NKÜBAP.00.17.AR.14.17 nolu proje ARAġTIRMA PROJESĠ
ATIKSU ARITMA TESĠSĠ VE YAĞMUR SULARI ĠLE ÇEVRE SULARINA TAġINAN MÜHENDĠSLĠK NANOPARTĠKÜLLERĠN ETKĠLERĠNĠN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
(NANOETKĠ)
Yürütücü: Prof.Dr. Süreyya MERĠÇ PAGANO AraĢtırmacılar: Yrd. Doç. Dr. Sevinç ADĠLOĞLU
AraĢ.Gör.Dr. Deniz Ġzlen ÇĠFÇĠ 2016
NKÜBAP.00.17.AR.14.17 no’lu “Atıksu Arıtma Tesisi Ve Yağmur Suları İle Çevre Sularına Taşınan Mühendislik Nanopartiküllerin Etkilerinin Değerlendirilmesi (NANOETKİ)” adlı proje Namık Kemal Üniversitesi Bilimsel Araştırma Proje Birimi tarafından desteklenmiştir.
T.C.
Namık Kemal Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Projesi
ATIKSU ARITMA TESĠSĠ VE YAĞMUR SULARI ĠLE ÇEVRE SULARINA TAġINAN MÜHENDĠSLĠK NANOPARTĠKÜLLERĠN ETKĠLERĠNĠN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
(NANOETKĠ)
(Proje No: NKÜBAP.00.17.AR.14.17)
Proje Yürütücüsü:
Prof.Dr. Süreyya MERĠÇ PAGANO
Proje AraĢtırmacıları:
Yrd.Doç.Dr. Sevinç ADĠLOĞLU
AraĢ.Gör.Dr. Deniz Ġzlen ÇĠFÇĠ
TEKĠRDAĞ-2016 Her Hakkı Saklıdır
ÖNSÖZ
Son yıllarda kullanım alanının genişlemesi ile kullanım miktarları gittikçe artan mühendislikçe yapay sentezlenmiş nanopartiküllerin (NP) çevrede yayılımı çevre ve insan sağlığı açısından önem kazanmıştır.
Katalitik kapasiteleri, optoelektronik özellikleri, antimikrobiyel aktiviteleri gibi pek çok özellikleri NP’lerin çekici özelliklerini oluşturmaktadır. Örneğin, Çinko oksit (ZnO) çok yaygın kullanılan bir metal oksit NP’ü olup özel kristal yapısı ile optoelektrik özellikleri gösterir ve pek çok alanda kullanılmaktadır. Bunlar arasında, plastikler, seramik, cam, çimento, kauçuk, yağlandırıcılar, boyalar, pigmentler, gıda (Zn nutrienti olarak), piller, yangın geciktiriciler yer alır. TiO2 gibi ZnO NP’leri de kişisel bakım ürünlerinde, kozmetikler ve mükemmel UV ışığı absorbalama ve yansıtma kapasitesi ile güneş koruyucularında kullanılmaktadır. Bunlara ilave olarak özellikle Fotokataliz, mebran prosesleri ve dezenfeksiyon gibi su ve atıksu arıtma teknolojinde yoğun olarak çalışılmaktadırlar.
Oluşum kaynaklarında ya direk atıksu deşarjları ya da yağmur suları ile çevre sularına taşınımı yanında, atıksu arıtma tesisinde kullanımı söz konusu olan NP’lerin dikkatle incelenmesi gerekmektedir. Bu nedenle bu projede TiO2 ve ZnO NP’lerinin tekstil atıksularından fotokataliz prosesi ile renk gideriminde kullanımı değerlendirilmiş ve arıtma maliyetleri ile çevresel etkileri dikkate alınarak da daha düşük maliyetli olacağı düşünüldüğü alternatif adsorpsiyon ve oksidasyon prosesleri çalışılmıştır.
NP’lerin hacimlerine göre sahip oldukları yüksek yüzey alanı ile çevre ortamlarında güneş ışığı altında oldukça reaktif ve fizikokimyasal olarak dinamik bir hale gelmeleri çevrede yayılımlarının yoğun olarak çalışılmasını gündeme getirmiştir.
Buna göre, biyomakromoleküler ile reaksiyona girme, redoks reaksiyonları, birikme ve bozunma gibi birçok dönüşüm; hem çevresel hem de biyolojik sistemlerde meydana gelebilmektedir. Bu dönüşümler ve diğerleri, NP’lerin taşınımını, kaderini ve toksisitesini etkilemektedir. Bu maddelerin neden olacağı çevresel risklerin anlaşılması amacıyla da ekotoksisite çalışmaları yoğun olarak sürdürülmektedir.
Ekotoksisite çalışmalarında su ve toprak canlıları için pek çok türde sonuçlar bulunmakla birlikte bu projede ele alınan Roka (Eruca sativa L.) bitkisi ile çalışmaya rastlanılmamıştır.
Bu proje sonuçları ile hem NP’lerin tekstil atıksuyundan renk gideriminde etkinliği, maliyet-ve NP riski azaltıması amacıyla yürütülen diğer arıtma alternatifleri sonuçları elde edilmiştir. Tekstil atısularında karşılaştırmalı olarak söz konusu NP’lerin kullanılması orijinal bir sonuç olup SCI dergisinde yayınlanmıştır. Bunun yanında Ülkemizdeki değerli bir mineral olan pomza taşının üretimden artan küçük boyutlarının arıtma teknolojisinde değerlendirilmesi irdelenerek yayına dönüştürülmüştür. Ayrıca toksisite çalışmasında btiki denemelerinin sonuçları ilk oluşturacak olup Uluslarası kitapta yayım aşamasındadır. Proje ekibi tüm bu sonuçların önemi ve gelecek araştırma projelerine ışık tutacağı görüşü ile NKUBAP.00.17.AR.14.17 projesi desteğine teşekkürlerini sunmaktadır.
Proje Yürütücüsü Prof.Dr. Süreyya MERİÇ PAGANO
i ATIKSU ARITMA TESĠSĠ VE YAĞMUR SULARI ĠLE ÇEVRE SULARINA TAġINAN
MÜHENDĠSLĠK NANOPARTĠKÜLLERĠN ETKĠLERĠNĠN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ (NANOETKĠ)
ÖZET
Yeni geliştirilen özellikleri ile daha çok kullanım alanı bulan mühendislik nanopartiküllerinin çevredeki davranışı ve etkilerinin araştırılması gereği ortaya çıkmış ve artan kullanım miktar ve alanlarına paralel olarak bu konudaki çevre boyutlu çalışmalar da hız kazanmıştır.
Mühendislik nanopartiküllerinin arıtma tesisinde oluşumunu simüle etmek üzere Teksil Endüstrisi atıksulardan renk giderimi en yaygın kullanılan TiO2 ve ZnO partiküllerinın kullanıldığı fotokataliz prosesi ile irdelenmiştir. Proses maliyeti ve çevresel etkilerini minimize etmek amacıyla da alternatif arıtma metodları denenmiştir. Diğer yandan TiO2 ve ZnO NP’lerinin toprak ortamında çevresel etkisi Roka (Eruca sativa L.) bitkisine artan dozlarda uygulanan Ti ve Zn’nun bitkinin bazı biyolojik özelliklerine (bitki boyu, bitki çapı, kök uzunluğu, yaprak sayısı, orta yaprak uzunluğu, orta yaprak genişliği ve yaş ağırlık gibi) ektileri ile incelenmiş ve sonuçların istatistiksel değerlendirmesi yapılmıştır.
Gerçek atıksulardan renk ve KOİ gideriminde TiO2 ile fotokataliz prosesinin etkin olduğu görülmüştür. Ayrıca, model bir tekstil boyası ile adsorpsiyon ve oksidasyon teknikleri çalışılmıştır. Pomza taşının tek başına daha düşük olan adsorpsiyon ile renk giderim verimi Demir ile doplanarak %20 oranında arttırılmıştır.
Fotokataliz metodu güneş enerjisi katkısı ile ekonomik bir metod olarak bilinmekle birlikte adsorpsiyon ile zaman açısından karşılaştırılamayacak seviyede bulunmuştur.
Roka (Eruca sativa L.) bitkisine artan dozlarda çinko uygulaması bitkinin inceleme konusu olan bütün biyolojik parametreleri üzerinde iç yaprak uzunluğu hariç olmak üzere istatistiksel olarak bir farklılık oluşturmamıştır. Artan miktarlarda titanyum uygulamaları roka bitkisinin titanyum içeriği üzerindeki etkisi istatistiksel olarak % 5 düzeyinde önemli bulunmuştur. Bu sonuç artan titanyum dozları ile birlikte bitkinin titanyum içeriklerinin de artmış olduğunu göstermektedir.
Anahtar kelimeler: Mühendislik nanopartikülleri, atıksu arıtımı, TiO2, ZnO, ekotoksisite, Roka (Eruca sativa L.)
ii PACT EVALUATION OF ENGINEERED NANOPARTICULES ORIGINATED FROM
WASTEWATER TREATMENT PLANTS AND STORMWATERS (NANOEFFECT)
ABSTRACT
Concerns about the environmental risks of engineered nanomaterials (ENM) are growing, however, currently very little is known about their concentrations in the environment. Release of ENM into the environment may occur throughout their entire life cycle: from their production to the fabrication of ENM-containing products, to the use and end of life phase of those products. Risks from ENM emissions may emerge if both exposure (due to the presence of ENM in the environment) and hazard (in the form of toxic effects) are observed. Therefore, understanding environmental exposure and the toxicity of ENM provides the basis for assessing the environmental risks posed by these compounds.
