of in Vitro Grown
Plants. Plant Sci.,168: 797-802
LUEDERITZ, V., ECKERT E., LANGE, M.W., GERSBERG, R. M., 2001. Nutrient
Removal Efficiency and Resource Economics of Vertical Flow and
Horizontal Flow Constructed Wetlands, Elsevier Sci., Ecological Eng., 18,
pp. 157-171,
LUO,C.,SHEN,Z. Ve Lİ,X. 2005. Enhanced Phytoextraction of Cu, Pb, Zn and Cd
with EDTA and EDDS. Chemosphere,59,1-11
78
METCALF and EDDY, 1991 Inc. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal,
Reuse. McGraw-Hill, New York, NY.
PATTERSON, J. W., ALLEN H.E. and SCALA J.J., 1977,Carbonate Precipitation
of Heavy Metals Pollutions, J. Water Po ll. Control. Foo., 49, P: 2397-2410,
RAHMANI, G.N.H., STERNBERG, S.P.K., 1999. Bioremoval of Lead From Water
Using Lemna minor. Bioresource Technology,70: 225-230
REDDY, K.R., D'ANGELO, E.M. 1997 , Biogeochemical Indicators to
Evaluate Pollutant Removal Eficiency in Constructed Wetland, Water Sci.
And Tech. 35 (5): 1-10
REDDY, K.R., DEBUSK, T.A., 1987.State of The Art Utilization of Aquatic Plants
in Water Pollution Conrtol, Water Sci. And Tech., Vol. 19, No. 10, : 61-79,
SAMSUNLU, A., 1999. Çevre Mühendisliği Kimyası. Sam-Çevre Teknolojileri
Merkezi Yayını, İstanbul, 394s
SARIALIOĞLU, B., 2003. Köklü ve Yüzen Bitkiler İçeren Doğal Arıtma Sistemleri
İle Evsel Atıksulardan KOİ ve AKM Giderimi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul
SCHNOOR J.L., 1997, Phytoremediation , The University of Iowa, Departmant of
Civil &Enviromental Engineering , Iowa City ,Iowa
SCHWİTZGUEBEL,J.P.,2001,Hype or Hope:The Potential of Phytoremediation as
an Emerging Green Technology,John Wiley&Sons,Inc.
SHUTES, R.B.E., 2001, Urban Pollution Research Centre, Middlesex University,
Bounds Green Road, London, U.K.
SOLTAN M.E., RASHED, M.N., 2001, Laboratory Study on the Survival of Water
Hyacinth under Several Conditions of Heavy Metal Consantrations,
Chemistry Department, Faculty of Science, Aswan, Egypt
SRIVASTAV, R.K., GUPTA, S.K., NIGAM, K.D.P, VASUDEVAN, P.,1993
Treatment of Chromıum and Nickel in Wastewater by Usıng Aquatic Plants.
Pergamon.,0043-1354(93)E0015-K
79
Standart Methods for The Examination of Water and Wastewater,1998. 20th Ed.
APHA. AWWA.WEF.
STOWELL, R., LUDWİNG, R., COLT, J. and TCHOBANOGLOUS, G. 1981.
“Consepts in Aquatic Treatment System Design” Journal of Environmental
Engineering Division Proceedings ASCE, vol. 57, no. EE5,
STRENBERG, P.K.S, DORN, R.W., 2002, Cadmium Removal Using Cladophora
in Batch, Semi-batch and Flow Reactors. Bioresource Technology., 81: 249-
255
Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği, 1988
Tehlikeli Maddelerin Su ve Çevresinde Neden Olduğu Kirliliğin Kontrolü
Yönetmeliği, 2005
UYSAL, Y. ve TANER, F.,2007.The Effect of Cadmium İons on The Growth Rate
of The Freshwater Macropyteduckweed Lemna minor. Ekoloji , 6: 62, 9-15
YILMAZ,C., 2003. Sucul Bitkilerle Su Kalitesi Kontrolü, Yüksek Lisans Tezi,
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fen Bilimleri Enstitüsü, Gebze
YOON, J., CAO, X., ZHOU, Q., MA, L.Q., 2006. Accumulation of Pb, Cu, and Zn
in Native Plant Growing on a Contaminated Florida site.Science of The Total
Enviroment 368: 456-464
ZAJIC J.E. 1971, Water Pollution Cont., Marcel Dekar Inc. USA, P: 389-401,
ZEREN,O.,UYSAL,Y., 1998.Yüzen Su Bitkisinın (Lemna minor) Atıksu Arıtım
Sistemlerinde Kullanılması,1.Atıksu Sempozyumu, Kayseri, 22-28 Haziran
80
ÖZGEÇMİŞ
23.06.1977 tarihinde İstanbul’da doğan Rabia Okşan ARTAN, 1996-1998
yılları arasında Kocaeli Üniversitesi Meslek Yüksek Okulu Kimya Bölümünde
okumuştur. 2001 yılında dikey geçişle Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği
Bölümüne geçmiştir. 2004 yılında lisans eğitimini tamamlamıştır. Aynı yıl başladığı
Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Çevre Mühendisliği Ana Bilim
Dalında yüksek lisans öğrenim sürecini tamamlamıştır.