ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Zeynep ÖZBEK
Anabilim Dalı : Çevre Mühendisliği
Programı : Çevre Bilimleri Ve Mühendisliği
HAZĠRAN 2010
TOPRAKTAKĠ AĞIR METALLER ĠÇĠN SINIR DEĞERLERĠN UYGULANABĠLĠRLĠĞĠNĠN ARAġTIRILMASI
HAZĠRAN 2010
ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Zeynep ÖZBEK
501081730
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 7 Mayıs 2010 Tezin Savunulduğu Tarih : 7 Haziran 2010
Tez DanıĢmanı : Prof. Dr. Kadir ALP (ĠTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Ġsmail TORÖZ (ĠTÜ)
Prof. Dr. Turgut Tüzün ONAY (BÜ)
TOPRAKTAKĠ AĞIR METALLER ĠÇĠN SINIR DEĞERLERĠN UYGULANABĠLĠRLĠĞĠNĠN ARAġTIRILMASI
ÖNSÖZ
Çalışmalarım boyunca bilgi ve deneyimlerini esirgemeyen Danışmanım Prof. Dr. Kadir Alp ve Prof. Dr. İsmail Toröz‟e en içten teşekkürlerimi sunarım. Tez çalışmam boyunca bana her konuda destek ve yardımcı olan Arş. Gör. Edip Avşar‟a, laboratuarda asit yardımıyla mikrodalgada toprak parçalama ve ICP-OES cihazında yapılan ağır metal analizlerindeki yardımlarından dolayı Arş. Gör. Hale Özgün‟e ve Arş. Gör. Mustafa Evren Erşahin‟e, Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresinde TCLP sonuçlarının ölçümlerindeki yardımlarından dolayı Yük. Müh. Ayşegül Ünal‟a teşekkür ederim. Hayatım boyunca desteklerini benden esirgemeyen, hep yanımda olan ve bana sabır gösteren değerli aileme çok teşekkür ederim.
Haziran 2010 Zeynep Özbek
ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa ÖNSÖZ ... v ĠÇĠNDEKĠLER ... vii KISALTMALAR ... ix ÇĠZELGE LĠSTESĠ ... xi
ġEKĠL LĠSTESĠ ... xvii
ÖZET ... xix
SUMMARY ... xxi
1. GĠRĠġ ... 1
1.1 Amaç Ve Kapsam ... 2
2. TOPRAK KĠRLĠLĠĞĠ ... 5
2.1 Toprak Kirliliğine Neden Olan Kaynaklar Ve Kirleticiler ... 6
2.1.1 Ağır metaller ... 9
2.2 Toprak Kirliliğinin Etkileri ... 10
2.2.1 Topraktaki ağır metal kirliliğinin etkileri ... 13
2.3 Kirlenmiş Bir Toprakta Kirleticiler İçin Doğal Giderim Prosesleri ... 39
2.4 Kirlenmiş Toprakların Temizlenmesi ... 40
2.5 Toprak Kirliliğinin Önlenmesi İçin Alınabilecek Tedbirler... 42
3. DĠĞER ÜLKELERDEKĠ VE ÜLKEMĠZDEKĠ TOPRAKLARDAKĠ AĞIR METAL KĠRLĠLĠĞĠNĠN ÇEVRESEL DEĞERLENDĠRMESĠ VE YASAL DURUM ... 43
3.1 Diğer Ülkelerdeki Ve Ülkemizdeki Topraklardaki Ağır Metal Kirliliğinin Çevresel Değerlendirmesi ... 43
3.1.1 Diğer ülkelerdeki topraklardaki ağır metal kirliliği ... 43
3.1.1.1 Endüstriyel bölge topraklarındaki ağır metal kirliliği 43 Sedimentlerdeki ağır metal kirliliği 53 3.1.1.2 Yol kenarlarındaki topraklardaki ağır metal kirliliği 54 3.1.2 Ülkemizdeki topraklardaki ağır metal kirliliği ... 60
3.1.2.1 Endüstriyel bölge topraklarındaki ağır metal kirliliği 60 3.1.2.2 Yol kenarlarındaki topraklardaki ağır metal kirliliği 66 Türkiye‟nin maden yataklarının toprak kirliliği bakımından irdelenmesi 74 Büyük baraj, akarsu ve lagün sedimentlerindeki ağır metal kirliliği 80 3.2 Yasal Durum ... 85
3.2.1 Diğer ülkelerde uygulanan yasal durum ... 85
3.2.1.1 Diğer ülkelerde arıtma çamurlarının toprak uygulamalarındaki yasal durum 101 3.2.2 Ülkemizde Topraklarda Uygulanan Yasal Durum ... 102
3.2.2.1 Ülkemizde arıtma çamurlarının toprak uygulamalarındaki yasal durum 104 4. KROM ... 107
4.2 Tabiatta Krom ... 108
4.3 Bitkilerde Krom ... 113
4.3.1 Bitkilere geçen krom (VI) miktarının tahmini ... 118
4.3.2 Bitkiler üzerinde kromun etkisi ... 119
4.4 Cr (VI) İle Kirlenmiş Ortamlarda Zemin Veya Yeraltı Suyu Islahı ... 123
4.5 Diğer Ülkelerdeki Limit Değerler ... 125
4.6 Ülkemizdeki Sınır Değerler ... 131
4.6 Dünyada Topraklardaki Krom Değerleri ... 133
4.7 Kromun Sağlık Etkileri ... 139
5. MATERYAL VE METOT ... 143
5.1 Materyal ... 143
5.1.1 Araştırma bölgesinin tanımı ... 143
5.1.2 Araştırmada kullanılan toprak materyali ... 143
5.2 Metot... 144
5.2.1 Toprak numunelerinin alınması ve muhafaza edilmesi ... 145
5.2.2 Toprak numunelerinin analize hazırlanması ... 145
5.2.3 Toprak örneklerinde yapılan analizler... 146
5.2.3.1 Toprağın pH değerinin belirlenmesi 146 5.2.3.2 Mikrodalga ekstraksiyonu 146 5.2.3.3 Topraktaki ağır metal içeriğinin ICP-OES ile belirlenmesi 147 5.2.3.4 Toprak örneklerine TCLP yapılması 149 6. ARAġTIRMA BULGULARI VE TARTIġMA ... 151
6.1 Toprak Örneklerinin pH Değerleri ... 151
6.2 Toprak Örneklerinin Ağır Metal Değerleri ... 152
6.3 Toprak Örneklerinin TCLP Sonuçları ... 156
7. SONUÇ VE ÖNERĠLER ... 157
KISALTMALAR
AB : Avrupa Birliği
ABD : Amerika Birleşik Devletleri
AEAAÇK : Arıtılmamış Evsel Atıksu ile Arıtma Çamuru Karışımı CCA : Chromated Copper Arsenate
CLEA : Contaminated Land Exposure Assessment COPR : Chromium Ore Processing Residue DAP : Diamonyumfosfat
EC50 : Effective Concentration (50 %) EPA : Environmental Protection Agency
ICP-OES : Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry ICRCL : Interdepartmental Committee for the Redevelopment of
Contaminated Land k.a. : Kuru Ağırlık k.ç. : Kuru Çamur
LC50 : Lethal Concentration (50 %)
Min. : Minimum
Mak. : Maksimum
Ort. : Ortalama
PTE : Potansiyel Olarak Toksik Elementler SGV : Soil Guideline Values
Std. sapma : Standart Sapma
TCLP : Toxicity Characteristic Leaching Procedure TKKY : Toprak Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği
TKS : Temiz Kanal Suyu
TSP : Trisüperfosfat
TSE : Türk Standartları Enstitüsü
vb. : Ve benzeri
vd. : Ve diğerleri
vs. : Vesaire
WHO : World Health Organization y.a. : Yaş Ağırlık
ÇĠZELGE LĠSTESĠ
Sayfa Çizelge 2.1 : Toprak kirleticileri. ... 9 Çizelge 2.2 : Günlük besin alım değerleri. ... 11 Çizelge 2.3 : Ağır metallerin yapraklardaki normal ve toksik konsantasyonları. ... 14 Çizelge 2.4 : Topraklardaki ağır metal kirliliğinin tarımsal kaynakları (mg/kg k.a.) 16 Çizelge 2.5 : Atıksu arıtma tesisi çamurundaki metal içerikleri (mg/kg). ... 18 Çizelge 2.6 : Arıtma çamuru ve arıtma çamuru ile karıştırılmış topraktaki ağır metal
değerleri (mg/kg). ... 20 Çizelge 2.7 : Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi çamurundaki ağır metal
konsantrasyonları (ppm kuru madde). ... 20 Çizelge 2.8 : Topraktaki ve arıtma çamurundaki ağır metal değerleri (mg/kg). ... 21 Çizelge 2.9 : Çim bitkisi örneklerinde ağır metal içerikleri (mg/kg). ... 22 Çizelge 2.10 : Arıtma çamurlarının ağır metal değerlerinin karşılaştırılması (mg/kg).
... 23 Çizelge 2.11 : Kayseri Evsel Atıksu Arıtma Tesisi çamurundaki ağır metallerin
konsantrasyonu (mg/kg). ... 23 Çizelge 2.12 : TKS ile sulanmış ve AEAAÇK uygulanmış topraktaki ağır metal
konsantrasyonları (mg/kg). ... 25 Çizelge 2.13 : TSK sulanmış ve AEAAÇK uygulanmış toprakta yetiştirilen
sebzelerin metal alım miktarları (mg/kg). ... 25 Çizelge 2.14 : Topraklarda, bitkilerde ve otlayan sığırların çeşitli organlarındaki ağır metal içeriklerinin karşılaştırılması (ppm). ... 27 Çizelge 2.15 : Neraki‟de topraklardaki ağır metal değerleri ve TCLP sonuçları. ... 28 Çizelge 2.16 : CCA ile kirlenmiş toprağın metal konsantrasyonları ve TCLP
sonuçları. ... 28 Çizelge 2.17 : Gemikonagi-Xeros döküm tesisi bölgesindeki topraklardaki toplam
metal içeriği ve TCLP sonuçları. ... 29 Çizelge 2.18 : Güney Tayvan arıtma çamurunun toplam metal içeriği ve TCLP
sonuçları. ... 29 Çizelge 2.19 : Tayvan endüstriyel arıtma çamurundaki metal miktarları (mg/kg).... 30 Çizelge 2.20 : Tayvan endüstriyel arıtma çamurunun ve tuğlaların TCLP sonuçları 30 Çizelge 2.21 : İspanya, Macaristan, Norveç ve Trakya‟da karayosunundaki ortalama
ağır metal değerleri (mg/kg). ... 34 Çizelge 2.22 : Çeşitli Avrupa ülkelerinde yapılan biyolojik izleme çalışmaları
sonucunda elde edilen ortalama değerler (mg/kg). ... 34 Çizelge 2.23 : Trakya‟da karayosunlarındaki metal konsantrasyonları... 34 Çizelge 2.24 : Liken ve karayosunu türlerindeki ağır metal konsantrasyonları (µg/g).