In this Project, the fate of TiO2 and ZnO ENMs was simulated for textile effluents. Both catalysts were used in photocatalysis process. Alternatively adsorption and advanced oxidation processes were attempted to compare with the efficiency of photocatalysis process. On the other hand, the ecotoxicity of both ENMs was tested to Rocket (Eruca sativa L.) plant as a pioneering part of this NANOEFFECT Project. Many qualitative and quantitave analyses were performed to understand the mechanism of the toxicity.
Although TiO2 based photocatalysis process was found to be effective to remove color and COD parameters, the adsorption process using Fe doped pumice composite particles proved 20% of adsorption further to remove almost 100%
Methylene blue dye. Both catalysts did not affect the growth of the plant at the tested concentrations more than 5% which was found to be not significant using statistics.
Key words: Engineered nanoparticules, wastewater treatment, TiO2, ZnO, ecotoxicity, Rocket (Eruca sativa L.)
iii ĠÇĠNDEKĠLER
ÖNSÖZ ... iv
ÖZET ... i
ABSTRACT ... ii
İÇİNDEKİLER ... iii
ŞEKİL DİZİNİ ... v
ÇİZELGE DİZİNİ ... viii
1. GİRİŞ ... 1
1.1 Çalışmanın Anlam ve Önemi ... 1
1.2 Çalışmanın Amaç ve Kapsamı ... 2
2. KAYNAK ÖZETLERİ ... 3
2.1 Mühendislik Nanopartiküllerinin Çevrede Oluşumu ... 3
2.2 Mühendislik Nanopartiküllerinin Toprakta Yayılımını ve Çevresel Etkilerini Etkileyen Prosesler ... 8
2.3 Mühendislik Nanopartiküllerinin Çevresel Toksisitesi ... 9
2.4 Tekstil Endüstrisi Atıksularında Renk Problemi ve Arıtım Metodları ... 11
2.4.1 Fotokataliz Prosesi ... 12
2.4.2 Adsorpsiyon Prosesi ... 13
2.4.3 Fenton Bazlı İleri Oksidasyon Yönetimi ... 13
3. MATERYAL VE YÖNTEM ... 14
3.1 Materyaller ... 14
3.1.1 Kimyasallar ... 14
3.1.2 Atıksu Numuneleri ... 14
3.2 Yöntem ... 14
3.2.1 Tekstil Endüstri Atıksuların Fotokatalitik Arıtma Yöntemi ... 14
3.2.2 Metilen Mavisini Adsorpsiyon ile Arıtma Yöntemi ... 15
3.2.3 Metilen Kırmızısını Oksidasyon ile Arıtma Yöntemi ... 16
3.2.4 Bitki Toksisitesi Belirleme Yöntemi ... 16
3.3 Ölçümler ... 19
3.3.1 Ham ve Fotokatalitik Arıtılmış Atıksuda Yapılan Ölçümler ... 19
3.3.2 Bitki Analizleri ... 20
3.3.3 Toprak Analizleri ... 20
3.4 İstatistiksel Değerlendirme ... 21
4. BULGULAR VE TARTIŞMA ... 22
4.1 Tekstil Endüstrisi Atıksularında Renk ve KOİ Giderimi Çalışmaları ... 22
4.1.1 TiO2 ve ZnO nanopartikülleri ile Fotokatalitik Arıtılması ... 22
4.1.1.1. TiO2 Katalizörü ile Tekstil Atıksuyunun Giderilmesi ... 23
4.1.1.2. ZnO Katalizörü ile Tekstil Atıksuyunun Giderilmesi ... 33
4.1.1.3. Optimum Şartlar için TiO2 ve ZnO Katalizörü ile Fotokatalitik Gideriminin Kinetiğinin Değerlendirilmesi ... 43
4.1.2 Tekstil Endüstrisinde Kullanılan Boyar Madde Metilen Mavisinin Demir Katkılı Pomza ile Adsorpsiyon ile Renk Giderimi ... 47
4.1.3 Tekstil Endüstrisinde Kullanılan Boyar Madde Metilen Kırmızısının Demir Katkılı Pomza Oksidasyonu ile Renk Giderimi ... 50
4.2. Bitki Toksisite Deneme Sonuçları ... 55
4.2.1.Deneme Toprağı Örneğinin Bazı Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri ... 55
iv 4.2.1. Farklı Dozlarda Titanyum ve Çinko Uygulamalarının Saksılarda
Yetiştirilen Roka Bitkisinin Bazı Biyolojik Parametrelerine Etkisi ... 56
4.2.2. Farklı Dozlarda Titanyum ve Çinko Uygulamalarının Saksılarda Yetiştirilen Roka Bitkisinin Titanyum ve Çinko İçerikleri Üzerine Etkisi ... 61
4.1.4 Titanyum ve Çinko Uygulamalarının Deneme Sonrası Topraktaki Titanyum ve Çinko İçerikleri Üzerine Etkisi ... 62
5. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 63
6. KAYNAKLAR ... 65
EKLER: ... 69
EK 1: Yapılan SCI Yayınları ... 69
EK 2: SCI dışındaki Makaleler ... 69
EK 3: Ulusal Konferans ... 69
EK 4 Uluslarası Kitap Bölümü ... 69
v ġEKĠL DĠZĠNĠ
Sayfa Şekil 2.1: Fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre nanometaryal sınıflandırması
(Peralta-Videa, 2011) ... 3
Şekil 2.2: Avrupa Birliği’nde 2012 yılındaki yıllık endüstriyel nanomateryal üretimleri (Sun ve diğ., 2014) ... 4
Şekil 2.3: Mühendislik Nanopartiküllerinin Oluşum Kaynakları ve Çevrede Yayılım Yolları (Sun ve diğ., 2014) ... 5
Şekil 3.1: Çalışmada kullanılan fotoreaktör... 15
Şekil 3.2: Bitki kök yapısı (Karaman ark., 2012). ... 16
Şekil 3.3: Denemede kullanılan Roka bitkisi (Eruca sativa L.). ... 17
Şekil 3.4: Deneme sırasında Roka (Eruca sativa L.) bitkisinin farklı gelişim görüntüleri. ... 18
Şekil 3.5: Tekstür üçgeni (Karaman ve ark. 2012). ... 21
Şekil 4.1: Farklı TiO2 katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda KOİ/KOİ0 değerinin zamana bağlı değişimi ... 23
Şekil 4.2: Farklı TiO2 katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda KOİ giderim veriminin zamana bağlı değişimi ... 24
Şekil 4.3: Farklı TiO2 katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda KOİ giderim verimi ... 24
Şekil 4.4: Farklı TiO2 katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda (UV254)/(UV254)0 değerinin zamana bağlı değişimi ... 25
Şekil 4.5: Farklı TiO2 katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda UV254 giderim verimi ... 25
Şekil 4.6: Farklı TiO2 katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda (UV436)/(UV436)0 giderim verimi ... 26
Şekil 4.7: Farklı TiO2 katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda (UV525)/(UV525)0 giderim verimi ... 26
Şekil 4.8: Farklı TiO2 katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda (UV620)/(UV620)0 giderim verimi ... 27
Şekil 4.9: Farklı TiO2 katalizör konsantrasyonlarında fotokatalik oksidasyon sonunda elde edilen renk değerleri ... 27
Şekil 4.10: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda KOİ/KOİ0 değerinin zamana bağlı değişimi (TiO2 = 2 g/L) ... 29
Şekil 4.11: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda KOİ giderim veriminin zamana bağlı değişimi (TiO2 = 2 g/L) ... 29
Şekil 4.12: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda KOİ giderim verimi (TiO2 = 2 g/L) ... 30
Şekil 4.13: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda (UV254)/(UV254)0 değerinin zamana bağlı değişimi (TiO2 = 2 g/L) ... 30
Şekil 4.14: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda UV254 giderim verimi (TiO2 = 2 g/L) ... 31
Şekil 4.15: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda (UV436)/(UV436)0 giderim verimi (TiO2 = 2 g/L) ... 31
Şekil 4.16: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda (UV525)/(UV525)0 giderim verimi (TiO2 = 2 g/L) ... 32
vi Şekil 4.17: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda (UV620)/(UV620)0 giderim verimi (TiO2 = 2 g/L) ... 32 Şekil 4.18: Farklı pH değerlerinde fotokatalik oksidasyon sonunda elde edilen renk değerleri (TiO2 = 2 g/L) ... 33 Şekil 4.19: Farklı ZnO katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda KOİ/KOİ0
değerinin zamana bağlı değişimi ... 34 Şekil 4.20: Farklı ZnO katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda KOİ giderim veriminin zamana bağlı değişimi ... 34 Şekil 4.21: Farklı ZnO katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda KOİ giderim verimi ... 35 Şekil 4.22: Farklı ZnO katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda (UV254)/(UV254)0 değerinin zamana bağlı değişimi ... 35 Şekil 4.23: Farklı ZnO katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda UV254
