AKSARAY NVERSTES MHENDSLK FAKLTES EVRE MHENDSL BLM TOPRAK

AKSARAY ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TOPRAK YIKAMA YÖNTEMİNDE EDTA VE Fe. Cl 3’ÜN KARŞILAŞTIRILMASI Hazırlayan: 080202204 UMUT YÜCEL Danışman: Yrd. Doç. Dr. MELAYİB BİLGİN 2012 -2013

Toprak; atmosfer, hidrosfer ve biyosfer ile temas halinde bulunan yeryüzüne çıkmış, kayalar, mineraller ve organik maddelerden ibaret toprak ana materyalinin fiziksel parçalanma ve kimyasal ayrışması sonucunda oluşmaktadır. Bu oluşumda az çok birbirini izleyen fiziksel, kimyasal ve biyolojik olaylar büyük rol oynamaktadır. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 1

Toprak kirliliği; organik veya inorganik maddelerin toprağın yapısını ve ayrışmasını engelleyecek şekilde toprak içerisinde bulunmasıdır. İnorganik kirleticiler içinde öneme sahip olan ağır metallerin toprakta birikmesinin sadece toprak verimliliği ve ekosistem fonksiyonları üzerinde değil aynı zamanda besin zinciri yoluyla hayvan ve insan sağlığı üzerinde de önemli etkileri vardır. Topraklardaki ağır metal kirliliği, endüstrinin ve madencilik aktivitelerinin gelişmesiyle ve atık suyla yapılan sulamaların ve arıtma çamuru uygulamalarının yaygınlaşmasıyla global bir problem halini almaktadır. Ağır metallerle kirlenmiş toprakları temizleme çalışmaları çevre mühendisliği alanındaki en zor konulardan biridir. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 2

Kirlenmiş topraklar için dört olası yönetim seçeneği söz konusudur. 1 - Kirleticiyi olduğu şekliyle bırakmak, o bölgenin kullanımını yasaklamak. 2 - Kirleticiyi bölge içinde immobilize etmek ve bölgeyi sürekli izleyerek diğer bölgelere geçişi kontrol altında tutmak. 3 - Kirlenmiş toprağı uzaklaştırarak özel bir bertaraf sahasında depolamak. 4 - Toprağı bölge içinde veya bölge dışında temizlemek. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 3

İzolasyon Teknolojileri Topraktaki kirleticilerin hareketlerinin minimize edilmesi için uygulanmaktadır. Çelik, çimento, bentonit ve harç duvarlardan yapılan fiziksel bariyerler kirlenmiş bölgenin üzerini kaplamak ve kirleticinin toprak profilinde yatay ve düşey yöndeki hareketini sınırlamak için yaygın şekilde kullanılırlar. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 4

Mekanik Ayırma Teknolojileri Bu teknolojide, daha büyük ve temiz partiküllerin daha küçük ve kirli olanlarından ayrıldığı büyüklük seçici proseslerin kullanımıdır. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 5

Pirometalurjik Teknolojiler Pirometalurjik proseslerde kirlenmiş topraktaki metalleri buharlaştırmak için yüksek sıcaklık fırınları kullanılmaktadır. Kirleticilerin buharlaşması için 200 -700°C sıcaklık uygulanır ve buharlaşmanın ardından metaller geri kazanılır veya immobilize edilir. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 6

Elektrokinetik Teknolojiler Metallerle kirlenmiş toprakların elektro kinetik ıslahı, kirleticileri yüklü türler olarak mobilize etmek için toprağa yerleştirilen elektrotlar arasına düşük yoğunluklu doğru akım uygulanmasıyla gerçekleştirilir. İyonlar ve küçük yüklü partiküller elektrotlar arasında suyla birlikte taşınırlar. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 7

Biyokimyasal Teknolojiler Ağır metallerin mikrobiyolojik anlamda ekstraksiyonu için kullanılan teknikler oldukça sınırlıdır. Bu teknikler biyolojik sızmayı ve yükseltgenme/indirgenme reaksiyonlarını kapsamaktadır. Bu teknolojiler toprağın yerinde arıtılması şeklinde kullanılabildiği gibi reaktörlerde veya yığınlar haline getirilen toprakta da uygulanabilmektedir. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 8