... 36 Çizelge 2.25 : Ayçiçeği tohumlarından çözücü ekstraksiyon ile elde edilen yağlarda
Cu, Fe, Cd ve Pb içerikleri (ppm). ... 38 Çizelge 3.1 : Diğer ülkelerdeki endüstriyel kaynaklardan kirlenmiş topraklardaki en
yüksek ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 43 Çizelge 3.2 : Dhaka‟da topraklardaki ve bitkilerdeki ağır metal konsantrasyonları. 44
Çizelge 3.3 : Avustralya‟da sebzelerdeki ağır metal konsantrasyonları (mg/kg y.a.) 46
Çizelge 3.4 : Pieve Vergonte‟deki ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 48
Çizelge 3.5 : Borgomanero‟daki ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 49
Çizelge 3.6 : Nanjing‟de topraklardaki Cu, Zn, Pb ve Cr içerikleri. ... 50
Çizelge 3.7 : Cleveland‟da topraklardaki ağır metal miktarları (mg/kg). ... 50
Çizelge 3.8 : Maden artıklarında ve topraklardaki ağır metal konsantrasyonları. ... 52
Çizelge 3.9 : Bitkilerdeki ağır metal konsantrasyonları ve aralıkları (mg/kg). ... 52
Çizelge 3.10 : Ekstraktörde topraktan ekstrakte edilen metal konsantrasyonları. ... 53
Çizelge 3.11 : Portman Körfezi‟nin kontamine sedimentlerindeki metal içerikleri. . 53
Çizelge 3.12 : Innerste Nehri‟nin sedimentlerindeki ağır metal konsantrasyonları. . 54
Çizelge 3.13 : Yol kenarındaki topraklardaki Cu, Cd, Pb ve Zn konsantrasyonları. . 55
Çizelge 3.14 : Yol kenarındaki bitkilerdeki Cu, Pb ve Zn ortalama konsantrasyonları. ... 55
Çizelge 3.15 : Dünyada yol kenarındaki topraklardaki Cu, Cd, Pb ve Zn değerleri. 56 Çizelge 3.16 : Dünyada bitkilerdeki Cu, Pb ve Zn değerleri. ... 56
Çizelge 3.17 : Meksiko‟da topraklardaki ortalama ağır metal konsantrasyonları. .... 56
Çizelge 3.18 : Hong Kong‟da topraklardaki ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). 57 Çizelge 3.19 : Hindistan‟ın Doon Vadisi topraklarındaki ağır metal dağılımı. ... 58
Çizelge 3.20 : Palermo yüzey topraklarındaki ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 58
Çizelge 3.21 : Bangkok yüzey topraklarındaki ağır metal değerleri ve diğer şehirlerle karşılaştırılması. ... 59
Çizelge 3.22 : Tunçbilek Termik Santrali‟nin etrafındaki topraklardaki ve yapraklardaki ağır metal değerleri. ... 61
Çizelge 3.23 : Aliağa‟daki kayaların ağır metal konsantrasyonları. ... 61
Çizelge 3.24 : Aliağa‟daki sedimentlerdeki ve topraklardaki ağır metal konsantrasyonları. ... 62
Çizelge 3.25 : İzmit Körfezi ve İZAYDAŞ yakınlarındaki topraklardaki ağır metal konsantrasyonları ve aralık değerleri (mg/kg). ... 63
Çizelge 3.26 : İSDEMİR tesisi içindeki ve yakınlarındaki topraklardaki ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 63
Çizelge 3.27 : Bafra ve Çarşamba Ovalarındaki ağır metal içerikleri (mg/kg). ... 64
Çizelge 3.28 : Aydın Havzası topraklarındaki ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 65
Çizelge 3.29 : Fatih Sultan Mehmet Köprüsü- E-5 güzergahında yol kenarındaki toprakların ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 67
Çizelge 3.30 : Halıcıoğlu-Boğaziçi Köprüsü güzergahında yol kenarındaki toprakların ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 67
Çizelge 3.31 : Halıcıoğlu-Fatih Sultan Mehmet Köprüsü güzergahında yol kenarındaki toprakların ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 68
Çizelge 3.32 : E-5 Karayolundaki ağır metal konsantrasyonları. ... 70
Çizelge 3.33 : Elazığ‟da yol kenarındaki topraklardaki Pb, Cd ve Cu konsantrasyonları. ... 72
Çizelge 3.34 : Ankara topraklarındaki ortalama metal konsantrasyonları (µg/g)... 73
Çizelge 3.35 : Ankara‟nın şehir içindeki ve dışındaki topraklarındaki ortalama ağır metal konsantrasyonları. ... 73
Çizelge 3.36 : Antalya‟nın şehir içindeki ve dışındaki topraklarındaki metal konsantrasyonları. ... 73
Çizelge 3.37 : Denizli‟nin farklı bölgelerinden toplanan toprak örneklerindeki ağır metal konsantrasyonları. ... 74
Çizelge 3.38 : Keban Baraj Gölü‟nün dip çamurlarındaki ağır metal
konsantrasyonları. ... 80 Çizelge 3.39 : Hazar Gölü‟nün sedimentlerindeki ağır metal konsantrasyonları. ... 81 Çizelge 3.40 : İzmir, Karaburun‟daki Kalecik Hg madenindeki akarsu
sedimentlerindeki ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 81 Çizelge 3.41 : İzmir Halıköy civa madeni atıklarındaki, akarsu sedimentlerindeki ve
topraklarındaki ağır metal konsantrasyonları (mg/kg). ... 83 Çizelge 3.42 : Akdeniz‟deki Ölüdeniz Lagünü ve diğer denizlerin sedimentlerindeki
metal konsantrasyonları. ... 84 Çizelge 3.43 : Antropojenik faaliyetler sonucu ortaya çıkan ağır metallerin
topraklardaki kirlilik sınıfları (mg/kg)... 85 Çizelge 3.44 : Avrupa ülkelerinde toprak sınıflandırma verilerinin belirlenmesinde
dikkate alınmış hedefler (reseptörler). ... 87 Çizelge 3.45 : Toprak tipi ve özelliklerini göz önünde bulundurarak farklı limitler
belirleyen ülkeler. ... 88 Çizelge 3.46 : AB ülkelerinde araştırılan ekolojik toprak risk değerlerinin
belirlenmesinde dikkate alınan ekolojik hedefler (reseptörler). ... 88 Çizelge 3.47 : Avrupa ülkelerinde toprak sınıflandırma değerlerinin belirlenmesinde
göz önünde bulundurulmuş maruz kalma yolları. ... 90 Çizelge 3.48 : “İhmal edilebilir risk” değerleri (mg/kg k.a.). ... 93 Çizelge 3.49 : “Uyarı riski” değerleri (mg/kg k.a.). ... 93 Çizelge 3.50 : “Potansiyel olarak kabul edilemeyecek risk değerleri” (yerleşim
amaçlı toprak kullanımı için), (mg/kg k.a.). ... 94 Çizelge 3.51 : “Potansiyel olarak kabul edilemeyecek risk” değerleri (endüstriyel
amaçlı toprak kullanımı için), (mg/kg k.a.). ... 94 Çizelge 3.52 : Arap ülkelerindeki toprak kullanım gruplarına göre topraklardaki
elementlerin limit değerleri (mg/kg). ... 95 Çizelge 3.53 : Yerleşim yeri (Y) ve endüstriyel (E) toprak kirliliği iyileştirme kılavuz
değerleri (mg/kg). ... 97 Çizelge 3.54 : Tarımda kullanılacak atıksu arıtma tesisi çamurunda izin verilen
maksimum metal konsantrasyonları. ... 101 Çizelge 3.55 : Arıtma çamuru uygulamasından sonra toprakta PTE için maksimum
konsantrasyon ve maksimum yıllık uygulama oranları. ... 102 Çizelge 3.56 : Arıtma çamuru uygulamasından sonra çimli toprakta PTE için
maksimum konsantrasyonlar (numune alma derinliği 7,5 cm). ... 102 Çizelge 3.57 : Topraktaki ağır metal sınır değerleri. ... 103 Çizelge 3.58 : Jenerik kirletici sınır değerler listesi. ... 103 Çizelge 3.59 : Toprakta kullanılabilecek stabilize arıtma çamurunda müsaade
edilecek maksimum ağır metal muhtevaları. ... 104 Çizelge 3.60 : Toprakta on yıllık ortalama esas alınarak bir yılda verilmesine
müsaade edilecek ağır metal yükü sınır değerleri. ... 105 Çizelge 3.61 : Ağır metallerin topraktaki tipik değerleri ve kabul edilebilir sınırları
ile sulama suyundaki ve arıtılmış sulama suyundaki sınır değerleri. 105 Çizelge 3.62 : Sulama sularında izin verilebilen maksimum ağır metal ve toksik
elementlerin konsantrasyonları. ... 106 Çizelge 4.1 : Kromun fiziksel ve kimyasal özellikleri. ... 107 Çizelge 4.2 : Kromun çeşitli kayaçlardaki ortalama değerleri ve aralıkları. ... 109 Çizelge 4.3 : Farklı bölgelerdeki su kaynaklarında ölçülen Cr (VI) konsantrasyonları. ... 110
Çizelge 4.4 : Brezilya/Sao Paola/Urania/Adamantia akiferinde yeraltı sularında
bulunan krom değerleri (µg/L)... 111
Çizelge 4.5 : Brezilya/Sao Paola bölgesinde kuyularda Cr konsantrasyonları. ... 111
Çizelge 4.6 : Toprak türüne bağlı olarak krom değerlerinin değişimi. ... 112
Çizelge 4.7 : Kromun yer kabuğu ve litosferi oluşturan önemli kayaç türlerindeki ortalama konsantrasyonları. ... 112
Çizelge 4.8 : Çin‟de kontamine olmayan ve kontamine topraklardaki ve Amaranthus viridis L.‟deki çeşitli metallerin konsantrasyonları (µg/g k.a.). ... 115