giderim verimi ... 36 Şekil 4.24: Farklı ZnO katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda (UV436)/(UV436)0 giderim verimi ... 36 Şekil 4.25: Farklı ZnO katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda (UV525)/(UV525)0 giderim verimi ... 37 Şekil 4.26: Farklı ZnO katalizör konsantrasyonlarında tekstil atıksuyunda (UV620)/(UV620)0 giderim verimi ... 37 Şekil 4.27: Farklı ZnO katalizör konsantrasyonlarında fotokatalik oksidasyon sonunda elde edilen renk değerleri ... 38 Şekil 4.28: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda KOİ/KOİ0 değerinin zamana bağlı değişimi (ZnO = 2 g/L) ... 39 Şekil 4.29: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda KOİ giderim veriminin zamana bağlı değişimi (ZnO = 2 g/L) ... 39 Şekil 4.30: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda KOİ giderim verimi (ZnO = 2 g/L) ... 40 Şekil 4.31: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda (UV254)/(UV254)0 değerinin zamana bağlı değişimi (ZnO = 2 g/L) ... 40 Şekil 4.32: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda UV254 giderim verimi (ZnO = 2 g/L) ... 41 Şekil 4.33: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda (UV436)/(UV436)0 giderim verimi (ZnO = 2 g/L) ... 41 Şekil 4.34: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda (UV525)/(UV525)0 giderim verimi (ZnO = 2 g/L) ... 42 Şekil 4.35: Farklı pH değerlerinde tekstil atıksuyunda (UV620)/(UV620)0 giderim verimi (ZnO = 2 g/L) ... 42 Şekil 4.36: Farklı pH değerlerinde fotokatalik oksidasyon sonunda elde edilen renk değerleri (ZnO = 2 g/L) ... 43 Şekil 4.37: 2 g/L TiO2 konsantrasyonu ve pH 5 değerinde zamana bağlı UV değişimi
... 44 Şekil 4.38: 2 g/L TiO2 konsantrasyonu ve pH 5 değerinde KOİ, UV254 ve TOK giderim kinetiği ... 44 Şekil 4.39: 2 g/L TiO2 konsantrasyonu ve pH 5 değerinde fotokatalitik oksidasyon prosesinde atıksudaki titaniyum konsantrasyonu değişimi ... 45 Şekil 4.40: 2 g/L ZnO konsantrasyonu ve pH 9 değerinde zamana bağlı UV değişimi
... 46
vii Şekil 4.41: 2 g/L ZnO konsantrasyonu ve pH 9 değerinde KOİ, UV254 ve TOK giderim kinetiği ... 46 Şekil 4.42: 2 g/L ZnO konsantrasyonu ve pH 9 değerinde fotokatalitik oksidasyon prosesinde atıksudaki çinko konsantrasyonu değişimi ... 47 Şekil 4.43: Farklı Fe/Pomza oranlarında MB giderimi değişimi (MB Konsantrasyonu 25 mg/L, pH 4, 60 dak.) ... 48 Şekil 4.44: %10 Fe/Pomza’nın farklı dozlarında MB giderimi değişimi (MB Konsantrasyonu 25 mg/L, pH 4) ... 49 Şekil 4.45: Farklı pH değerlerinde %10 Fe/Pomza ile MB gideriminin zamana bağlı değişimi (MB Konsantrasyonu 25 mg/L, pomza miktarı 2 g, 60 dak.) ... 49 Şekil 4.46: Fe/Pomza farklı konsantrasyonlarında adsorpsiyon prosesi ile MR gideriminin zamana bağlı değişimi (MR Konsantrasyonu 50 mg/L, pH 3) . 50 Şekil 4.47: Pomza ve Fe/Pomza farklı konsantrasyonlarında adsorpsiyon prosesi ile MR giderimi (MR Konsantrasyonu 50 mg/L, pH 3, 2 saat) ... 51 Şekil 4.48: Farklı Fe/Pomza konsnatrasyonlarında 25 mg/L H2O2 ilavesi ile oksidasyon prosesinde MR gideriminin zamana bağlı değişimi (MR Konsantrasyonu 50 mg/L, pH 3) ... 52 Şekil 4.49: Farklı Fe/Pomza konsantrasyonlarında 50 mg/L H2O2 ilavesi ile oksidasyon prosesinde MR gideriminin zamana bağlı değişimi (MR Konsantrasyonu 50 mg/L, pH 3) ... 52 Şekil 4.50: Farklı Fe/Pomza ve H2O2 konsantrasyonlarında oksidasyon prosesi ile MR giderimi (MR Konsantrasyonu 50 mg/L, pH 3, 2 saat) ... 53 Şekil 4.51: Farklı pH değerlerinde oksidasyon prosesi ile MR giderimi (MR Konsantrasyonu 50 mg/L, Fe/Pomza: 2,5 g/L, H2O2: 25 mg/L, 2 saat) ... 54 Şekil 4.52: Farklı pH değerlerinde oksidasyon prosesi ile MR giderimi (MR Konsantrasyonu 50 mg/L, Fe/Pomza: 2,5 g/L, H2O2: 25 mg/L, 2 saat) ... 54 Şekil 4.53: Titanyum uygulamalarının roka bitkisinin bazı biyolojik özellikleri üzerine etkisi ... 59 Şekil 4.54: Çinko uygulamalarının roka bitkisinin bazı biyolojik özellikleri üzerine etkisi
... 60
viii ÇĠZELGE DĠZĠNĠ
Sayfa Çizelge 2.1: Su ve atıksu arıtımında mevcut ve potansiyel nanoteknoloji uygulamaları (Qu ve diğ., 2013) ... 6 Çizelge 2.2: Nanopartiküllerinin tahmini konsantrasyonları (Sun vd., 2014) ... 7 Çizelge 2.3: Nanomateryallerin doğal sularda dağılımını etkileyen işlemler (Weinberg
et al. 2011) ... 9 Çizelge 2.4: Çeşitli organizmalar için mühendislik nanopartiküllerinin toksik etkileri
(Peralta-Videa, 2011) ... 10 Çizelge 3.1: Tekstil atıksuyunun karakterizasyonu için ölçülen parametreler ve analiz
yöntemleri ... 19 Çizelge 4.1: Çalışmada kullanılan tekstil atıksuyunun özellikleri ... 22 Çizelge 4.2: 2 g/L TiO2 ve pH 5 değerinde TOK, KOİ ve UV254 için elde edilen kinetik
sabitler ... 45 Çizelge 4.3: 2 g/L ZnO ve pH 9 değerinde TOK, KOİ ve UV254 için elde edilen kinetik
sabitler ... 47 Çizelge 4.4: Deneme toprağının bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri ... 55 Çizelge 4.5: Titanyum Uygulamalarının Roka Bitkisinin Bazı Biyolojik Özellikleri
Üzerine Etkisi*,** ... 57 Çizelge 4.6: Çinko Uygulamalarının Roka Bitkisinin Bazı Biyolojik Özellikleri Üzerine
Etkisi*,** ... 58 Çizelge 4.7: Roka bitkisinin Zn ve Ti içeriklerinin ortalama değerleri ve önemlilik
grupları *,** ... 61 Çizelge 4.8: Deneme sonuçlarına göre Ti ve Zn elementi ile kirletilmiş saksılardaki
roka (Eruca sativa L.) bitkisindeki varyans analiz sonuçları... 61 Çizelge 4.9: Hasat sonrasında toprakta kalan Zn ve Ti içeriklerinin ortalama değerleri
ve önemlilik grupları *,**, *** ... 62 Çizelge 4.10: Hasat sonrasında toprakta kalan Ti ve Zn varyans analiz sonuçları. .. 62
1 1. GĠRĠġ
1.1 ÇalıĢmanın Anlam ve Önemi
Nano partiküller (NP), 1 ile 100 nm arasında en az iki boyutlu malzemelerdir.
Dünya tarihinin başlangıcından itibaren su, hava ve toprakta bulunduğu bilinen doğal nano partiküller 10000 yaşındaki buzul çekirdekte tespit edilmiştir. Birçok jeolojik ve biyolojik süreçlerin doğal nano partikülleri ürettiği bilinmektedir. Birçok biyolojik moleküller, örneğin protein, nükleik asitler, ATP, virüsler gibi, genellikle nano ölçeklidir. Ayrıca biyolojik malzemelerin, örneğin humik ve fulvik asitler, bozulması ile nanopartikülleri doğada üretir. Diğer yandan, büyük ticari kullanımları bu parçacıkların mühendislikçe yapay sentezinin hızla artmasına yol açmıştır. Katalitik kapasiteleri, optoelektronik özellikleri, antimikrobiyel aktiviteleri gibi onların yaygın kullanım alanları için çekici özelliklerini oluşturmaktadır. Örneğin, Çinko oksit (ZnO) çok yaygın kullanılan bir metal oksit NP’ü olup özel kristal yapısı ile optoelektrik özellikleri gösterir. ZnO NP’leri pek çok alanda kullanılmaktadır. Bunlar arasında, plastikler, seramik, cam, çimento, kauçuk, yağlandırıcılar, boyalar, pigmentler, gıda (Zn nutrienti olarak), piller, yangın geciktiriciler yer alır. İlave olarak, ZnO NP’leri kişisel bakım ürünlerinde, kozmetikler ve mükemmel UV ışığı absorbalama ve yansıtma kapasitesi ile güneş koruyucular dahil, kullanılan temel maddelerdendir.
Güneş koruyucularında kullanılmak üzere TiO2 ve ZnO nano taneciklerinin global üretimi 2003/2004 yılları için yaklaşık 1000 ton olarak kaydedilmiştir (Sun ve diğ., 2014). TiO2 ve ZnO’a ilaveten son yıllarda CeO2, Fe3O4, Au, Ag gibi oksit veya zero- valent formda NP’lerin çevre kirlenmesi kontrolü uygulamalarında kullanımı bilimsel literatürde ve küçük ölçekli tesislerde öne çıkmıştır.