Fitoremediasyon Teknolojileri Bazı bitkilerin kadmiyum, bakır, kurşun, nikel ve çinkoyu bünyelerinde biriktirme yetenekleri vardır ve bu nedenle, söz konusu bitkilerin yetiştirilmesi kirlenmiş toprakların arıtılmasında indirekt bir yöntem olarak kabul edilmektedir. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 9

Toprağı Su/Sıvı İle Yerinde Temizleme Teknolojileri Kirlenmiş arazinin arıtımı için diğer bir yaklaşım da kirleticinin topraktan fiziksel olarak ayrılması ve uzaklaştırılmasıdır. Fiziksel ayırma, kirleticileri topraktan ayıracak bir sıvı uygulanmasıyla gerçekleştirilebilir. Bu yöntemde topraktaki kirleticiler su ile veya uygun sulu çözeltilerle ekstrakte edilirler. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 10

Toprak Yıkama (Kimyasal Sızma) Teknolojileri Toprak yıkama teknolojisi, kazılmış toprağa uygulanan ve topraktaki çok sayıda organik, inorganik ve radyoaktif kirleticilerin uzaklaştırılmasında etkili, klasik kimyasalfiziksel ekstraksiyon ve ayırma proseslerini içeren su bazlı bir arıtım teknolojisidir. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 11

Uygulama Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 12

Numuneler 2 mm çaplı elekten geçirilerek dane boyları eşit boyutta olması sağlandı ve taş çakıl gibi inert maddeler topraktan uzaklaştırıldı. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 13

Numune Tanımları; 1. Numune: Çanakkale İli Kepez Beldesi Plaj 2. Numune: Çanakkale İli Kepez Beldesi Tepe 3. Numune: Çanakkale İli Bozcaada İlçesi Plaj 4. Numune: Çanakkale İli Bozcaada İlçesi Tepe 5. Numune: Aksaray İli Aksaray Üniversitesi Kampus Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 14

Toprakların sıvı faza geçirilmesi işleminde hem asit ile hem de su ile sıvılaştırılan numuneler ICP cihazında ağır metal (Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) içeriklerine bakıldı. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 15

Alınan sonuçlar Toprak Kirliliği ve Kontrolü Yönetmeliğine göre kirli toprak sınır değerlerinin altında olduğu için, topraklardan 25’er gr tartım yapıldı ve laboratuar ortamında kirletilerek yıkama işlemine başlandı. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 16

İlk adım olarak toprakların ağır metal kirlilik yüklerini tayin etmek için hem asitle hem de saf su ile toprak sıvılaştırma işlemi yapıldı. Eş zamanlı olarak kirletilmiş topraklar saf suda 30 dakika 150 rpm hızda karıştırıldı ve 1 saatlik bekleme sonrası p. H’larına bakıldı. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 17

1. numune p. H 8. 48 2. numune p. H 7. 84 3. numune p. H 8. 33 4. numune p. H 7. 67 5. numune p. H 8. 53 Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 18

p. H’larına bakılan numuneler Toprak Kirliliği ve Kontrolü Yönetmeliğinde yer alan p. H’larına göre kirli toprak alt ve üst sınırlarına bakılarak değerlendirildi. Kirli toprak sınıfına giren numuneler hem EDTA hem de Fe. Cl 3 ile yıkama işlemine tabi tutuldu. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 19

Toprak Kirliliği Kontrolü Yönetmeliğine göre kirlilik sınırları; Ağır Metal (Toplam) Cd Cr Cu Ni Pb Zn PH 5 - 6 p. H>6 mg/kg Fırın Kuru Toprak 1 100 50 30 50 150 3 100 140 75 300 Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 20

Kirletilmiş topraklar için kirlilik yükleri; 1. numune Kirli toprak 2. numune Kirli toprak 3. numune Kirli toprak 4. numune Kirli toprak 5. numune Kirli toprak mg/kg mg/kg Cd 216, 80 218, 16 316, 40 262, 08 266, 50 Cr 291, 36 306 251, 52 504, 72 314, 16 Cu 146, 16 153, 36 221, 10 202, 80 194, 16 Ni 331, 92 311, 04 361, 00 512, 88 455, 50 Pb 278, 40 320, 16 376, 32 334, 32 339, 36 Zn 276, 20 441, 6 542, 40 439, 90 497, 50 Element Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 21

