AĞIR METALLERİN GİDERİLME
YÖNTEMLERİ
PROF. DR. AYTEN NAMLI
ANKARA
TOPRAKTA KİRLETİCİLERİN DURUMU/KADERİ
Kirleticiler:
Ağır metaller, radyoaktif izotoplar, pestisitler, patlayıcılar, petrol atıkları
Prosesler:
Yıkanma,
Buharlaşma,
Bozulma,
Toprak yüzeyinde kalma,
Bitkilerce alım,
Kolloidlerce tutunma
Etkileri:
Birikim, yer altı ve
yerüstü sularında kirlilik,
gıda zincirine giriş
• Ağır metal kirliliğine uğrayan toprakların ıslahındaki
temel yaklaşımlar şunlardır;
1. Toprakların yerinden alınıp izin verilmiş belirli atık
depolama alanlarına taşınması.
2. Çimento ile katılaştırma.
3. Toprağın yıkanması.
4. Kirleticilerin fiziksel olarak ayrılması.
5. Eloktrokimyasal proseslerdir.
METALLERİN BİYOLOJİK AYRIŞMASI MÜMKÜNMÜ?
Mikroorganizmalar ağır metalleri
1. hareketsiz hale getirmek,
2. harekete geçirmek ve/veya
3. dönüştürmek suretiyle reaksiyona girerler.
Metallerin durumunu değiştirmede
mikroorganizmaların kullanıldığı mekanizmalar:
Mikroorganizmalar;
1. Mikrobiyal hücre dışındaki metalleri çökeltebilir.
Bazı canlı mikroorganizmalar metal iyonları
ile kimyasal reaksiyonlara girip çözülmez metal
bileşikleri oluşturan bir takım maddeler üretir ve
salgılarlar.
Mikroorganizmalar;
2.
Mikrobiyal hücrenin koruyucu kaplamasının
dışına metalleri bağlar ve birleştirebilirler.
2. Biyolojik Yollarla Metallerin Bağlanması ve
Birleştirilmesi ve Hareketsiz Kılınması
Mikroorganizmalar metalleri pasif olarak
tutmaya yarayacak yüksek yüzey/hacim oranına
sahiptirler.
Bakteriler metalleri tutmakta kil
minerallerinden daha etkili görünmektedir
metal iyonlarının
büyük miktarları alg hücresi
tarafından da tutulabilmektedir
Mikroorganizmalar;
3.
Mikrobiyal hücre içindeki metalleri biriktirebilir
veya
Oksidasyon, redüksiyon, metilleme veya dimetilleme
yoluyla metalleri dönüştürebilirler
•
•
•
•
Toprakların ağır metallerle kirlenmesinin
önlenmesi amacıyla günümüzde birçok kontrol
yaklaşımı kullanılmaktadır. Bu yaklaşımlardan en
yaygın olarak kullanılanları;
Kirleticiye müdahalede bulunmayarak, kirlenmiş
alanın kullanımını yasaklamak,
Kirleticiyi bölge içerisinde immobilize etmek ve
bölgeyi kontrol altına almak,
Kirlenmiş toprağı nihai bertaraf sahasına taşıyarak
depolamak,
Toprağı yerinde (in-situ) veya bölge dışında (exsitu) arıtmak şeklindedir.
• Ağır metal kirliliğine uğrayan toprakların
ıslahındaki temel yaklaşımlar şunlardır;
1. Toprakların yerinden alınıp izin verilmiş belirli atık
depolama alanlarına taşınması.
2. Çimento ile katılaştırma.
3. Toprağın yıkanması.
4. Kirleticilerin fiziksel olarak ayrılması.
5. Eloktrokimyasal prosesler.
6. Fitoremidasyon.
Kirlenmiş toprakların arıtımı amacıyla kullanılan teknolojiler,
kirlenmiş bölgenin boyutuna bağlı olarak arazi içinde ve
arazi dışında olmak üzere ikiye ayrılır.
1. Arazi içinde uygulanan arıtım teknolojileri;
toprak yıkama,
toprak buhar ekstraksiyonu,
ısıyla arıtım,
biyolojik arıtım gibi çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilir.