Çizelge 4.9 : Bitkilerin krom alım miktarları (mg/g k.a. gün). ... 116
Çizelge 4.10 : Köklerdeki krom konsantrasyonu (mg/g k.a.). ... 116
Çizelge 4.11 : Sürgünlerdeki krom konsantrasyonu (mg/g k.a.). ... 116
Çizelge 4.12 : Pirinç bitkisinin değişik bölümlerindeki krom alımı. ... 117
Çizelge 4.13 : Pirinç bitkisinin değişik bölümlerindeki toplam krom alımının yüzde birikimi. ... 117
Çizelge 4.14 : Cr (VI)‟nın bitki türleri üzerine etkileri. ... 121
Çizelge 4.15 : Cr (VI) ile kirlenmiş saha ile ilgili kolon deneyi çalışma sonuçları. 124 Çizelge 4.16 : İndirgeme metoduna bağlı olarak Cr (VI) konsantrasyonlarının değişimi. ... 125
Çizelge 4.17 : Bazı AB üyesi ülkelerde “ihmal edilebilir risk” için krom değerleri 125 Çizelge 4.18 : Krom için “uyarı riski” değerleri (yerleşim amaçlı kullanım), (mg/kg k.a.). ... 126
Çizelge 4.19 : “Potansiyel olarak kabul edilmeyecek risk” için krom değerleri, (mg/kg k.a.). ... 126
Çizelge 4.20 : Belçika‟da arazi kullanım durumuna göre krom değerleri. ... 126
Çizelge 4.21 : Arap ülkelerinde toprak kullanım gruplarına göre topraklardaki kromun limit değerleri (mg/kg). ... 127
Çizelge 4.22 : Arazinin kullanım şekline göre krom için toprak kılavuz değerleri. 127 Çizelge 4.23 : Krom (III) ve krom (VI) için New Jersey toprak temizleme kriterleri. ... 128
Çizelge 4.24 : Çamurda krom için limit değerler. ... 129
Çizelge 4.25 : Toprakta krom için limit değerler ve tarım alanları için maksimum yıllık ortalama krom yükü. ... 130
Çizelge 4.26 : İngiltere‟de arıtma çamuru uygulamasından sonra toprakta maksimum krom konsantrasyonu ve maksimum yıllık uygulama oranı. ... 130
Çizelge 4.27 : Topraktaki krom sınır değerleri. ... 131
Çizelge 4.28 : Toprakta kullanılabilecek stabilize arıtma çamurunda müsaade edilecek maksimum krom muhtevası. ... 131
Çizelge 4.29 : Toprakta on yıllık ortalama esas alınarak bir yılda verilmesine müsaade edilecek krom yükü sınır değeri. ... 131
Çizelge 4.30 : Kromun sınır değerleri. ... 132
Çizelge 4.31 : Batı Avrupa, Amerika, Kanada ve Dünya topraklarındaki iz element miktarların karşılaştırılması. ... 133
Çizelge 4.32 : Topraklardaki toplam Cr ve suda çözünen Cr (VI) dağılımı (mg/kg). ... 135
Çizelge 4.33 : Toprak profillerindeki toplam Cr ve suda çözünen Cr (VI) dağılımı (mg/kg). ... 135
Çizelge 4.34 : Çeşitli ülkelerin yüzey topraklarındaki krom miktarları. ... 136
Çizelge 4.35 : Toprak örneklerinin krom miktarları (ppm). ... 137
Çizelge 4.37 : Mersin Kazanlı bölgesinde kromat bileşikleri üreten fabrikanın
yakınlarındaki tarım topraklarındaki krom miktarları. ... 138
Çizelge 4.38 : Mevcut bilgilere göre Cr (VI)‟nın insanlar üzerindeki etkileri. ... 141
Çizelge 4.39 : Mevcut bilgilere göre Cr (VI)‟nın hayvanlar üzerindeki etkileri. .... 141
Çizelge 4.40 : Mevcut bilgilere göre Cr (III)‟ün insanlar üzerindeki etkileri. ... 141
Çizelge 4.41 : Mevcut bilgilere göre Cr (III)‟ün hayvanlar üzerindeki etkileri. ... 142
Çizelge 5.1 : Toprak numune istasyonlarının koordinatları. ... 145
Çizelge 5.2 : Elementler için kullanılan spesifik dalga boyları. ... 148
Çizelge 6.1 : Toprak numunelerinin pH değerleri. ... 151
Çizelge 6.2 : Toprakların pH değerlerine göre sınıflandırılması. ... 152
Çizelge 6.3 : Toprak örneklerinin ağır metal değerleri (mg/kg). ... 154
ġEKĠL LĠSTESĠ
Sayfa
ġekil 3.1 : Elazığ‟da yol kenarındaki topraklardan numune alma yerleri. ... 71
ġekil 3.2 : Türkiye‟nin maden yatakları. ... 75
ġekil 3.3 : Ülkemizde bulunan maden ve enerji kaynakları. ... 76
ġekil 3.4 : Türkiye Cu-Pb-Zn kuşaklarının dağılımı. ... 77
ġekil 3.5 : Türkiye krom yatakları. ... 79
ġekil 3.6 : (a) Halıköy Hg maden ocağı tesisi. (b) Madenin drenaj suyu. ... 82
ġekil 3.7 : Çeşitli risk seviyelerindeki uygulama örnekleri. ... 92
ġekil 5.1 : Toprak numune istasyonları………144
ġekil 5.2 : Berghof marka speedwave model mikrodalga fırın. ... 146
ġekil 5.3 : Perkin Elmer marka, Optima 7000 DV ICP-OES cihazı. ... 148
TOPRAKTAKĠ AĞIR METALLER ĠÇĠN SINIR DEĞERLERĠN UYGULANABĠLĠRLĠĞĠNĠN ARAġTIRILMASI
ÖZET
Çevre insan veya başka bir canlının yaşamı boyunca ilişkilerini sürdürdüğü dış ortamdır. Doğanın temel fiziksel unsurları olan hava, su ve toprak üzerinde olumsuz etkilerin oluşması ile ortaya çıkan ve canlı öğelerin hayati aktivitelerini olumsuz yönde etkileyen çevre sorunlarına çevre kirliliği adı verilmektedir.
20. yüzyılın başlarından itibaren modern tarıma geçilmesi ve sanayileşmenin hızlanması ile birlikte de hızla artan dünya nüfusunun oluşturduğu etkiyle doğal kaynaklar, ekosistemler büyük ölçüde tahrip edilmiş, kirletilmiş ve bunların sonucunda toprak kirliliği de bir çevre sorunu olarak karşımıza çıkmaya başlamıştır. Toprak kirlenmesine sebep olan başlıca kirleticiler ağır metaller, gübreler, atık sular, arıtma çamurları ve katı atıklardır.
Son yıllarda ağır metallerin yol açtığı toprak kirliliği tüm dünyanın dikkatini çeken bir konu olmuştur. Topraklardaki ağır metal kirliliği, endüstri ve madencilik aktivitelerinin gelişmesiyle ve atıksuyla yapılan sulamaların ve arıtma çamuru uygulamalarının yaygınlaşmasıyla global bir problem halini almıştır. Ağır metallerin toprakta birikmesinin toprak verimliliği ve ekosistemin fonksiyonları üzerinde önemli etkileri vardır. Topraklardaki ağır metallerin bitkilerin hem yeşil aksamında hem de köklerinde biriktiği bilinmektedir. Topraktan bitkilere geçen ağır metaller besin zinciriyle hayvan ve insanlara ulaşabilmektedir.
İstanbul‟un çeşitli bölgelerinden (farklı kullanım alanlarından) temin edilen toprak numunelerindeki Toprak Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği Taslağı‟nda bulunan ağır metallerin ölçülmesi ile Evsel Ve Kentsel Arıtma Çamurlarının Toprakta Kullanılmasına İlişkin Yönetmelik Taslağı‟ndaki sınır değerlerin uygulanabilirliğinin araştırılması amaçlanmaktadır. Elde edilen sonuçların Türkiye ve diğer ülkelerdeki yönetmeliklerle karşılaştırılması yapılarak, toprağın kullanım amacına bağlı olarak içerebileceği ağır metal miktarları belirlenmiştir.
RESEARCH OF APPLICABILITY OF LIMIT VALUES FOR HEAVY METALS IN SOIL
SUMMARY
Environment is an external media in which human beings or other living creatures continue their relationships throughout their lives. The environmental problems that occur as a result of negative effects on air, water and soil, the basic physical elements of nature and that affect negatively the vital activities of living creatures are called environmental pollution.
With the transition of modern agriculture and the acceleration of industrialization and with the effects of rapidly increasing world population, the natural resources and ecosystems have largely been destroyed and contaminated since the beginning of the 20th. century and as a consequence of this, soil pollution has emerged as an enviromental problem. The main contaminants that cause soil pollution are heavy metals, fertilizers, waste water, sewage sludges and solid wastes.
In recent years, soil pollution caused by heavy metal has been an issue that has called the attention of the whole world. The heavy metal pollution in the soil has turned out to be a global problem with development of industrial and mining activities and as the waste water irrigation and the applications of the sewage sludge have become widespread. Accumulation of heavy metals in soil, has a significant impact on soil productivity and the functions of the ecosystem. Heavy metals in soils are known to accumulate both in the roots and the green parts of plants. Heavy metals that pass from soil to plants can reach animals and people by means of food chain.