Yıkama İşlemi: Numuneler 0. 5 gr olacak şekilde tartıldı 5’er ve 10’ar ml EDTA ile 30, 60, 120 dakika olmak üzere üç farklı sürede tüplerin shakerda karıştırılması ile yıkama tamamlandı. Yıkanan numuneler santrifüjlenerek üst sıvısından 1. 5 ml alındı ve 15 ml’ye tamamlandı. Yıkama çözeltisine topraktan ne kadar ağır metal geçtiğini anlamak için ICP cihazı ile ölçümler yapıldı. Aynı işlem Fe. Cl 3 ile de uygulandı. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 22

1 numaralı numune için 5 ml yıkama çözeltisi ile yıkama sonuçları 100. 00 90. 00 80. 00 70. 00 60. 00 50. 00 40. 00 30. 00 20. 00 10. 00 Cd Cr Cu Ni Pb EDTA 5 ml 30 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 30 dak % giderim EDTA 5 ml 60 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 60 dak % giderim EDTA 5 ml 120 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 120 dak % giderim Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Zn 23

1 numaralı numune için 10 ml yıkama çözeltisi ile yıkama sonuçları 100. 00 90. 00 80. 00 70. 00 60. 00 50. 00 40. 00 30. 00 20. 00 10. 00 Cd Cr Cu Ni Pb EDTA 10 ml 30 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 30 dak % giderim EDTA 10 ml 60 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 60 dak % giderim EDTA 10 ml 120 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 120 dak % giderim Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Zn 24

2 numaralı numune için 5 ml yıkama çözeltisi ile yıkama sonuçları 100. 00 90. 00 80. 00 70. 00 60. 00 50. 00 40. 00 30. 00 20. 00 10. 00 Cd Cr Cu Ni Pb EDTA 5 ml 30 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 30 dak % giderim EDTA 5 ml 60 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 60 dak % giderim EDTA 5 ml 120 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 120 dak % giderim Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Zn 25

2 numaralı numune için 10 ml yıkama çözeltisi ile yıkama sonuçları 100. 00 90. 00 80. 00 70. 00 60. 00 50. 00 40. 00 30. 00 20. 00 10. 00 Cd Cr Cu Ni Pb EDTA 10 ml 30 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 30 dak % giderim EDTA 10 ml 60 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 60 dak % giderim EDTA 10 ml 120 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 120 dak % giderim Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Zn 26

3 numaralı numune için 5 ml yıkama çözeltisi ile yıkama sonuçları 100. 00 90. 00 80. 00 70. 00 60. 00 50. 00 40. 00 30. 00 20. 00 10. 00 Cd Cr Cu Ni Pb EDTA 5 ml 30 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 30 dak % giderim EDTA 5 ml 60 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 60 dak % giderim EDTA 5 ml 120 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 120 dak % giderim Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Zn 27

3 numaralı numune için 10 ml yıkama çözeltisi ile yıkama sonuçları 100. 00 90. 00 80. 00 70. 00 60. 00 50. 00 40. 00 30. 00 20. 00 10. 00 Cd Cr Cu Ni Pb EDTA 10 ml 30 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 30 dak % giderim EDTA 10 ml 60 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 60 dak % giderim EDTA 10 ml 120 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 120 dak % giderim Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Zn 28

4 numaralı numune için 5 ml yıkama çözeltisi ile yıkama sonuçları 100. 00 90. 00 80. 00 70. 00 60. 00 50. 00 40. 00 30. 00 20. 00 10. 00 Cd Cr Cu Ni Pb EDTA 5 ml 30 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 30 dak % giderim EDTA 5 ml 60 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 60 dak % giderim EDTA 5 ml 120 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 120 dak % giderim Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Zn 29

4 numaralı numune için 10 ml yıkama çözeltisi ile yıkama sonuçları 100. 00 90. 00 80. 00 70. 00 60. 00 50. 00 40. 00 30. 00 20. 00 10. 00 Cd Cr Cu Ni Pb EDTA 10 ml 30 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 30 dak % giderim EDTA 10 ml 60 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 60 dak % giderim EDTA 10 ml 120 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 120 dak % giderim Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Zn 30

5 numaralı numune için 5 ml yıkama çözeltisi ile yıkama sonuçları 100. 00 90. 00 80. 00 70. 00 60. 00 50. 00 40. 00 30. 00 20. 00 10. 00 Cd Cr Cu Ni Pb EDTA 5 ml 30 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 30 dak % giderim EDTA 5 ml 60 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 60 dak % giderim EDTA 5 ml 120 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 5 ml 120 dak % giderim Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Zn 31