Titanyum (Ti), doğal olarak toprakta bulunur ve oldukça saf olarak titanyum dioksit (TiO2) şeklinde birçok ticari üründe yıllardır kullanılmaktadır. Ortaya çıkışı karakterizasyonu, nano ve büyük boyutlarda olan titanyumun atıksu arıtma tesislerinden giderimine dair raporlama yapılmıştır. Atıksu arıtma tesisi çalışmalarından birisinde, içerisinde 100-3000 mikrogram Ti/L olan ham atıksu ile çalışılmıştır. Ham atıksudaki çokluğu nedeniyle ve atıksu arıtma tesislerinde bu formdaki Ti iyi giderilebildiği için 0.7 mikrometreden büyük olan Ti ölçümü yapılmıştır.
Bu ve diğer atıksu arıtma tesislerinden kaynaklanan deşarjlardaki Ti konsantrasyonları <5 ile 15 mikrogram/L ve genelde hepsi <0,7mikrometre boyutundadır. Ti giderilirken, çöken çamurdaki birikimi 1-6 mikrogram Ti/mg olmaktadır. Ti içeren katılar; mühendislik TiO2’si içeren ticari ürünlerde olduğu gibi atıksuda, biyokatılarda ve sıvı deşarjlarda da görülmektedir. Tüm örneklerde gözlenen tekil nanopartiküller ile (50nm’den birkaç yüz nanometre boyutundaki) küresel tanecikler, 50nm altındaki küresel Ti ve oksijen (tahminen TiO2)’den oluşmaktadır. Ti karışımı ve diğer metal atomları içeren başlıca daha büyük silikat partikülleri de gözlemlenmiştir. Saha çalışmasına destek olarak, TiO2 ve aktif çamur bakterisi kullanan laboratuvar adsorbsiyon seti ve sıralı kesikli reaktör deneyleri, TiO2’nin aktif çamur biyokütlesi üzerinde adsorblandığını göstermiştir. Atıksu arıtma tesislerinin sıvı deşarjının yapıldığı noktalar (dere, göl, okyanus) ile biyokütlenin döküldüğü alanlarda (düzenli depolama alanları, tarım arazileri, toprak iyileştirme
2 alanlar) TiO2 izlenmesi, çevrede nano maddelerin taşınımı ve kaderi konusundaki bilgileri artıracaktır (Kiser ve diğ., 2009).
Mühendislik Nanopartikülleri çeşitli kullanım alanlarından en son yağmur suyu ve evsel atıksu arıtma tesisleri yoluyla çevre sularına ulaşma riski sergilemektedir.
Olağanüstü ticari faydalarının yanında Mühendislik NP’lerinin canlı varlıklara tehlikeli biyolojik etkilere neden olabileceği kaydedilmiş (Duester ve diğ., 2014; Kahru ve Dubourguier, 2010) ve bu konudaki yoğun çalışmalar son 2-3 yıl içinde öne çıkmıştır. Metal oksit NP’lerin canlılara etkileri en az 3 önemli mekanizmayı içermektedir: i) NP’lerin metal oksitlerin ortam ile etkileşiminden ortama serbest toksik metaller yayılırlar, örneğin gümüş NP’lerden serbest gümüşün açığa çıkması gibi; ii) NP’lerin kirletici madde yüzey alanı ile etkileşiminden ortamda toksik maddeler, kimyasal radikaller veya serbest oksijen bileşikleri gibi, oluşur; iii) Partikül veya yüzeyleri biyolojik ortam ile direk etkileşime geçebilir, karbon nanotüp’ün hücre membranı veya DNA’sının bozunmasına yol açması gibi. Bu nedenle, bu taneciklerin kaynaklarının, çevrede etkileşim ve yayılımının araştırılması gerekmektedir (Limbach ve diğ., 2008; Li ve diğ., 2013; Lombi ve diğ., 2013; Ma ve diğ., 2013).
1.2 ÇalıĢmanın Amaç ve Kapsamı
Proje kapsamındaki deneysel çalışmalar iki bölümde yürütülmüştür. Birinci bölümde, TiO2 ve ZnO mühendislik nanopartiküllerinin atıksu arıtımındaki rolü incelenmiştir. Çok farklı ilaç kirleticinin gideriminde de yoğun olarak çalışlmış olan Fotokatalitik proseste askıda veya sol-gel uygulaması ile ince filmde nanopartikül kullanılmaktadır. Ancak bu proseste güneş enerjisinden yararlanılarak arıtma yapıması ekonomik kılınabilidği için Yeşil Teknoloji olarak isimlendirilmektedir. Ancak özellikle askıda nanopartikül ile yürütülen çalışmalarda çıkış suyunda bu nanopartiküllerin tam tutulması garanti edilememekte ve dolayısı arıtma çıkışında Bu çalışmada TiO2 ve ZnO nanopartikülleri kullanılarak tekstil endüstri atıksularından renk giderimi çalışılmıştır. Bu nanopartiküllerinin hem pahalı olması hem de çevresel risk oluşturması gözönünde tutularak bu prosese alternatif olabilecek ve Ülkemizde çıkarılan doğal bir maden kaynağı olan pomza bazlı yenilikçi bir malzeme kullanılarak adsorpsiyon ve oksidasyon prosesleri denenmiştir.
Arıtma tesisinde kontrolü yaklaşımı yanında projenin ikinci bölümünde her iki nanopartikülün literatürde benzeri çalışmada kullanılmamış olan Roka bitkisi üzerine toksisitesi çalışılmıştır. Roka ülkemizde birçok bölgede doğal olarak ve kültüre alınarak yetiştirilmektedir. Bu özellikleri ile çalışmada güvenilir sonuçlar elde edilmiştir.
3 2. KAYNAK ÖZETLERĠ
2.1 Mühendislik Nanopartiküllerinin Çevrede OluĢumu
Nanoteknoloji sahası hızla büyümeye devam etmekte ve mühendislik nano maddelerinin (NM) ticari ürünlerdeki kullanımındaki artış, biyosferdeki varlıklarını artırmaktadır. Mühendislik NM’leri; en az bir boyutu nano ölçekte (1-100nm) olarak üretilirler. Çevrede sık rastlanan doğal oluşum NM’leri, hem doğal proseslerin hem de beşeri etkilerin (örn; asit madeni drenajındaki nano metre ölçeğindeki metal oksitlerin floklaşması) sonucudur. Hem doğal oluşum hem de mühendislik NM’lerinin aşırı derecede küçük boyutları; aynı kimyasal kompozisyona sahip daha büyük maddelere kıyasla daha reaktif ve daha alışılmadık özellikler göstermelerine neden olmaktadır.
Mühendislik NM’leri; boyutlarına göre farklı optik ve elektrik özellikler gösteren quantum noktaları gibi yarıiletkenler içerirler ve altın nano partikülleri (NP) tipik inert olmalarına rağmen birkaç nano metre boyutuna getirildiklerinde katalitik hale gelirler.
Spesifik hücreleri hedef alan kaplamalarla veya optimizasyon amaçlı olarak mühendislik çalışmaları ile birkaç NM’nin bir araya getirilmesi ile NM’ler artan bir şekilde kompleks hale gelmektedir (örn; quantum noktaları eklenmiş karbon nano tüpler (CNT)).
Şekil 2.1’de görüldüğü gibi mühendislik NP’lerinin en bilinenleri geçiş metal oksitleri, sentezlenmiş silikon gibi polymerler, karbon/tek-duvarlı karbon nanotupler, Fluorenlerdir (Peralta-Videa, 2011).
ġekil 2.1: Fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre nanometaryal sınıflandırması (Peralta-Videa, 2011)
Başlıca mühendislik NPs’lerinin AB’de son yıllardaki kullanımın dağılımı Şekil 2.2’de verilmiştir (Sun ve diğ., 2014).
4 ġekil 2.2: Avrupa Birliği’nde 2012 yılındaki yıllık endüstriyel nanomateryal üretimleri
(Sun ve diğ., 2014)
Giderek kullanımı yoğunlaşan daha sonra üretim tedarik zincirlerine de katılacak olan bu yeni gelişen maddelerin çevredeki dağılımı ve etkileri dikkatle incelenmeldir. Doğal analogların azlığı; bu yeni maddelerin çevre sistemlerindeki kaderi, taşınımı, reaktifliği ve toksisitesi hakkında tahminde bulunmayı komplike hale getirmektedir. NM’ler tarafından sergilenen yeni geliştirilen özelliklerden kaynaklanan kesin olmayan etkiler, dünya çapında devletlerin ve halkların dikkatini çekmekte ve NM’lerin çevre ve insan sağlığı üzerindeki zarar potansiyelinin değerlendirilmesini amaçlayan çevresel sağlık ve güvenlik (EHS) araştırmalarında artışa neden olmaktadır. Bu araştırma aktivitelerinin genel amacı; NM’lerin çevredeki davranışlarının ve yaşayan organizmalar üzerindeki etkileri ile bu maddelerin özelliklerini ilişkilendirmektir. Nano maddelerin insan sağlığı ve çevre üzerindeki etkileşimlerinin değerlendirilmesi; bu maddelerin potansiyel maruziyet yolları ile akut ve kronik maruziyetin toksikolojik etkilerinin anlaşılmasını gerektirmektedir (Lowry ve diğ, 2012).
Mühendislik NP’lerinin başlıca oluşum kaynakları ve çevrede dolaşım yolu Şekil 2.3’de şematik olarak verilmiştir (Sun ve diğ., 2014).