Measuring the heavy metals that are contained in the Draft Of Soil Pollution Control Regulation in the soil samples obtained from various regions of Istanbul (from diverse areas of use) and investigating the feasibility of limit values in the Regulation Draft Related To The Usage Of Domestic And Municipal Sewage Sludge In Soil are the objectives. The obtained results were compared with the regulations in Turkey and in other countries and the amount of heavy metals that the soil might contain depending on the intended purpose of the soil was determined accordingly.
1. GĠRĠġ
Çevre insan veya başka bir canlının yaşamı boyunca ilişkilerini sürdürdüğü dış ortamdır. Hava, su ve toprak bu çevrenin fiziksel unsurlarını insan, hayvan, bitki ve diğer mikroorganizmalar ise biyolojik unsurlarını teşkil etmektedir. Doğanın temel fiziksel unsurları olan hava, su ve toprak üzerinde olumsuz etkilerin oluşması ile ortaya çıkan ve canlı öğelerin hayati aktivitelerini olumsuz yönde etkileyen çevre sorunlarına çevre kirliliği adı verilmektedir.
Çevre kirliliği de insan sağlığını etkileyen problemlerin başında yer almaktadır. Teknoloji devrimi ile birlikte hayat standartlarının yükselmesi ve ölüm oranlarının azalması, kentlerde yoğun bir nüfus artışı meydana getirmiş, paralelinde de hızlı bir kirlilik oluşmaya başlamıştır. Sanayi devrimi ile birlikte batı ülkelerinde gelişerek devam eden ve daha sonra diğer ülkelere de geçen seri üretim sonucunda oluşan yan ürünler dünyanın ekolojik dengesi üzerinde olumsuz etkilere sebep olmuştur (Başcı, 2009).
20. yüzyılın başlarından itibaren modern tarıma geçilmesi ve sanayileşmenin hızlanması ile birlikte de hızla artan dünya nüfusunun oluşturduğu etkiyle doğal kaynaklar, ekosistemler büyük ölçüde tahrip edilmiş, kirletilmiş ve bunların sonucunda toprak kirliliği de bir çevre sorunu olarak karşımıza çıkmaya başlamıştır (Türkoğlu, 2006; Başcı, 2009).
Topraklar, su ve havaya göre dış etkenlere karşı tamponlama gücü yüksek olan sistemlerdir. Ancak sisteme ilave edilen kirleticiler tarafından bozulmalar meydana geldiğinde karşılaşılan sorunlarda o ölçüde karmaşık, zor ve düzeltilmesi masraflı olmaktadır. Toprak kirlenmesine sebep olan başlıca kirleticiler, ağır metaller, gübreler, atıksular, arıtma çamurları ve katı atıklardır (Başcı, 2009).
Ağır metallerin çevreye yayılmasında etken olan en önemli endüstriyel faaliyetler çimento üretimi, demir-çelik sanayi, termik santraller, cam üretimi, çöp ve atık çamur yakma tesisleridir. Havaya bırakılan ağır metaller sonuçta karaya
ulaşmaktadır, hayvanlar ve insanlar tarafından havadan aerosol olarak veya toz halinde solunmaktadır (Kahvecioğlu ve diğ., 2003; Durak, 2005; Köseoğlu, 2007). Endüstriyel ürünlerin üretiminde ağır metallerin yoğun bir biçimde kullanılması nedeniyle insanların ağır metallere maruz kalma oranı son 50 yılda çok ciddi bir biçimde artmıştır. Bunun nedenleri tarımda üretim yöntemlerinin çok değişmiş olması, artan gübre ve zirai ilaç kullanımı, ulaşım araçlarının egzoz gazları, üretimin artması ile artan katı atıklar, atıksular ve bunların sağlıksız bir biçimde depolanmaları ile besin maddelerine ulaşabilmeleri, kentlerin büyümesi ile yoğun yaşam koşullarıdır. Ayrıca civalı amalgam dolgular, boyalar ve musluk sularındaki kurşun, işlenmiş gıdalar, kozmetik ürünleri, şampuan, saç ürünleri ve diş macunundaki kimyasal kalıntılar nedeniyle insanlar her an ağır metallerle iç içe yaşamaktadır (Durak, 2005).
Son yıllarda ağır metallerin yol açtığı toprak kirliliği tüm dünyanın dikkatini çeken bir konu olmuştur. Topraklardaki ağır metal kirliliği, endüstri ve madencilik aktivitelerinin gelişmesiyle ve atıksuyla yapılan sulamaların ve arıtma çamuru uygulamalarının yaygınlaşmasıyla global bir problem halini almıştır. Ağır metallerin toprakta birikmesinin toprak verimliliği ve ekosistemin fonksiyonları üzerinde önemli etkileri vardır (Durak, 2005; Köseoğlu, 2007). Topraklardaki ağır metallerin bitkilerin hem yeşil aksamında hem de köklerinde biriktiği bilinmektedir (Başcı, 2009). Topraktan bitkilere geçen ağır metaller besin zinciriyle hayvan ve insanlara ulaşabilmektedir (Durak, 2005; Köseoğlu, 2007).
Toprağın gereksinim duyulan miktarlarda devamlılığını sağlamak, niteliğini ve verimliliğini halkın yaşam temellerini karşılayacak düzeyde tutmak, tüm ülkelerde ulusal bir politika haline gelmiştir. Bu politikanın başarıya ulaşması için, toprak kirliliği sorununun tüm boyutlarıyla kavranması gerekmekte ve kirlenmenin önlenmesi için tedbirler alınmalıdır (Çepel, 1997).
1.1 Amaç Ve Kapsam
İstanbul‟un çeşitli bölgelerinden (farklı kullanım alanlarından) temin edilen toprak numunelerindeki Toprak Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği Taslağı‟nda bulunan ağır metallerin ölçülmesi ile Evsel Ve Kentsel Arıtma Çamurlarının Toprakta Kullanılmasına İlişkin Yönetmelik Taslağı‟ndaki sınır değerlerin uygulanabilirliğinin
araştırılması amaçlanmaktadır. Elde edilen sonuçların Türkiye ve diğer ülkelerdeki yönetmeliklerle karşılaştırılması yapılarak, toprağın kullanım amacına bağlı olarak içerebileceği ağır metal miktarları belirlenmiştir.
Bu çalışma kapsamında toprak kirliliğine neden olan kaynaklar ve kirleticiler ve bunların etkileri, kirlenmiş bir toprakta kirleticiler için doğal giderim prosesleri, kirlenmiş toprakların temizlenmesi ve toprak kirliliğinin önlenmesi için alınabilecek tedbirler ikinci bölümde, üçüncü bölümde ise ülkemizdeki ve diğer ülkelerdeki ağır metallerin çevresel değerlendirilmesi ile yasal durum yer almaktadır. Ağır metallerden kromun topraktaki, bitkilerdeki değerleri, Cr (VI) ile kirlenmiş ortamlarda zemin veya yeraltı suyu ıslahı, ülkemizdeki ve diğer ülkelerdeki limit değerleri, sağlık etkileri ayrı bir bölümde incelenmiştir. Son üç bölümde ise yapılan deneylerin materyal ve metot, araştırma bulguları ve tartışma, sonuç ve öneriler bulunmaktadır.
2. TOPRAK KĠRLĠLĠĞĠ
Toprak, ana materyal adını verdiğimiz kayaçların, organik atıkların uzun bir süreç içinde birçok fiziksel, kimyasal ve biyolojik olay ve etkenlerle parçalanıp ayrışması sonucu ortaya çıkan ve dinamikleri devam eden doğal bir varlıktır (Türkoğlu, 2006; Demir, 2007; Başcı, 2009).
Toprak1 Kirliliği : (1) Toprağın, insan etkinlikleri sonucu oluşan çeşitli bileşiklere bulaştırılmasını takiben, toprakta yaşayan canlılar ile yetişen ve yetiştirilen bitkilere veya bu bitkilerle beslenen canlılara toksik etkide bulunacak ve zarar verecek düzeyde anormal fonksiyonda bulunmasını, toprağa eklenen kimyasal materyalin toprağın özümleme kapasitesinin üzerine çıkması, toprağın verim kapasitesinin düşmesidir (TKKY, 2005).
(2) İnsanın sürdürdüğü çeşitli ilişkiler sonucunda toprağın fiziksel, kimyasal ve jeolojik yapısındaki doğal kullanılma amaçlarına aykırı düşen değişme, yıpranma, tükenmelerin oluşması olarak tanımlanabilir (Yıldız ve Özbay, 2009).
(3) Aşırı gübre ve pestisit kullanımı, toprak düzenleyiciler ve hormon kullanımı, katı ve sıvı atıkların deşarjı, atıksuların tarımsal sulamada kullanılması, atık çamur uygulaması, atmosferik çökelmeler ve radyoaktif serpintiler gibi girişimler sonucu ortaya çıkan bir çevre sorunudur (Türkoğlu, 2006; Demir, 2007).
Toprak kirlenmesi, diğer çevre sorunlarının büyük bir bölümünde görüldüğü gibi doğanın yanlış ve kötü kullanılması sonucu ortaya çıkmakta, doğal dengenin bozulması ile birlikte giderek hız kazanmaktadır.
Kentleşme ve sanayileşme sonucu ortaya çıkan katı, sıvı ve gaz atıkların karışmasıyla toprak kirliliği oluşmakta, tarım alanlarının kentsel ve sanayi kullanımlara açılması verimli toprakların kaybına sebep olmaktadır. Aynı zamanda
1 Toprak : Minerallerin ve organik artıkların parçalanarak ayrışması sonucu oluşan, yeryüzünü ince bir tabaka halinde kaplayan, canlı doğal bir kaynak (TKKY, 2005).
verimli tarım topraklarından tuğla, kiremit gibi yapı malzemelerinin üretimi söz konusu kayıpları çoğaltmaktadır. Daha çok ürün almak için geliştirilen yeni tarım teknikleri bazı durumlarda hızlandırılmış erozyon, tuzluluk ve yaşlık gibi toprak kirlenmelerine yol açabilmektedir (Yıldız ve Özbay, 2009).