5 numaralı numune için 10 ml yıkama çözeltisi ile yıkama sonuçları 100. 00 90. 00 80. 00 70. 00 60. 00 50. 00 40. 00 30. 00 20. 00 10. 00 Cd Cr Cu Ni Pb EDTA 10 ml 30 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 30 dak % giderim EDTA 10 ml 60 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 60 dak % giderim EDTA 10 ml 120 dak % giderim Fe. Cl 3*6 H 2 O 10 ml 120 dak % giderim Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Zn 32

Yıkanan topraklarda kalan ağır metallerin hangi formda olduğunu bulmak için fraksiyon analizleri yapıldı. Yapılan çalışmalar 16 saat 80 rpm de gerçekleştirildi ve toprak örneklerinin üst sıvısı alınmadan önce 2500 rpm de 30 dakika santrifüjlendi ve bir sonraki fraksiyona geçmeden önce saf su ile muamele edildi. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 33

Fraksiyonlarda gözlenecek metal türleri; S 1= ZAYIF BAĞLI FORMDAKİ AĞIR METALLER S 2= KARBONATLARA BAĞLI FORMDAKİ AĞIR METALLER S 3= DEMİR-MANGAN OKSİTLERİNE BAĞLI FORMDAKİ AĞIR METALLER S 4= ORGANİK MADDEYE BAĞLI FORMDAKİ AĞIR METALLER S 5= KRİSTAL BAĞLI AĞIR METALLER Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 33

1. Numune için fraksiyon sonuçları; 600 500 400 S 5 S 4 300 S 3 S 2 S 1 200 100 0 Cd (mg/kg) Cr (mg/kg) Cu (mg/kg) Ni (mg/kg) Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Pb (mg/kg) Zn (mg/kg) 35

2. Numune için fraksiyon sonuçları; 500 450 400 350 S 5 300 S 4 250 S 3 S 2 200 S 1 150 100 50 0 Cd (mg/kg) Cr (mg/kg) Cu (mg/kg) Ni (mg/kg) Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Pb (mg/kg) Zn (mg/kg) 36

3. Numune için fraksiyon sonuçları; 600 500 400 S 5 S 4 300 S 3 S 2 S 1 200 100 0 Cd (mg/kg) Cr (mg/kg) Cu (mg/kg) Ni (mg/kg) Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Pb (mg/kg) Zn (mg/kg) 37

4. Numune için fraksiyon sonuçları; 600 500 400 S 5 S 4 300 S 3 S 2 S 1 200 100 0 Cd (mg/kg) Cr (mg/kg) Cu (mg/kg) Ni (mg/kg) Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Pb (mg/kg) Zn (mg/kg) 38

5. Numune için fraksiyon sonuçları; 600 500 400 S 5 S 4 300 S 3 S 2 S 1 200 100 0 Cd (mg/kg) Cr (mg/kg) Cu (mg/kg) Ni (mg/kg) Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 Pb (mg/kg) Zn (mg/kg) 39

SONUÇLAR üYapılan analizler sonucu EDTA yıkama çözeltisi 5 çeşit toprak örneklerinin 3 ünde verimli olduğu görülmektedir. 5 ml EDTA miktarı optimum miktar ve 120 dakika ise optimum süre kabul edilebilir. üFe. Cl 3 *6 H 20 yıkama çözeltisi ise 2 çeşit toprak örneklerinde % giderimi en fazladır. Optimum süre 30 dakika kabul edilebilirken uygun yıkama miktarı belirlenememektedir. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 40

SONUÇLAR Toprakta kalan ağır metallerin toprak fraksiyonuna göre bakıldığında tüm toprak örnekleri için; üCd zayıf bağlı formada ve organik maddeye bağlı formdaki ağır metal olduğu genellemesi yapılabilir. üCr ; 3. Toprak numunesi hariç kristal bağlı ağır metal şeklindedir. Sonuçları çıkarılmaktadır. üZn genel olarak zayıf bağlı formdadır. üCu, Ni ve Pb her numune için farklı bağ yapısı göstermiştir. Toprak özelliği ile paralel bir bağlanma yapmaktadır. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2 41

Daha temiz bir çevrede yaşayabilmeniz dileği ile… Dinlediğiniz için teşekkür ederim. Aksaray Üniversitesi Mühendislik Uygulamaları 2