5 ġekil 2.3: Mühendislik Nanopartiküllerinin Oluşum Kaynakları ve Çevrede Yayılım
Yolları (Sun ve diğ., 2014)
Mühendislik NP’lerinin su ve atıksu arıtımında kullanımı da son yıllarda yoğunlaşmıştır. Çizelge 2.1’de bu çalışmaların bazıları özetlenmektedir (Qu ve diğ., 2013).
6 Çizelge 2.1: Su ve atıksu arıtımında mevcut ve potansiyel nanoteknoloji uygulamaları (Qu ve diğ., 2013)
Kullanımı Temsil edilen nanomateryal
Nanometaryalin özellikleri Mevcut Teknolojisi
Adsorpsiyon Karbon nanotüpler Yüksek spesifik yüzey alanı, yüksek adsorpsiyon yüzeyleri, çeşitli kirletici-CNT etkileşimleri, ayarlanabilir yüzey kimyası, kolay yeniden kullanım
Kalıcı kirleticilerin adsorpsiyonu, kirletici zenginleştirme/iyon değişimi
Nano metal oksit Yüksek spesifik yüzey alanı, kısa interpartikül difüzyon mesafesi, daha fazla adsorpsiyon yüzeyleri, spesifik yüzey alanını azaltmadan sıkıştırılabilirlik, kolay yeniden kullanım, bazıları manyetik
Adsorptif medya filtreleri, sıvı reaktörler
Çekirdek kabul
yapılı nanofiltreler Seçici adsorpsiyon için uygun kabuk yüzey kimyası, degredasyon için
reaktif kabuk, kısa iç difüzyon mesafesi Reaktif nano adsorbantlar Membranlar ve
membran prosesler Fotokataliz
Nano-zeoliteler Moleküler elek, hidrofilik özellik Yüksek permeabiliteli ince film nano kompozitler
Membranlar
Nano-Ag Güçlü ve geniş spektrumlu antimikrobiyal aktivite, düşük toksisite Anti biyokirletici membranlar Karbon nano tüpler Antimikrobiyal aktivite, Küçük çap, iç yüzeyin atomik düzgünlüğü,
ayarlanabilir kimyası, yüksek mekanik ve kimyasal stabilite Anti biyokirletici membranlar, hizalanmış karbon nanotüp membranlar
Nano-TiO2 Fotokatalitik aktivite, hidrofilik özellik, yüksek kimyasal stabilite Reaktif membranlar, yüksek performans, ince film nanokompozit membranlar Nano-manyetik Dönüştürülebilir yüzey kimyası, süper manyetik özellik İleri osmoz
Floren türevleri Solar spektrumda fotokatalitik aktivite, yüksek seçicilik Fotokatalik reaktör, solar dezenfekte sistemler
Dezenfeksiyon ve mikrobiyolojik kontrol
Nano-Ag Güçlü ve geniş spektrumlu antimikrobiyal aktivite, düşük toksisite,
kolay kullanım POU su dezenfeksiyonu, anti biyokirletici
yüzey
Karbon nanotüpler Antimikrobiyal aktivite, fiber şekil, iletkenlik POU su dezenfeksiyonu, anti biyokirletici yüzey
Nano-TiO2 Fotokatalitik ROS üretimi, yüksek kimyasal stabilite, düşük toksisite ve maliyet
Tam ölçekli POU dezenfeksiyon
7 Evsel atıksu arıtma tesislerinde mühendislik nanopartikülleri μg ve ng/L seviyelerinde ölçülmüşlerdir (Li ve diğ., 2013; Limback ve diğ., 2008; Lombi ve diğ., 2013; Ma ve diğ., 2013; Westerhoff ve diğ., 2011). Sun ve diğ. (2014) mühendislik nanopartiküllerinin çevre katmanlarındaki dağılımı modellemişlerdir. Sun ve diğ.
(2014) çalışma sonuçları Hata! Yer iĢareti baĢvurusu geçersiz.’de verilmiştir.
Çizelge 2.2: Nanopartiküllerinin tahmini konsantrasyonları (Sun vd., 2014)
AB Ġsviçre
Birim Mode Q0,15 Q0,85 Mode Q0,15 Q0,85
Nano TiO2
STP Çıkış 16 13 110 32 26 220 µg/L
Yüzey suyu 0,53 0,40 1,4 0,67 0,54 3,0 µg/L
Sediment 1,9 1,4 4,8 2,3 1,9 10 mg/kg.yıl
STP çamur 170 150 540 320 250 950 mg/kg
Doğal-kentsel toprak 0,13 0,09 0,24 0,57 0,39 1,0 mg/kg.yıl
Çamur-Arıtılmış toprak 1200 940 3600 µg/kg.yıl
Hava 0,001 0,000 0,001 0,002 0,002 0,004 µg/m3
Katı atık 12 8,3 20 19 14 32 mg/kg
AYT alt külü 120 82 230 210 150 410 mg/kg
AYT uçucu kül 150 110 310 280 200 560 mg/kg
Nano ZnO
STP Çıkış 2,3 1,7 21 5,3 3,7 45 µg/L
Yüzey suyu 0,09 0,05 0,29 0,12 0,07 0,61 µg/L
Sediment 0,32 0,18 1,0 0,41 0,26 2,1 mg/kg.yıl
STP çamur 24 17 110 45 31 200 mg/kg
Doğal-kentsel toprak 0,01 0,01 0,03 0,06 0,03 0,13 mg/kg.yıl
Çamur-Arıtılmış toprak 0,01 0,01 0,03 µg/kg.yıl
Hava <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 µg/m3
Katı atık 0,89 0,47 2,4 1,6 0,73 3,7 mg/kg
AYT alt külü 3,5 1,9 11 5,1 2,9 16 mg/kg
AYT uçucu kül 2,8 2,7 22 4,8 4,1 33 mg/kg
Nano Ag
STP Çıkış 0,17 0,06 16 0,32 0,08 23 ng/L
Yüzey suyu 0,66 0,51 0,94 0,45 0,37 0,73 ng/L
Sediment 2,3 1,8 3,3 1,6 1,3 2,6 µg/kg.yıl
STP çamur 0,02 0,01 0,08 0,04 0,02 0,16 mg/kg
Doğal ve kentsel toprak 1,2 0,91 1,8 5,1 3,9 7,4 ng/kg.yıl
Çamur arıtılmış toprak 0,11 0,09 0,65 µg/kg.yıl
Hava 0,003 0,003 0,004 0,01 0,01 0,02 ng/m3
Katı atık 0,06 0,05 0,08 0,05 0,04 0,07 mg/kg
AYT alt külü 0,23 0,18 0,36 0,21 0,17 0,33 mg/kg
AYT uçucu kül 0,38 0,24 0,85 0,33 0,22 0,77 mg/kg
Karbon Nanotüpü (CNT)
STP Çıkış 4,0 3,6 12 5,5 4,9 16 ng/L
Yüzey suyu 0,23 0,17 0,35 0,35 0,27 0,56 ng/L
Sediment 0,79 0,61 1,2 1,2 0,95 2,0 µg/kg.yıl
STP çamur 0,15 0,12 0,23 0,27 0,21 0,4 mg/kg
8 Doğal ve kentsel toprak 5,1 3,7 7,1 22 17 32 ng/kg.yıl
Çamur arıtılmış toprak 0,99 0,76 1,6 µg/kg.yıl
Hava 0,02 0,02 0,03 0,09 0,07 0,13 ng/m3
Katı atık 1,7 1,3 2,6 3,0 2,3 4,0 mg/kg
AYT alt külü 0,23 0,21 1,4 0,39 0,36 2,3 mg/kg
AYT uçucu kül 0,36 0,33 2,9 0,60 0,55 4,7 mg/kg
Floren
STP Çıkış 1,7 1,3 7 3,4 2,3 13 ng/L
Yüzey suyu 0,11 0,07 0,28 0,13 0,08 0,33 ng/L
Sediment 0,37 0,24 0,99 0,45 0,27 1,2 µg/kg.yıl
STP çamur 0,09 0,05 0,22 0,15 0,09 0,34 mg/kg
Doğal ve kentsel toprak 0,10 0,07 0,23 0,18 0,10 0,33 ng/kg.yıl
Çamur arıtılmış toprak 0,62 0,38 1,5 µg/kg.yıl
Hava 0,001 0,000 0,001 0,001 0,000 0,001 ng/m3
Katı atık 0,07 0,04 0,13 0,08 0,04 0,14 mg/kg
AYT alt külü 0,01 0,01 0,07 0,01 0,01 0,08 mg/kg
AYT uçucu kül 0,01 0,01 0,14 0,01 0,01 0,16 mg/kg
STP: Çamur Arıtma Tesisi, AYT: Atık yakma tesisi
2.2 Mühendislik Nanopartiküllerinin Toprakta Yayılımını ve Çevresel Etkilerini Etkileyen Prosesler
Mühendislik NP’lerinin topraktaki çevrimi aşağıdaki başlıklarda incelenmektedir (Peralta-Videa, 2011):
-Topraktaki mikrobiyolojik çevrimler,
-Toprak kolonunda çözülüp tekrar taşınım prosesine katılımı -Toprağın organik bileşimi ile etkileşimi
-Topraktaki diğer mineraller ile etkileşimler -Topraktaki diğer kirleticiler ile olan etkileşimler
Bunun yanında doğal sulardaki dağılım prosesleri ise Çizelge 2.3’te özetlenmiştir.