2.1 Toprak Kirliliğine Neden Olan Kaynaklar Ve Kirleticiler
Toprak, temas halinde olduğu su ve hava ortamlarında bulunan kirletici maddeler için nihai depolama yeridir. Diğer taraftan toprak, karasal ekosistemin taşıyıcı bir bileşeni olup, kalitesindeki değişim, gerek doğal ve gerekse tarım ekosisteminin verimliliğini doğrudan etkilemektedir. Bu nedenle, toprağın hangi kaynaklar tarafından ve hangi bileşenler (özellikle hangi kimyasallar) ile kirletilebileceğinin bilinmesi, alınacak tedbirlere karar verilmesi noktasında önem taşımaktadır (Toröz, 2009).
Toprak birçok zararlı materyalin alıcısı durumundadır. Topraklarda kirliliğe neden olan atıklar, toprağa farklı kaynaklardan ulaşabilmektedirler. Bu kaynaklar, tarımsal, endüstriyel, kentsel ya da nükleer kökenli olabilmektedir (Altınbaş ve diğ., 2008). Toprak kirliliğine neden olan kaynaklar iki gruba ayrılmaktadır. Bunlardan birincisi, toprak dışındaki ekosistemlerdeki meydana gelen kirlilik kaynakları, ikincisi ise insan faaliyetleri ile toprakta oluşan kirlilik kaynaklarıdır (Çepel, 1997).
Kirletici kaynakları, noktasal ve yayılı kaynaklar olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Noktasal kaynaklar küçük bir alanda yüksek konsantrasyonlarda kirlilik oluşturmaktadır. Madencilik ve dökümcülük gibi insan faaliyetleri noktasal kaynaklara örnektir. Yayılı kaynaklar ise dağılma prosesleriyle ilgilidirler ve geniş alanları kaplamaktadır. Tarım uygulamaları yayılı kaynaklara örnek olarak verilebilir (Lombi ve diğ., 1998).
Toprak kirlenmesine neden olabilecek kaynaklar arasında başlıca ; • yeraltı depolama tanklarından sızmalar,
• pestisit uygulamaları2
, • petrol ve yakıt dökülmeleri,
2 Tarımsal mücadele ilaçlarının bilinçsiz ve aşırı kullanımı sonucu, toksik maddelerin toprakta birikimi artmakta ve doğal ortamın kirlenmesine sebep olmaktadır.
• kirlenmiş suların yeraltı tabakalarına sızması3
, • düzenli depolama tesislerinin sızıntı suları, • endüstriyel atıkların doğrudan toprağa atılması4
, • gübreleme,
• maden işletmeciliği,
• yaş ve kuru çökelme mekanizmaları ile organik ve inorganik kökenli hava kirleticiler
sayılabilir.
Bunların yanı sıra, tarım arazilerinin yakınından geçen karayollarından dolayı egzoz gazları5, yerleşim yerlerinden çıkan atıkların kontrolsüz şekilde araziye atılmaları,
tarımsal sahalarda bilinçsiz kimyasal madde kullanımı6
da, kirlilik kaynakları olarak sınıflandırılabilir.
Toprağın doğal yapısını değiştirebilecek diğer bir faktör de, asit yağmurlarıdır. Her türlü yanma (konut, endüstri, araç kaynaklı) prosesinden çıkan karbon dioksit, azot dioksit, kükürt dioksit gibi gazlar, havadaki su buharı ile birleşerek asit damlacıklarını oluşturmaktadır, asit damlacıklarının yağışlarla yeryüzüne inmesi sonucu, gerek su kaynaklarında gerekse toprakta pH değişikliği meydana gelmektedir. Topraktaki pH değişikliği ise, bazı bileşenlerin (ağır metaller, vd.) serbest hale geçmesine, bu suretle de toprağın doğal yapısının bozulmasına yol açmaktadır. Toprağın asit tamponlama kapasitesi iyi ise, pH değişikliği daha az veya hiç olmayacaktır (Toröz, 2009).
3
Yerleşim alanlarından çıkan çöplerin boşaltıldığı alanlar ile kanalizasyon şebekelerinin arıtılmaksızın doğrudan toprağa verildiği alanlarda toprak kirliliği meydana gelmektedir.
4 Endüstri tesislerinden çıkan ve arıtılmaksızın havaya, suya ve toprağa verilen atıklar çevreyi kirletmektedir.
5
Egzoz gazları, ozon, karbonmonoksit, kükürtdioksit, kurşun ve kadmiyum vs. gibi zehirli maddeler havaya yayılmakta ve solunum yolu ile büyük bir kısmı canlılar tarafından alınmaktadır. Geriye kalanı ise, rüzgarlar ile uzak mesafelere taşınmakta ve yağışlarla yere inerek, toprak ve suları kirletmektedir. 6
Sodyum, fosfor, potasyum, kalsiyum, magnezyum, demir, çinko, bakır, mangan, bor gibi besin maddelerini içeren suni gübreler de aşırı ve bilinçsiz kullanım sonucu toprağın yapısını bozmakta ve toprak kirliliğine yol açmaktadır.
Toprak kirlenmesinde en sık karşılaşılan kimyasallar ; • petrol orijinli hidrokarbonlar,
• solventler, • pestisitler,
• kurşun ve diğer ağır metaller, • fosil yakıtlar
şeklinde sıralanabilir. Bu da, toprak kirlenmesinin, bir ülkenin endüstrileşme derecesi ve kimyasal madde kullanımındaki yoğunluk ile doğrudan ilgili olduğunu göstermektedir (Toröz, 2009).
Ağır metaller, atmosfere doğal ve atmosferik kaynaklardan yayılmaktadır. Doğal kaynaklardan Cr, Mn, V ve daha az miktarda Cu, Mo, Ni, Zn emisyonları toz olarak yere çökmektedir. Fosil yakıtların yakılması sonucu ve araçların emisyonlarında şehirdeki en önemli antropojenik kaynaklı havadaki partikül maddede Cu, Ni ve Zn bulunmaktadır (Bem ve diğ., 2003).
Doğal atmosferik partiküllerin ana kaynakları volkanik aktiviteler ve toz fırtınalarıdır. Endüstriyel aktiviteler, enerji üretimi, inşaat, araçların egzoz gazları antropojenik kaynakları oluşturmaktadır (Sabbak, 1995).
Kirleticilerin hareketi, atmosferden yeryüzüne ıslak birikim ve kuru birikim olmak üzere 2 çeşit birikimle gerçekleşmektedir. Islak birikimde aerosoller ve gazlar, su damlacıklarında veya buz kristallerinde çözünmüş veya asılı halde bulunmaktadır. Kuru birikimde partiküller yerçekimi kuvveti nedeniyle karaya veya su yüzeylerine çökmektedirler. Metal kontaminasyonunda ıslak ve kuru birikim şehir içindeki alanlarda önemli rol oynamaktadır (Azimi ve diğ., 2003; Çizmecioğlu ve Müezzinoğlu, 2008).
Islak birikimde, rüzgarın etkisiyle asidik bileşikler uzun mesafelere taşınabilmektedir. Asit yağmurları, pH değeri 5‟ten küçük olan yağışlar olarak tanımlanmaktadır. Asit yağmurlarıyla iyonların birikimine ıslak birikim adı verilmektedir. Kuru birikim ise insan faaliyetlerinin yoğun olduğu bölgelerde çok etkili olmaktadır (Alp ve diğ., 2001).
Ağır metallerin toprağa doğal girdileri hava akımlarına, yanardağ aktivitelerine ve orman yangınlarına göre değişmektedir. Antropojenik kaynakları ise madencilik, dökümcülük, fosil yakıt yakılması, atık yakma ve depolanması, tarım alanlarına gübre ve pestisit uygulanması gibi insan faaliyetleridir (Lombi ve diğ., 1998).
Avrupa Birliği ülkeleri için hazırlanmış bir raporda, toprak kirliliğinin değerlendirilmesinde dikkate alınabilecek kirleticiler için Çizelge 2.1‟de yer alan parametreler seçilmiştir (Carlon, 2007).
Çizelge 2.1 : Toprak kirleticileri.
Metaller ve metaloidler Organik kirleticiler
Arsenik Aromatik Alifatik Halojenler
Berilyum Benzen Diklorometan
Kadmiyum Etil Benzen Trikloroetilen
Kobalt Tolüen Tetraklorometan
Krom (Toplam) Ksilen Heksaklorobenzen
Krom (6) Fenol 1,1,1-trikloretan
Bakır Krezoller Aromatik Halojenler
Civa Polisiklik Aromatik (PAH‟ler) Klorobenzenler
Kurşun Naftalin Dioksinler and PCB‟ler
Molibden Antrasen PCDD/PCDF
Nikel Benzo(a) antrasen PCB
Kalay Benzo(a) piren Pestisitler
Selenyum Benzo(ghi) perilen Atrazin
Talyum PAH Toplam Toplam DDT/DDE/DDD
Vanadyum --- Diğerleri
Çinko --- MTBE
Toprak kirliliği içerisinde de ağır metal kirliliği konusunun diğer konulara göre daha fazla önem kazandığı ve çalışmaların bu sorun üzerinde yoğunlaştığı görülmektedir (Dağdeviren, 2007).
2.1.1 Ağır metaller
Yüksek konsantrasyonlarda canlı bünyesine girdiği zaman ona zararlı olan metallere toksik metaller veya ağır metaller denir (Dağdeviren, 2007). Ağır metaller, yoğunluğu 5 g/cm3‟ten büyük olan metaller olarak tanımlanmaktadır (Cabrera ve
diğ., 1999; Müller ve diğ., 2003; Üstbaş ve diğ., 2009). Bu grupta kurşun, kadmiyum, krom, demir, kobalt, bakır, nikel, cıva ve çinko dahil olmak üzere 60‟tan fazla metal yer almaktadır. Bu elementler yapıları gereği yer kürede genellikle karbonat, oksit, silikat ve sülfür halinde stabil bileşik veya silikatlar içinde hapis olarak bulunurlar (Atilla, 2009). Bütün canlılar normal aktivitelerini sürdürebilmek için ortamda bulunan ağır metallere ihtiyaç duymaktadır (Başcı, 2009). Bitki
metabolizması için gerekli olanlar; bor, bakır, demir, mangan, molibden, silisyum ve kadmiyum ve hayvanlar için gerekli olanlar ise; bakır, kobalt, iyot, demir, mangan, molibden, selenyum ve çinko olarak sıralanmaktadır (Türkoğlu, 2006). Ağır metallerin başlıca kaynakları bazı anataşlar, mineral gübreler, biyositler, kanalizasyon atıkları, kentsel atıklar, atıksular, madencilik ve motorlu araçların egzoz gazlarıdır (Çepel, 1997).