9 Çizelge 2.3: Nanomateryallerin doğal sularda dağılımını etkileyen işlemler (Weinberg et al. 2011)
Proses Etki Ģekli
Çözünme Çözündükçe partikül kaybı oluşumu
Tortu Numune işleme sırasında faz değişiminden dolayı numune kabı yüzeyinde kayıp oluşumu
Sedimentasyon Koagülasyon arıtımı sırasında süspansiyon taşınımı
Yığılma Hedef tek veya birleşik partiküller; yüzey alanını ve sorpsiyonu arttırır.
Kaplama Doğal polimer partiküle yerleştirilebilir.
Birleşim Arıtma sırasında askıda maddenin sorpsiyonu giderimi arttırmaktadır.
Reaksiyon Fotoliz, biyolojik veya kimyasal mekanizmayı etkilemektedir.
Ayrışma Biyolojik parçalanma veya değerlik değişimi
2.3 Mühendislik Nanopartiküllerinin Çevresel Toksisitesi
Mühendislik NP’lerinin çeşitli su canlılarına toksik etkileri Çizelge 2.4’te özetlenmiştir. Buna göre, mühendislik NP’lerinin Cucumis sativus, Lactuca sativa gibi bitkilerin tohumlarının çimlenmesine olan etkileri çalışılmıştır.
Çizelge 2.4’te ilave olarak diğer bazı bitki türlerinde ve roka bitkisinde ağır metallerin etkileri de çalışılmıştır. Sadece bu çalışmalarda metalin partikül boyutu irdelenmemiştir. Buna göre, Burke ve diğ. (2014) tarafından yapılan bir araştırmada Mısır ve soya fasulyesi bitkilerine uygulanan Titanyumun bitkilerin gelişimi ve toprakta mikrobiyal aktivite üzerindeki etkileri araştırılmıştır. 100 mg/kg olarak TiO2
uygulaması yapılarak sera koşullarında bir deneme düzenlenmiştir. Elde edilen bulgulara göre Ti uygulaması bitkiler üzerindeki etkileri istatistiksel olarak önemli bulunamamıştır. Ancak Ti uygulaması rizosferde bakteri aktivitesi üzerinde etkili olmazken mikoriza mantarının aktivitesi üzerinde pozitif etki yaptığı saptanmıştır.
Belediye organik atıklarının biyodegredasyonu üzerine TiO2 uygulamasının etkilerinin araştırıldığı bir çalışmada (Gariser ve diğ., 2014), bitki yetiştirilen bir ortamda organik atıkların % 95’lik önemli bir bölümünün TiO2 tarafından bloke edildiği görülmüştür.
Ancak TiO2 organik atıkların biyodegredasyonu ve nitrifikasyonu üzerinde etkili olmamıştır.
10 Çizelge 2.4: Çeşitli organizmalar için mühendislik nanopartiküllerinin toksik etkileri (Peralta-Videa, 2011)
Nanometaryal Partikül Büyüklüğü (nm)
Test
Organizma
Test Sonuç Referans
ZnO 20 C. elegans
(nematode)
24 sa LC50 2,3 mg/L Wang vd., 2009
Al2O3 6050 82 mg/L
TiO2 80 mg/L
Au 10 Cucumis
sativus
Çimlenme Toksisite gözlememiş
Barrena vd., 2009
Ag 2 Lactuca sativa Bioluminiscence
Fe3O4 7 Photobacterium phosphoreum Anaerobic consortium bacteria
Biyogaz üretimi
ZnO 60 S. agalactiae Bakteri aktivitesi Hücre
bölünmesi inhibisyonu (%95 0.12 M)
Huang vd., 2008
CeO2 15 ve 30 D. magna Genotoksisite DNA hasarı Lee vd., 2009 SiO2 7 ve 10 C. riparius Ölüm, büyüme
ve üreme
CeO2 ve SiO2 ölümü arttırmakta TiO2 7 ve 20
Ag 20-37 Oryzias lapites LC50 Gelişimsel toksisite
1,03 mg/L Omurga, kanat, kalp, beyin ve gözlerde anormal ödemler
Wu vd., 2010
TiO2 6 D. magna 24 sa LD50 L-ALEX Strigul
vd., 2009 Al(ALEX) 100 V. fischeri 48 sa LD50 107,588
mg/L Al(L-ALEX) 100
B 10-20
Soya fasulyesi (Glycine max L.) bitkisi ile sera koşullarında 6 hafta süre ile bir deneme yapılmıştır. Bitkiler artan dozlara TiO2 uygulanmıştır. Titanyum dioksit uygulamasının bitknin kök ve topraküstü aksamları ile bitki besin elementi içerikleri üzerindeki TiO2’ nin etkileri araştırılmıştır. Elde edilene bulgulara göre artan TiO2
dozları bitkinin kök ve topraküstü aksamları ile fosfor içeriklerinde azalmalara neden olmuştur. Ancak TiO2 uygulaması rizosferde rizobium ve mikoriza mantarının aktivitesi üzerindeki etkileri önemsiz bulunmuştur.
Artan miktarlarda Mn ve Fe uygulamalarının Roka (Eruca sativa L.) bitkisinin gelişimi, besin elementi alımı ve kök ile gövdede antioksidatif etkiler araştırılmıştır.
Elde edilen bulgulara göre artan Mn ve Fe uygulaması ile birlikte bitkinin Nz içeriğinde önemli azalmalar belirlenmiştir. Diğer taraftan aşırı Mn ve Fe dozları
11 bitkinin gelişimini olumsuz etkilemiştir. Bitkinin SOD, prolin ve GPX aktiviteleri de Mn ve Fe’nin artan dozları ile birlikte azalmıştır (Becerik ve Aydemir, 2010).
Artan miktarlada Zn uygulamasının roka bitkisinin Zn içeriği üzerindeki etkilerinin araştırıldığı bir çalışmada (Urlic ve diğ., 2014), 30 gün süre ile bir sera denemesi düzenlenmiştir. Denemenin sonunda artan Zn dozlarının bitkinin köklerinin Zn içeriğini topraküstü aksamına göre daha fazla etkilemiş olduğu belirlenmiştir.
Artan Zn dozları ile birlikte bitkinin kök aksamının Zn içekleri topraküstü aksamından daha yüksek bulunmuştur.
Adiloğlu (2003) yapmış olduğu bir araştırmada, kireçli topraklarda yetiştirilen mısır bitkisine artan dozlarda çinko uygulamasının bitkinin demir içeriği üzerindeki etkilerini araştırmıştır. Sera koşullarında yapılan saksı denemesi sonuçlarına göre, artan Zn dozları bitkinin kuru madde miktarını ve topraktan kaldırdığı Fe miktarını artırmış ancak bitkinin Fe içeriği artan Zn dozları ile birlikte önemli miktarlarda azalmıştır.
Fasulye (Phaseolus vulgaris L.) bitkisi ile yapılan bir sera denemesinde bitkilere 0, 10 ve 20 mg/kg Zn olacak şekilde ZnCl2 uygulaması yapılmıştır. Bitkiler 6 hafta sonunda hasat edilmiştir. Elde edilen bulgulara göre bitkinin Zn, Cu, Mn ve P uygulamasına bağlı olarak artmış olduğu görülmüştür (Karaman ve diğ., 1997).
2.4 Tekstil Endüstrisi Atıksularında Renk Problemi ve Arıtım Metodları
Tekstil atıksuları yüksek hacim ve renk içermelerinden dolayı önemli bir atıksudur. Klasik biyolojik aktif çamur sistemlerinde karbon giderimi sağlanabilmesine rağmen renk biyolojik olarak arıtılamamakta ve bu renkli atıksuların alıcı ortama deşar edilmesi problem teşkil etmektedir. Renkli atıksuların alıcı ortama deşarj edilmesi ile ortamdaki ışık geçirgenliği azaltmaktadır. Ayrıca çevresel ve estetik problemlere sebep olmakla birlikte toksik ve kanserojenik olmasından dolayı ekolojik ve insan sağlığı açısından bir tehdit oluşturmaktadır. Tekstil boyama ve bitim işlemlerinden kaynaklanan atıksuların içindeki kalıcı ve toksik endüstriyel kirleticilerle kirlilik yükünün azaltımasında ileri oksidasyon prosesleri (İOP) yirmi yıldan fazla süredir başarıyla uygulanmaktadır.(Vandervivere ve diğ., 1998, Azbar ve diğ., 2004).
İOP, organiklerin oksidatif olarak parçalanması için hidroksil radikallerinin (OH) üretilmesi prensibine dayanan, ortam sıcaklığı ve basınçlı su arıtma işlemleri olarak ifade edilmektedir. Hidroksil radikali (OH), ozon ve hidrojen peroksitten daha hızlı reaksiyona girerek, büyük ölçüde arıtma maliyetlerini ve sistem boyutunu azaltır.
Ayrıca OH radikali güçlü, seçici olmayan bir kimyasal oksidanttır. (Loraine ve Glaze, 1992).
Fenton (H2O2/Fe+2), Fenton benzeri (H2O2/Fe+3), UV/H2O2/Fe+2, O3/H2O2, O3/UV, H2O2/UV gibi homojen ve heterojen ileri oksidasyon prosesleri tekstil atıksularından renk, KOİ ve TOK gideriminde başarılı bir şekilde kullanılmaktadır (Chen ve diğ., 2003).
Günümüzde tekstil atıksularının arıtımı için fiziko-kimyasal yöntemler sıkça kullanılmaktadır. Ancak; yüksek KOİ, düşük BOİ5 ve yüksek renk değerlerine sahip
12 boyar madde içeren atıksularda fizikokimyasal, biyolojik arıtım gibi klasik arıtma sistemleri ile renk giderimi yetersizdir (Forgacs ve diğ., 2004).
Ayrıca bu klasik arıtma yöntemleri kirliliği su fazından katı faza geçirme, çamur oluşturma ve adsorbant rejenerasyonu gibi dezavantajlara sahiptir. Ayrıca renkli atıksu üreten tesislerin başında gelen tekstil endüstrisinde kullanılan azo boyar maddelerin anaerobik parçalaması sonucu daha renksiz fakat potansiyel olarak kanserojenik aminlerin oluştuğu bilinmektedir. Bu sebeple özellikle bu tip boyar maddeleri içeren atıksuların uygun ve güvenli arıtma yöntemleri ile toksik olmayan kararlı son ürünlere dönüştürebilen ve elde edilen suyu tesis içinde yeniden kullanılabilir duruma getirebilecek etkili arıtma tekniklerinin kullanılması zorunludur (Ge ve Qu, 2004). Son yıllarda, geniş bir aralıktaki organik maddeleri hızlı ve seçici olmadan oksitleyen hidroksil radikallerini (OH) üreten ileri oksidasyon prosesleri (İOP), klasik arıtma yöntemlerine alternatif olarak önem kazanmaya başlamıştır. Bu konuda yapılan çeşitli çalışmalar renk giderimi, atıksuyun toksik içeriğinin azaltılması ve kısmi/tam organik madde gideriminde İOP nin etkinliğini kanıtlamıştır.
2.4.1 Fotokataliz Prosesi
Fotokatalitik ileri oksidasyon prosesleri ile birçok organik madde ve toksik madde için yüksek giderimler elde edildiğinden dolayı son yıllarda ön plana çıkmaya başlayan bir proses olmuştur. Fotokatalist olarak yarı iletkenler ve metal karışımlar kullanılabilmektedir. Uygulamada fotokatalizör olarak en çok kullanılan yarı iletken madde TiO2 olup ZnO, Fe2O3 gibi diğer yarı iletken maddeler de fotokatalizör olarak kullanılmaktadır.
Yarı iletken olan titanyum dioksit (TiO2) ile gerçekleştirilen heterojen fotokataliz, içme sularına uygulanabilecek gelişmiş oksidasyon süreçlerinden biridir (Uyguner ve Bekbolet, 2007). TiO2 zehirli degildir, UV-A ve UV-B ısıması altında iyi sonuçlar vermekte, oda sıcaklıgında ve atmosferik basınç altında çalısılabilmekte, moleküler oksijene hızlı elektron aktarımından dolayı kirliliklerin fotokatalitik gideriminde çok verimli olmakta, foto-korozyona karsı direnç göstermektedir. Ayrıca ucuzdur ve genis band aralıgına sahiptir. Daha az zararlı ara ürün veya su,karbondioksit gibi zararsız türlere dönüşmesi sağlandığından organik maddenin gideriminde TiO2 katalizörü büyük önem taşır ayrıca TiO2, 3,2 eV'luk band aralığı enerjisine sahip olan ve 400 nm'den küçük dalga boylarında UV ışınlaması ile aktive edilen bir yarı iletkendir (Zielinska ve diğ., 2001).
Bir diğeri ise çinko oksittir (ZnO). ZnO eşsiz fotokatalitik, elektriksel, elektronik, dermatolojik ve antibakteriyel özellikleri nedeni ile çok farklı alanlarda kullanılabilmektedir. Fotokatalitik reaksiyonlarda kullanılmasının sebebi direk elektronbant boşluğunun 3.37 eV olması ve yüksek bağlama enerjisine sahip olmasıdır (Mori K., 2004)
Fotokatalitik ileri oksidasyon prosesinde katalizörler yüzeylerinde elektron boşluk çiftleri oluşturup reaksiyona girerek hidroksil radikalleri üretmektedirler. Bu radikallerde kirlilikleri su ve karbondiokside dönüştürmesiyle giderim gerşekleşmektedir (Sayılkan, 2007).
13 2.4.2 Adsorpsiyon Prosesi
Adsorpsiyon, gaz, sıvı veya çözünmüş bir maddenin bir yüzey ya da ara yüzeyde birikmesi olarak tanımlanmaktadır. Adsorpsiyon işleminde adsorban olarak çok çeşitli materyaller kullanılmaktadır. Doğal katı adsorbant olarak kömürler, killer, zeolitler ve çeşitli metal filizleri verilebilir. Yapay katı adsorbanlar arasında ise aktif kömürler, moleküler elekler (yapay zeolitler), silika jeller, metal oksitler, katalizörler ve bazı özel seramikler yer almaktadır. Bir katının adsorplama gücü, bu katının yapısının yanında özgül yüzey alanı, özgül gözenek hacmi ve gözenek boyut dağılımına bağlı olarak değişmektedir. Tekstil atıksuları gibi renk problemi olan veya ağır metal içeren atıksularda adsorpsiyon prosesi etkili bir proses olarak bilinmektedir.
2.4.3 Fenton Bazlı Ġleri Oksidasyon Yönetimi
Fenton reaksiyonları çoğu organik bileşiği parçalama kabiliyeti nedeniyle yaygın kabul görmektedir. Ayrıca çevrede OH• aracılığıyla gerçekleşen oksidasyonlar için de önemli bir yol sağlamaktadır. Fenton reaksiyonu olarak bilinen reaksiyon Fe+2'in OH•
meydana getirmek üzere H2O2 ile oksidasyonudur (Leung ve diğ.,1992). Hidrojen peroksit ile demir (+2) iyonlarının birlikte kullanılarak radikal üreten sistemler Fenton reaktifi olarak adlandırılmaktadır. Oluşan hidroksil radikalleri diğer İOP lerde olduğu gibi boyar maddedeki kromofor grubu parçalayarak atıksuda renk giderimini sağlar
Bakır, krom gibi diğer ağır metaller de hidrojen peroksit aktivasyonu, dolayısıyla radikal üretimi için kullanılabilir. Fenton prosesi oksidasyon ve koagülasyon proseslerini birleştirme avantajını taşımaktadır. Fenton reaktifi ile renk giderim verimi hidrojen peroksit konsantrasyonu, demir iyonu konsantrasyonu, pH ve atıksu sıcaklığına bağlıdır. Fenton reaktifi ile renk giderimi sadece asidik şartlarda (pH 2-5) yapılabilir. En iyi pH değeri 3,5'tir. Yüksek pH değerlerinde H2O2 ve demirin kararsız olmasından dolayı boyar maddelerin renk giderim verimleri düşmektedir. Yüksek konsantrasyon ilavesi de fazla çamur oluşumuna neden olacaktır.
14 3. MATERYAL VE YÖNTEM
3.1 Materyaller
3.1.1 Kimyasallar
Hem atıksu arıtımında hem de bitki toksisitesi deneylerinde Titanyum dioksit (TiO2), Çinko (ZnO) kullanılmıştır. Titanyum dioksit Sigma Aldrich (CAS Numarası 13463-67-7) firmasında temin edilmiştir. TiO2 nanopartikülünün spesifik yüzey alanı 35-65 m2/g (BET) ve ortalama partikül büyüklüğü ise 21 nm.’dir. Çinko oksit ise Merck (CAS Numarası: 1314-13-2 ve Katalog Numarası: 8849) firmasından temiş edilmiş olup, spesifik yüzey alanı 47 m2/g ve ortalama partikül büyüklüğü ise 230 nm civarındadır (Hikmat ve diğ., 2010; Alizadeh ve diğ., 2007).
3.1.2 Atıksu Numuneleri
Tekstil atıksuyu olarak, Kumaş Boyama ve Emprime Baskı yapan tekstil fabrikası atıksu arıtma tesisi çıkışından temin edilmiştir. Tekstil fabrikasının atıksu arıtma tesisi kimyasal ve biyolojik arıtma ünitesinde oluşmakta olup, günlük debisi 850 m3/gün’dür.
3.2 Yöntem
3.2.1 Tekstil Endüstri Atıksuların Fotokatalitik Arıtma Yöntemi
Deneysel çalışmalarda fotokatalitik oksidasyonun uygulanması sırasında kullanılan fotoreaktör Şekil 3.1’de verilmiştir. Reaktör 42x42x28 cm (Derinlik-en- yükseklik) boyutlarına sahip olup, reaktör çeperleri UV ışınlarını en iyi yansıtan malzeme olarak bilinen elektropolisajlı anotlanmış aluminyum malzemeden yapılmıştır. Reaktör içerisinde 4’er adet iki yan ve 8 adet üst kısımlar olmak üzere toplam 16 UV lamba bulunmaktadır. Fotokatalitik çalışmalar sırasında UV kaynağı olarak UV-A (Philips TL, 8W, max. 380 nm) kullanılmıştır. Reaktörde tüm lambalar açık iken birim alana etki eden UV-A enerjisi fotometre ile 49,4 W/m2 olarak ölçülmüştür.
Fotokatalitik çalışmalar 300 mL beher içerisinde 200 mL tekstil atıksuyu ile yapılmıştır. Fotokatalitik oksidasyon süresince reaktör içerisinde bulunan karıştırıcı ile karıştrma sağlanmış ancak sisteme ayrı olarak oksijen verilmemiştir. Çalışmada ilk olarak tekstil atıksuyu içerisine katalizör konularak 15 dakika karanlıkta (UV lambaları açılmadan) karıştırma ile adsorbsiyon gerçekleştirilmiş ve 15 dakika sonunda numune alındıktan sonra UV lambaları açılmıştır. UV-A çalışmaları 3 saat yapılmış ve 0-15-30-60-90-120-150-180 dakikalarda yaklaşık 7-8 mL numune alınmıştır.