2.2 Toprak Kirliliğinin Etkileri Toprak kirliliğinin en önemli etkileri:
• Kirletici madde içeren tozların ve uçucu organik maddelerin solunum yolu ile vücuda girmesi,
• Kirlenmiş toprakların ağız yolu ile vücuda girmesi, • Yüzeysel suların yağmur sularıyla kirlenmesi, • Yeraltı sularının sızma sonucu kirlenmesi, • Bitkilerde kirletici maddelerin birikimi,
• Uçucu organik bileşiklerin buharlaşma sonucu atmosferi kirletmesi olarak sıralanabilir (Türkoğlu, 2006).
Toprak, temel besin maddelerinin ana üretim kaynağıdır. Her türlü sebze ve meyve, toprak içindeki bileşenleri belirli oranlarda bünyesine alarak büyümektedir. Toprakta belirli kirleticilerin belirli miktarlarda bulunması halinde, bitkilerin büyümesi engellenmekte, dolayısıyla da ürün alınamamaktadır. Bitkilerin bünyesine geçmiş olan kimyasallar, gıda zinciri ile insan bünyesine taşınmaktadır. Normal sayılabilecek beslenme şartlarında, insanların günlük olarak alması gereken gıda maddelerinden bazılarına ait değerler aşağıdaki Çizelge 2.2‟de verilmiştir. Burada verilen değerlerden hareketle, bir insanın günlük olarak aldığı gıdalarla maruz kaldığı kimyasal madde doz değerleri bulunabilir.
Çizelge 2.2 : Günlük besin alım değerleri*
.
Maruz kalma faktörü Değer Normalize edilmiĢ
değer** Toplam meyve alımı 870 g/gün (95lik yüzdelik) 240 g/gün (ortalama) 3,4 g/kg.gün 12,4 g/kg.gün Toplam sebze alımı 700 g/gün (95lik yüzdelik) 300 g/gün (ortalama) 4,3 g/kg.gün 10 g/kg.gün Toplam et alımı 360 g/gün (95lik yüzdelik) 150 g/gün (ortalama) 2,1 g/kg.gün 5,1 g/kg.gün Toplam süt ürünleri alımı 560 g/gün (ortalama) 8,0 g/kg.gün 2100 g/gün (95lik yüzdelik) 30 g/kg.gün Tahıl ürünleri alımı 290 g/gün (ortalama) 4,1 g/kg.gün 760 g/gün (95lik yüzdelik) 10,9 g/kg.gün *
Kaynak : Fjeld ve diğ., 2007. **
Yetişkin bir insanın vücut ağırlığı 70 kg alınarak bulunan değerler.
Çizelge 2.2‟de belirtilen miktarlarda, günlük olarak bu gıda maddelerini bünyesine alan insanlar, yedikleri gıdalarda bulunan kimyasalları da bünyelerine almaktadırlar. Bu nedenle, alınan gıdaların yetiştiği toprakların kimyasal maddeler açısından temiz (yasal kirlilik değerlerinin altında) olması gerekmektedir.
Kirlenmiş bir toprakta, ürün veriminin düşmesinin yanı sıra, insan sağlığı bakımından önemli olan aşağıdaki değişiklikler meydana gelmektedir;
• Toprakta besin maddelerinin miktarının değişmesi,
• İstenmeyen özellikteki katı maddelerin toprakta çökelti oluşturarak, toprağın geçirgenliğinin ve diğer fiziksel özelliklerinin değişmesi,
• Toprakta birikim yapan bazı maddelerin (fenoller, deterjanlar, pestisitler, DDT, vd.) gıdalarla taşınması,
• İstenmeyen kimyasalların (ağır metaller, vd.) topraktaki konsantrasyonlarının artması, bitki gelişimini ve kalitesini bozmakta, topraktan alınan verimi düşürmektedir.
Yukarıda sayılan etkiler neticesinde, bitkilerdeki ağır metal (Pb, Cr, Cd, v.d.), pestisit (DDT, aldrin, vd.), arsenik artışı, bunları tüketen insan ve hayvanlarda toksik etkilere sebep olmaktadır (Toröz, 2009).
Pestisitler, kalıcı ve biyodegradasyona karşı dayanıklıdır. İnsan vücudundaki dokularda birikmektedir. Hindistan‟da pestisit uygulanmış yiyecekleri tüketen insanların kanlarında, yağ dokularında ve süt örneklerinde yüksek miktarda DDT ve BHC‟nin bulunduğu rapor edilmiştir (Subramaniam ve Solomon, 2006).
Yapılan başka bir çalışmada Meksika, Veracruz‟da oturan bebeği olan 60 bayanın yağ dokularındaki en yüksek DDT miktarı 5,66 mg/kg, sütlerinde ise 4,70 mg/kg bulunmuştur (Waliszewski ve diğ., 2001).
Çin‟de tarımda HCH ve DDT 1960‟lı ve 1970‟li yıllarda yüksek etkisi, düşük ücreti nedeniyle çok kullanılmıştır, 1983 yılında yasaklanmıştır. Çiftlik ürünlerinde de bu pestisitlerin artıkları standartlardaki değerlerden daha fazla olduğu belirtilmiştir. Bu ürünlerle beslenen insanların yağlarında ortalama 0,9 mg/kg olmak üzere 0,25-2,2 mg/kg arasında HCH ve ortalama 3,5 mg/kg olmak üzere 0,54-9,22 mg/kg arasında DDT ölçülmüştür. İnsanların yaşı arttıkça, vücutlarındaki HCH ve DDT değerleri de yükselmektedir (Shi ve diğ., 2006).
İspanyol takımadalarından Kanarya Adaları‟nda 6 ile 75 yaşları arasındaki insanların serumlarındaki lindane, aldrin, dieldrin ve endrin miktarları araştırılmıştır. Beklenmedik bir şekilde gençlerin serumlarında lindane, aldrin, dieldrin miktarları daha yaşlı insanlardan daha yüksek bulunmuştur. Kuzey Amerika‟da da 12-19 yaşları arasındaki gençlerde daha yaşlı insanlara göre, endrin daha yüksek değerlerde bulunmuştur. Bu durum çevresel kirlenmeye ve kontamine yiyecekleri tüketen beslenme alışkanlıkları olan gençleri etkileyen bu maddelerin kalıcı olmasına bağlanmaktadır (Luzardo ve diğ., 2006). Pestisitlerin kanserojen, nörotoksik, doğumsal, gelişimsel, immunotoksik, sitogenetik etkileri bulunmaktadır (Mansour, 2004).
Topraklara fazla miktarda uygulanan pestisitler yüzeysel sulara, yeraltı sularına veya içme suyu kaynaklarına karışabilmektedir. 1980‟li yıllarda Pakistan‟da yoğun olarak pestisit kullanılan bölgelerin yakınındaki sığ içme suyu kuyularında pestisit kalıntılarına rastlanmıştır. Pestisitlerin Rawal Gölü‟ne karışması sonucu göldeki balıklar ölmüştür. Bu göldeki su ve balık örneklerindeki pestisit kalıntıları, içme suyu standartlarındaki değerlerin yaklaşık 4 katı olarak ölçülmüştür (Tariq ve diğ., 2007). Petrol ve mineral yağların toprağı kirletmesi daha az yaygın olan, fakat çevreye verdiği zararlar bakımından önemli sorunlar yaratmaktadır. Petrolün taşınması ve nakledilmesi sırasında çeşitli nedenlerle kirlenmeler meydana gelmektedir. Bu yolla yoğun yerleşim merkezleri ve liman tesislerinde, halka açık alanlardaki petrol ile kirlenmeye sık sık rastlanmaktadır. Kullanılmış motor yağları, yağ çamurları, mineral yağ sanayisinin atıkları, pestisitlerle püskürtülen dizel yağları yıllarca
toprakta kalmaktadır. Özellikle toprağa girmiş petrol ve türevlerinin taban suyuna ulaşıp, orada birikmeleri ve içme sularını kirletmeleri son derece tehlikelidir. Yağ parçacıkları toprak ile bitkilere, su ile de insan ve hayvanlara ulaşabilmektedir. Topraktaki mikroorganizmalara önemli zararlar vererek, topraktaki doğal madde döngülerini bozmaktadır.
Yollara serpilen tuz, kar ve buzların eridiği ilkbaharda, döküldüğü yerden başka yerlere eriyik olarak veya yağış sularıyla dağılmaktadır. Topraktaki kolloid miktarı ve sorbsiyon özelliklerine göre bazen tuzlu sular, taban sularına inerek, yeraltı suyunu bozabilmektedir. Tuzun Topraklarda tuzluluğun artması toprak strüktürünün bozulmasına neden olmaktadır. Toprak reaksiyonu değişmekte, toprak alkalileşmektedir. Toprak çözeltisinde artan sodyum ve klor iyonları, zehir etkisi yapmakta, Ca, Mn, Fe, Zn, Mg, B ve K besin elementlerinin bitkiler tarafından alınmasını engellemekte ve toprak suyunu almasını güçleştirmektedir (Çepel, 1997). 2.2.1 Topraktaki ağır metal kirliliğinin etkileri
Toprak örtüsüne tahrip edici etki yapan ve toprak verimliliğini azaltan ağır metaller son yıllarda karşımıza çıkmaktadır. Toprak, maden ocakları, maden işleme tesisleri, nükleer enerji santralleri, kimya ve demir-çelik endüstrileri, karayolundaki araç trafiği, atık yakma, fosil yakıtların yakılması, metal içeriği olan pestisit, gübre, arıtma çamuru ve atıksu uygulamaları gibi çeşitli antropojenik kaynaklardan ağır metal açısından kirletilmiş olabilir (Çelik ve diğ., 2005).