Alınan numuneler 0,45 µm (Millipore) şırınga ucu filtreden geçirilerek analizleri yapılmıştır.
15 ġekil 3.1: Çalışmada kullanılan fotoreaktör
Çalışmalarda hem TiO2 hemde ZnO katalizörü için katalizör konsantrasyonu ve atıksu pH’nın renk ve KOİ giderimine etkisi araştırılmıştır. Bu kapsamda TiO2
katalizörü konsantrasyonunun tekstil atıksuyu giderimine etkisininin belirlenmesi amacıyla fotokatalitik ileri oksidasyon prosesinde 0,5-1,0-1,5-1,75-2,0-2,5 g/L olmak üzere 6 farklı TiO2 katalizör konsantrasyonu kullanılmıştır. ZnO katalizörü konsantrasyonunun etkisi için ise fotokatalitik ileri oksidasyon prosesinde 0,5-1,0-1,5- 2,0-3,0-4,0 g/L olmak üzere 6 farklı ZnO katalizör konsantrasyonu kullanılmıştır. Her iki katalizör için atıksu pH’nın belirlenmesi için pH 3, 5, 7, 9 ve 11 pH değerlerinde renk ve KOİ giderimine bakılmıştır.
3.2.2 Metilen Mavisini Adsorpsiyon ile Arıtma Yöntemi
Çalışmada kullanılan pomza tozu 63-250 mikron aralığında olup, Nevşehir’den temin edilmiştir. Demir katkılı pomza daha önce yapılan çalışmada belirtlen yöntemde bazı değişiklikler yapılarak hazırlanmıştır. Demir ilavesi için, pomza öncelikle 1 N HCl çözeltisi içerisinde 24 saat bekletilmiş ve distile su ile yıkandıktan sonra 24 saat 105°C’de kurutulmuştur. Daha sonra belirlenen oranlarda demir konsantrasyonu olacak şekilde FeSO4.6H2O ve pomza (%2,5-20 Fe/Pomza aralığında) distile su içerisine konularak 1 N NaOH ilavesi ile pH 9,5 değerine getirilmiştir. Bu çözelti 24 saat karıştırıldıktan sonra distile su ile yıkanarak, 24 saat 105 °C’de kurutulmuştur.
Adsorpsiyon çalışmalarında %2,5-20 Fe/Pomza oranı aralıklarında hazırlanan Fe/Pomza’lar ile deneyler yapılarak en uygun Fe/Pomza oranı seçilmiştir. Deneyler 25 mg/L MB konsantrasyonu, pH 4, 200 rpm çalkalama hızı ve 120 dak. adsorpsiyon süresinde yapılmıştır. En iyi MB giderimi elde edilen Fe/Pomza ve Pomza adsorbantlarda, pomza konsantrasyonu 0.25-2.5 g, pH değeri 3-11 ve MB konsantrasyonu 10-200 mg/L aralıklarında deney setleri oluşturularak, demir katkısının adsorpsiyon prosesine etkisi araştırılmıştır. Adsorpsiyon çalışmaları aktif hacim 50 mL olacak şekilde 200 rpm hızda çalkalama ile yapılmış ve belli zaman
16 aralıklarında alınan numuneler 4000 rpm’de 15 dakika santrifüj yapıldıktan sonra üst faz UV-Vis spektrofotometrede ölçülerek MB konsantrasyonu belirlenmiştir.
3.2.3 Metilen Kırmızısını Oksidasyon ile Arıtma Yöntemi
Çalışmada Adsorpsiyon için kullanılan pomza ve Fe/pomza tozları kullanılmıştır.
Oksidasyon çalışmaları Deneyler 50 mg/L metilen kırmızısı (MR) konsantrasyonu, 200 rpm çalkalama hızı ve 120 dak. oksidasyon süresinde yapılmıştır. Pomza konsantrasyonunun oksidasyon prosesine etkisini araştırmak için 0,25-5 g/L aralığında farklı pomza konsantrasyonları kullanılmıştır. Çözelti pH değerinin oksidasyona etkisini belirlemek amacıyla pH 2, 3 ve 4 değerlerinde oksidasyon çalışmaları yürütülmüştür. Ayrıca H2O2 konsantrasyonunun MR oksidasyonuna etkisini araştırmak için 25 ve 50 mg/L H2O2 konsantrasyonlarında çalışmalar yapılmıştır. Belli zaman aralıklarında alınan numuneler 4000 rpm’de 15 dakika santrifüj yapıldıktan sonra üst faz UV-Vis spektrofotometrede ölçülerek MB konsantrasyonu belirlenmiştir.
3.2.4 Bitki Toksisitesi Belirleme Yöntemi
3.2.4.1 Bitki Toksisitesi Deneyinde Kullanılan Bitkinin Özellikleri
Bitkilerde ağır metal toleransı fizyolojik ve moleküler mekanizmalar tarafından belirlenmektedir. Hiperbiriktiriciler, metal ya da metalloidler gibi zehirli maddeleri yüksek miktarlarda alıp, normal büyümeleri ve çoğalmaları esnasında gövdelerinde tutabilirler. Aşağıda Şekil 3.2’de tipik bir kök yapısı görülmektedir.
ġekil 3.2: Bitki kök yapısı (Karaman ark., 2012).
Kökler, bitkileri toprağa bağlayan ve topraktan su ve mineral maddelerin alımını sağlayan temel organdır. Toprak bulunan kök ve yan köklerden ibaret kök sisteminin yüzeyi, toprak üstündeki gövde ve yan dalların yüzey toplamına eşit veya daha fazladır. Kökler ayrıca çıkarmış oldukları çeşitli salgılar ile dolaylı etkilere de sahiptir.
17 Kök sisteminin toprakta geniş dağılım göstermesi su ve mineral madde absorpsiyonu için ve en yüksek absorpsiyon yüzey alanı oluşması fitoremediasyon yöntemi için önemli bir etkendir. Toprağın tekstürü ve strüktürel yapısı topraktaki su ve hava hareketi, bitki köklerinin toprak içerisindeki dağılımı, bitki besin maddelerinin alınabilirliği ve mikrobiyal aktivite gibi bitki büyümesi ve kök gelişimi için dikkate değer faktörlerdir. Bitki köklerince besin elementi alımı, besin elementlerinin kök etki alanına taşınması ve kök yüzeyine alınması daha sonra iyonlarının kök içine girişi ve kök içine giren besin iyonlarının iletim demetlerinde gerekli yerlere taşınımı olarak özetlenebilir (Karaman ve diğ., 2012).
Çalışmada kullanılan Roka (Eruca sativa L.) bitkisi Şekil 3.3’de görülmektedir.
Güncan (1979)’a göre roka doğal olarak ve kültüre alınarak bahçelerde, seralarda, tarlalarda yetiştirilmektedir. Roka toprak yapısına göre 15-20 cm derinliğe kadar ulaşan saçak kökler kuvvetli olmayan kök yapısına sahiptir. Rokada gövde rozet şeklindedir. Sebze olarak değerlendirilen yapraklar toprak seviyesindeki rozet gövdeden çıkarlar. Roka yaprakları sebze olarak değerlendirildiği için bitkinin düzgün ve albenisi olan bir yapısına sahip olması gerekir. Yaprakların şekil ve rengi iklim koşullarına bağlı olarak değişir.
ġekil 3.3: Denemede kullanılan Roka bitkisi (Eruca sativa L.).
3.2.4.2 Bitki deneyleri
Deneme 3 Aralık 2014 tarihinde Ti ve Zn uygulamaları yapılarak başlatılmıştır.
Uygulamadan sonra 30 gün inkubasyona bırakılmıştır (Şekil 3.4). 3 Ocak 2015 tarihinde ekim yapılarak Namık Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü Laboratuarlarında “Şansa Bağlı Tam Bloklar” deneme desenine göre 3 tekerrürlü olarak yapılmıştır. Denemede; 1 çeşit sebze(roka) × 5 doz Titanyum (TiO2) × 5 doz Çinko (ZnO) (50, 100, 200, 400, 600 ppm) × 3 tekerrür + 3 kontrol: toplam 78 saksı yer almıştır. Denemede Titanyum ve Çinko uygulamalarının yapılmadığı kontrol saksıları da 3 tekerrür olarak oluşturulmuştur. Bu çalışmada; bitki materyali olarak Roka (Eruca sativa L.) kullanılmıştır. Çimlenmeden sonra her saksı da üç adet bitki kalacak şekilde seyreltme yapılmıştır. Ekim yapılmadan önce bitkiler için gerekli olan N, P ve K ihtiyaçları toprakta bulunan elverişli miktarları dikkate alınarak azot kaynağı olarak üre, fosfor kaynağı olarak ise triple süperfosfat gübresi ve potasyum kaynağı olarak ise gerektiğinde potasayum sülfat gübreleri saksılara ekimle birlikte toprağa uygulanmıştır.
Bitkiler yetiştirilme periyodu olan 60 günden sonra hasat edilmiştir. Zaman kaybetmeden bitki boyu (cm), bitki çapı (cm), yaprak uzunluğu (cm), yaprak genişliği
18 (cm), kök uzunluğu (cm) kumpas ile, bitki ağırlığı (gr) hassas terazi ile ve yaprak sayısı (adet) olarak ölçümleri yapılmıştır.
ġekil 3.4: Deneme sırasında Roka (Eruca sativa L.) bitkisinin farklı gelişim görüntüleri.