Ağır metaller topraktan bitkiler tarafından alınmakta ve besin zinciriyle hayvan ve insanlara ulaşabilmektedir (Demir, 2007; Lim ve diğ., 2008; Üstbaş ve diğ., 2009). Topraklardaki ağır metallerin fazlalığı çevresel problemlere sebep olmakta, bunların eksikliği ise toprak-bitki-hayvan sisteminde ciddi dengesizliklere neden olabilmektedir. Bununla birlikte, topraklardaki ağır metallerin konsantrasyon fazlalığı zehirleyici etkide bulunabilmektedir (Türkoğlu, 2006). Çeşitli bitki türleri için ağır metallerin yapraklardaki normal ve toksik konsantasyonları Çizelge 2.3‟de verilmektedir (Kabata-Pendias ve Mukherjee, 2007).
Çizelge 2.3 : Ağır metallerin yapraklardaki normal ve toksik konsantasyonları. Element Yeterli veya Normal (ppm) Fazla veya Toksik (ppm)
Ag 0,5 5-10 As 1-1,5 5-20 B 10-100 50-200 Be < 1-7 10-50 Cd 0,01-0,2 5-30 Co 0,02-1 15-50 Cr 0,1-0,5 5-30 Cu 5-30 20-100 F 5-30 50-500 Hg - 1-3 Li 3-5 5-50 Mn 30-300 400-1000 Mo 0,2-5 10-50 Ni 0,1-5 10-100 Pb 5-10 30-300 Se 0,01-2 5-30 Sb 7-50 150 V 0,2-1,5 5-10 Zn 27-150 100-400
Yüksek konsantrasyondaki ağır metaller bitkilerde klorosise, bitkinin büyümesinde azalmaya, ürün depresyonuna, nütrient alımında azalmaya, bitki metabolizmasında bozulmaya, baklagillerde moleküler azotu sabitleştirme yeteneğinin azalmasına neden olmaktadır. Bazı bitki türleri ise yüksek miktarda ağır metalleri bünyesinde biriktirmekte ve hiçbir stres belirtisi göstermemektedir. Bu bitkileri tüketen insanların ve hayvanların sağlıklarının potansiyel tehlike altında olduğu belirlenmiştir (Guala ve diğ., 2010).
Ağır metalleri diğer toksik elementlerden ayıran en önemli özellikleri, insanlar tarafından oluşturulabilir ya da yok edilebilir olmamalarıdır. Bu yüzden toprakta birikmeye eğilimlidirler. Topraklarda biriken metal miktarları, emisyon seviyelerine, kirlilik kaynağından biriken alanlara metal taşınımına ve toprağın önceki metal muhafazasına bağlıdır (Dağdeviren, 2007). Ağır metaller toprağın adsorbsiyonu, kimyasal reaksiyon ve iyon değişimi sonucu toprakta tutulmaktadır (Karpuzcu, 1996). Ağır metallerin toprakta tutulması, toprağın organik madde miktarına ve kil minerallerinin tipine göre değişmektedir (Çepel, 1997).
Toprağın granülometrisi, katyon değişim kapasitesi, pH, organik madde miktarı ve sızıntı suyu miktarı, kirletici maddelerin toprakta tutulmasında etkili rol oynamaktadır. Özellikle killi toprakların katyon değişim kapasitesi yüksek olduğundan ağır metaller büyük ölçüde tutulmaktadır. Kil ve organik madde
bakımından zengin topraklar, ağır metalleri tutarak zor çözünebilir bileşikler oluşturmaktadır. Ağır metaller çevre kirliliğinde önemli fonksiyonlara sahiptir. Sanayi kökenli atıksularla, toprak ekosistemine ulaşan ağır metaller, toprak tarafından tutulmaktadır. Bu metallerin toprak içindeki çözünürlüğü (hareketliliği) toprağın pH değeri tarafından kontrol edilmektedir. Ağır metaller genellikle düşük pH değerlerinde daha fazla çözünmektedir (Dağdeviren, 2007). Topraklardaki ağır metallerin doğal konsantrasyonları esas olarak topraklardaki ana materyallerin tip ve kimyasına bağlıdır (Türkoğlu, 2006).
Ağır metallerin mobilitesi fiziksel, kimyasal ve mikrobiyal aktiviteleri içeren biyolojik proseslere göre değişmektedir. Toprak solüsyonundaki ağır metallerin türleri, çevrede için potansiyel tehlikenin ve biyoyararlanımın değerlendirilmesinde önemlidir. Topraktaki kirleticilerin dağılımı direk veya dolaylı olarak mikroorganizmaları etkilemektedir (Joubert ve diğ., 2007).
Ağır metaller çok çeşitli kimyasal, fizikokimyasal ve biyolojik reaksiyonlara girme yeteneğine sahiptirler. Birçoğu değişken değiştirme özelliklerine sahip olarak oksitleyici-redüksiyon olaylarına katılmaktadırlar. Ağır metallerin toprak çözeltisinden katı fazına taşınması, bitki kökleri vasıtasıyla onların alımını hızlandırmaktadır. Bunun sonucunda, toprağın fiziksel özellikleri bozulur ve toprak verimliliği önemli oranda azalmaktadır (Mikayilov ve Acar, 1998). Ağır metallerin topraklardaki biyokimyasal reaksiyonları etkilemeleri sonucunda organik madde mineralizasyonu, solunum aktivitesi, enzim aktiviteleri ve nitrifikasyon olayı etkilenebilmektedir. Toprak verimliliğindeki önemleri nedeniyle mikroorganizmaların CO2 üretimi, topraktaki enzim aktiviteleri ve nitrifikasyon
olayı, ağır metallerin etkilerini inceleyebilmek için duyarlı indikatörler olarak tanımlanmaktadır. Ağır metallerin topraktaki biyolojik prosesler üzerine toksik etkisi, onların mobiliteleri, topraktaki konsantrasyonları, ana materyalin kimyasal bileşimi, toprak bileşimi ve bileşimin çözünürlüğüne bağlıdır.
Kadmiyum, krom, cıva ve kurşun gibi diğerleri, endüstrilizasyon artışları olarak atık ürünlerle ve atıksularla artan bir derecede tarımsal ekosistemlerin içine girerler ve çevre kirlenmesi açısından genel bir ilginin odağı haline gelmişlerdir (Dağdeviren, 2007).
Ağır metallerin başlıca kaynakları mineral ve organik gübreler ile sanayi atıklarıdır. Mineral gübrelerin ihtiva ettikleri metallerin miktarı, hammadde ve onların hazırlanış biçimlerine göre değişir. Buna göre, fosfatlı gübreler en fazla ağır metal içerirler. Topraktaki ağır metallerin temel kaynağını organik gübreler oluşturmaktadır (Mikayilov ve Acar, 1998). Topraklardaki ağır metal kirliliğinin tarımsal kaynakları Çizelge 2.4‟de verilmiştir (Kabata-Pendias ve Pendias, 2001).
Çizelge 2.4 : Topraklardaki ağır metal kirliliğinin tarımsal kaynakları (mg/kg k.a.). Element Arıtma
çamurları
Fosfatlı
gübreler gübreler Azotlu
Gübre Pestisit (%) As 2-26 2-1200 2-120 3-25 (150)* 22-60 B 15-1000 5-115 6 0,3-0,6 - Ba 150-4000 200 - 270 - Be 4-13 - - - - Br 20-165 3-5 6-716 16-41 20-85 Cd 2-1500 0,1-170 0,05-8,5 0,3-0,8 - Ce 20 20 - - - Co 2-260 1-12 5-12 0,3-24 - Cr 20-40600 66-245 3-19 5,2-55 - Cu 50-3300 1-300 1-15 2-60 12-50 F 2-740 8500-38000 82-212 7 18-45 Ge 1-10 - - 19 - Hg 0,1-55 0,01-1,2 0,3-3 0,09-0,2 (26)* 0,8-42 Mn 60-3900 40-2000 - 30-550 - Mo 1-40 0,1-60 1-7 0,05-3 - Ni 16-5300 7-38 7-38 7,8-30 - Pb 50-3000 7-225 2-1450 6,6-15 (3500)* 60 Rb 4-95 5 2 0,06 - Sb - - 2-600 - - Sc 0,5-7 7-36 - 5 - Se 2-10 0,5-25 - 2,4 - Sn 40-700 3-19 1,4-16 3,8 - Sr 40-360 25-500 100-5420 80 - Te - 20-23 - 0,2 - U - 30-300 - - - V 20-400 2-1600 - - 45 Zn 700-49000 50-1450 1-42 15-250 1,3-25 Zr 5-90 50 6-61 5,5 - * Maksimum konsantrasyon.
Tarım topraklarında verimi artırmak amacıyla kullanılan fosforlu gübreler DAP, TSP ve kompoze gübrelerin toprağa aşırı ve bilinçsiz bir şekilde toprağa uygulanması, toprağın özellikle üst kısmındaki toksik metal konsantrasyonunu artırmaktadır (Dağdeviren, 2007). Kümes hayvanlarına ait gübre materyalleri kullanıldığında As,
Cu ve Zn, bazı fosfatlı gübreler kullanıldığında ise As, Cd, Mn, U, V ve Zn topraklara katılmaktadır (Türkoğlu, 2006).
Azotlu gübrelerdeki nitrat azotu toprağın sızıntı sularıyla, derin tabakalara ve taban sularına kadar taşınarak suların niteliğini bozmaktadır. Ayrıca asit karakterli olan azotlu gübreler toprağın asitlik derecesini arttırmaktadır.
Ahır gübrelerinin insan sağlığı bakımından önemli patojen mikroorganizmaları taşıdığı ve içerdikleri bazı maddelerin veya bunların ayrışma ürünlerinin toprağı ve su kaynaklarını kirlettiği belirtilmektedir (Çepel, 1997).
Toprağın bilimsel esaslara dayalı olmayan aşırı gübreleme ile kirletilmesi sonucu toprak strüktürü ve toprakta mevcut olan elementlerinin dengesi bozulmakta, topraktaki makro ve mikro fauna zarar görmektedir (Ceritli, 1997).
Gübre bütün ülkelerde farklı düzeyde kullanılmakla birlikte en fazla Hollanda ve Japonya'da kullanılmaktadır. Söz konusu bu ülkelerde tarım yapılan topraklarda, hektara 300-400 kg gübre uygulanmaktadır. Tüm dünyada işlenen tarım arazilerinin miktarı 1,5 milyar hektar civarındadır ve yaklaşık yılda 100 milyon ton gübre uygulanmakta olup bu ise oldukça düşük gübre kullanımını göstermektedir (Ortalama 70 kg/ha). Son zamanlarda Avrupa'nın çoğu ülkelerinde mevcut gübre kullanımı oldukça yüksektir ve bunun sonucunda olumsuz etkiler ortaya çıkmıştır (Mikayilov ve Acar, 1998).
Avustralya‟da bir denemede 30-45 yıldan beri süper fosfat uygulanan toprakların (1000-4500 kg/ha) komşu gübrelenmemiş topraklara oranla 3 kat daha fazla Cd içerdiği saptanmıştır (Altınbaş ve diğ., 2008).
Ülkemizde yapılan bir araştırmaya göre, tarım topraklarında verimi artırmak amacıyla ithal edilen DAP, TSP ve kompoze gübrelerin As, Cd ve Pb konsantrasyonlarının izin verilen maksimum değerlerin üzerinde olduğu tespit edilmiştir (Köleli ve Kantar, 2005).
Pestisitler uygulandıktan sonra toprakta birikebilirler, bitkiler tarafından alınıp, bunlarla beslenen insan ve hayvanlara geçebilirler, sızıntı sularıyla yeraltına karışabilirler, mikroorganizmaların işlevlerini tamamen veya kısmen engelleyebilirler (Çepel, 1997). 1972 yılında Japonya‟nın Iraki köyünde civa bulaşmış olan pestisitlerle yetişen tahılları tüketen birçok insan zehirlenerek ölmüştür (Dağdeviren, 2007).
Yüksek miktarda besin maddesi ve organik madde içermesi nedeniyle arıtma çamurları tarım topraklarında gübre olarak kullanılmaktadır (Tolunay, 1997). Evsel nitelikli arıtma çamurları, genellikle bitki büyümesi için gerekli birçok nütrient içermesine rağmen gübre değeri atığın kaynağına, arıtılmış suyun özelliğine ve kullanılan çamur arıtma işlemlerine göre değişmektedir (Küçükhemek ve diğ., 2006). Arıtma çamurları değişen miktarlarda metaller içermektedir. Bu metaller düşük konsantrasyonlarda bulunduğunda sorun oluşturmamaktadır (Ayvaz, 2000). Atıksu arıtma tesisi çamurundaki metal içerikleri Çizelge 2.5‟de verilmiştir (Metcalf ve Eddy, 1991; Yaron ve diğ., 1996; AATTUT, 2010).
Çizelge 2.5 : Atıksu arıtma tesisi çamurundaki metal içerikleri (mg/kg). Metaller Aralık Kuru Çamur
Ortalama Arsenik 1,1-230 10 Kadmiyum 1-3410 10 Krom 10-99000 500 Kobalt 11,3-2490 30 Bakır 84-17000 800 Demir 1000-154000 17000 Kurşun 13-26000 500 Manganez 32-9870 260 Civa 0,6-56 6 Molibden 0,1-214 4 Nikel 2-5300 80 Selenyum 1,7-17,2 5 Kalay 2,6-329 14 Çinko 101-49000 1700
Birçok çalışma, uygun oranlarda arıtma çamuru ve kompostunun uygulanması ile bitki büyümesinin ve toprağın fiziksel özelliklerinin geliştiğini ve kullanılabilir nütrient seviyelerini arttığını göstermiştir (Hanay ve Hasar, 2007). Ayrıca toprağın organik madde içeriğini artırarak, toprak yapısını ve su tutma kapasitesini iyileştirdiği belirlenmiştir (Khan ve Scullion, 2002).
Endüstriyel kaynaklı atık sularda ve bunların arıtılması sonucu oluşan arıtma çamurlarında önemli miktarda kurşun, bakır, cıva, çinko gibi ağır metaller bulunmaktadır ve bu çamurların toprağa verilmesi ile topraklarda ağır metal birikmesi olabilmektedir. Bu şekilde toprağa giren ağır metaller toprağın kolloid kompleksi tarafından özellikle üst toprakta ve humusta tutulmaktadır. Üst toprakta tutulan ağır metaller toprak organizmalarını zehirleyip, bunların ölmesine yol açabilmektedir.
Ağır metaller üst toprakta tutuldukları için alt topraklara hareketleri zayıftır. Ancak toprak asitleşmeye başlarsa üst topraktaki ağır metaller serbest kalarak taban sularına kadar ulaşabilmektedir. Bu nedenle arıtma çamurlarının pH değeri 6-7 civarında olan topraklara verilmesi uygun olmaktadır. Ancak ağır metallerin toprak içindeki hareketleri farklıdır. Örneğin arsenik, kurşun, krom, cıvanın toprak içindeki hareketi çok yavaştır ve üst toprakta sıkı bir şekilde tutulurlar. Buna karşılık kadmiyum ve nikel hareketlidir, düşük pH derecelerinde sızıntı suyuna geçerek, alt toprak horizonlarına doğru taşınabilmektedir. Molibden ise diğer iz elementlerin aksine, asidik pH değerlerinde Al ve Fe iyonlarıyla tepkimeye girmekte ve çökmekte, alkali ortamlarda alınabilirliği artmaktadır (Tolunay, 1997).
Yüksek ağır metal içeriğine sahip arıtma çamurlarının aynı alana uzun yıllar boyunca uygulanması, bu elementlerin topraklardaki hareket kabiliyetlerinin sınırlı olmasından dolayı, toprak ağır metal içeriğinin artmasına neden olabilen önemli bir risk faktörüdür. Bu nedenle tarımsal alanlara uygulanacak arıtma çamurlarının seçiminde bu faktörün göz önünde bulundurulması, sürdürülebilir yönetim için oldukça önemlidir (Angın ve Yağanoğlu, 2009). Topraklarda biriken bu ağır metaller bitkilerin gelişmesini azaltmaktadır, toprak mikroorganizmalarını ve faaliyetlerini etkilemektedir (Khan ve Scullion, 2002). Arıtma çamurlarınındaki yüksek ağır metal konsantrasyonu endüstriyel faaliyetlerden kaynaklanmaktadır (Ščančar ve diğ., 2000).
Arıtma çamurlarındaki yüksek konsantrasyonlardaki metaller bitkiler, insanlar ve hayvanlar üzerinde toksik etkiye neden olmaktadır. Bu metaller, arsenik, kadmiyum, krom, bakır, kurşun, civa, molibden, nikel, selenyum ve çinkodur (Ayvaz, 2000). Metallerle zenginleştirilmiş arıtma çamurunun toprağa karıştırılması ile toprak mikroorganizmalarına ve aktiviteleri üzerindeki etkileri araştırılan bir çalışmada kullanılan toprak bir çayırdan 0-10 cm derinlikten alınmıştır. Toprağın pH değeri 6,3 olarak ölçülmüştür. Toprakta toplam 0,7 mg/kg Cd, 32 mg/kg Cu, 25 mg/kg Ni, 135 mg/kg Pb, 165 mg/kg Zn bulunmaktadır. Çamurun toprakla karıştırılma oranı yaklaşık 40 g fırın kuru çamur/kg‟dır. Arıtma çamuru ve arıtma çamuru ile karıştırılmış topraktaki ağır metal değerleri Çizelge 2.6‟da verilmiştir.
Çizelge 2.6 : Arıtma çamuru ve arıtma çamuru ile karıştırılmış topraktaki ağır metal değerleri (mg/kg)a.
Metal Cd Cu Ni Pb Zn Arıtma çamuru C1 0.1 75 80 75 300 C2 32.5 4200 1000 4125 1375 C3 232 6700 1750 7875 4000 C4 608 11700 2875 11625 8375 C5 1233 19200 5375 19125 18375 AB Yönetmelik Limitlerib 40 1750 400 1200 4000
Arıtma çamuru ile karıştırılmış toprak
C1 0.7 35 28 138 177 C2 2 150 65 300 220 C3 10 300 95 450 325 C4 25 500 140 600 500 C5 75 800 240 900 900 AB Yönetmelik Limitlerib 3 135 75 300 300
C1 : Islah edilmemiş çamur.
C2-C5 : Metallerle zenginleştirilmiş çamur.
a Arıtma çamurundaki konsantrasyonlar ölçülmüştür, toprak-çamur karışımlarındaki değerler ıslah edilmemiş toprak ve çamur bileşenlerinden hesaplanmıştır.
b Toprağın pH değeri 6-7 arasında değişmektedir.
Konsantrasyonlar limit değerlere yaklaştıkça, mikrobiyal indislerde önemli değişiklikler ve N mineralizasyonu olduğu gözlemlenmiştir. Yüksek konsantrasyondaki arıtma çamurlarının toprağa uygulanması, atmosferde C kaybına ve suya N sızmasına sebep olabilmektedir. Toprakların metallerle kirlenmesinin önlenmesi konusunda oldukça dikkatli olunmalıdır, çünkü genelde çevrede geri dönüşü olmayan bir kirlenmeye neden olmaktadır (Khan ve Scullion, 2002).
Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisinden alınan anaerobik arıtma çamurundaki ağır metal konsantrasyonları Çizelge 2.7‟de belirtilmiştir (Angın ve Yağanoğlu, 2009).
Çizelge 2.7 : Ankara Merkezi Atıksu Arıtma Tesisi çamurundaki ağır metal konsantrasyonları (ppm kuru madde).
Metaller Konsantrasyon Sınır Değeri*
Cd 8,50 20 Cr 168,50 1200 Cu 239,90 1000 Hg 0,75 16 Mn 903,99 - Ni 57 300 Pb 152,50 750 Zn 873,53 2500
![Charged jet cross sections and properties in proton-proton measured in detail in proton-antiproton (pp ̄) collisions at pffiffi the Tevatron ( s 1⁄4 540 GeV, 630 GeV, 1.8 TeV and 1.96 TeV) [1–11]. Measurements were also carried out pffiffi recently at the](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)