1. Arazi dışında ise uygulanan arıtım teknolojileri;
toprak yıkama,
kimyasal ekstraksiyon,
piroliz,
ısıl desorpsiyon,
kompostlaştırma gibi çeşitli yöntemlerle özel tesislerde arıtılır
veya kontrolü yapılır.
AĞIR METAL GİDERİM MEKANİZMALARI
• İzolasyon ve immobilizasyon teknolojileri, topraktaki
kirleticilerin hareketlerinin minimize edilmesi, atığın
toprak içerisindeki geçirgenliğinin 1.10-7 m/s’nin altına
indirilmesi ve atığın dayanımının arttırılması için
uygulanmaktadırlar.
• Çelik, çimento, bentonit ve harç duvarlardan yapılan
fiziksel bariyerler kirlenmiş bölgenin üzerini kaplamak
ve kirleticinin toprak profilinde yatay ve düşey yöndeki
hareketini sınırlamak için yaygın şekilde kullanılırlar.
• Bu bariyerlerin dizaynında, kirletici taşınım proseslerini
engellemek üzere düşük hidrolik iletkenliğin sağlanması
esastır.
• Solidifikasyon/ stabilizasyon (S/S) teknolojileri ise
fiziksel bariyerler gibi kirlenmiş arazinin değil
kirleticinin tutulmasını sağlarlar.
• S/S teknolojilerinde, kimyasal madde ilavesine dayanan
uygulamalar ve termal bazlı teknolojiler olmak üzere iki
tür yaklaşım mevcuttur.
• Kimyasal madde ilavesine dayanan S/S teknolojileri
kirleticilerin toprağa eklenen bağlayıcı bir katı matriks
içinde enkapsüle olmasını ve kirleticinin mobilitesini
azaltan kimyasal reaksiyonları içerir.
S/S uygulamaları,
• kazılan toprağın organik veya inorganik bağlayıcı
maddelerle belirli oranlarda karıştırılması (ex situ) veya
• kirlenmiş arazide açılan kuyulara suda çözünmüş haldeki
bağlayıcının basınçlı olarak pompalanması şeklinde
olmaktadır
• Toprağın yerinde arıtımı maliyet açısından
tercih edilirken, toprağın bağlayıcı
malzemelerle karıştırılmasında karşılaşılan
problemler toprağın kazılarak arıtılması
uygulamalarını daha yaygın hale getirmiştir.
• Küçük ölçekli pilot tesisler günde 100 ton kirli
toprağı arıtabilirken, daha büyük tesisler
günde 500-1000 ton toprağı stabilize
edebilmektedir
• Termal enerjiye dayalı bir S/S teknolojisi olan
vitrifikasyon, kirlenmiş toprakların ısıtılıp eritilmesi
için elektrik enerjisinin kullanıldığı bir yöntemdir.
• Büyük elektrodların toprağa yerleştirilmesiyle yakılıp
eritilen toprak, soğuduğunda sert, monolitik,
kimyasal olarak inert ve cam benzeri bir materyale
dönüşmektedir.
Bu uygulamayla
• organik kirleticiler tamamen yok edilmekte,
• inorganik maddeler ise düşük sızma özelliği gösteren
camsı materyal içinde tutulmaktadır.
Vitrifikasyon:
toprağın ısıtılıp eritilmesi
• Yaygın kullanımı olmayan vitrifikasyon teknolojileri
ile ilgili deneyimler bu yöntemin ağırlıkça %10’u
aşan oranda organik kirletici içeren bölgeler için
uygun olmadığı yönündedir.
• Ayrıca topraktaki metal içeriğinin %25’i (ağırlıkça)
geçtiği, inorganik kirletici içeriğinin %20’yi
(hacimce) geçtiği bölgelerde de yöntem
önerilmemektedir.
• Yapılan bir laboratuar çalışmasında kromla yapay
olarak kirletilmiş bir toprağı vitrifiye etmek üzere
mikrodalga enerjisi kullanılmış ve 60 dakikalık bir
mikro dalga uygulamasıyla kirli toprakların
%90’ından fazlasının vitrifiye olarak camsı materyale
dönüşebildiği tespit edilmiştir
Toprak Yıkama Teknolojileri
Toprak kirliliği kontrolü ve giderimi için
uygulanan yöntemlerden biri olan toprak
yıkama teknolojileri,
• arazi içinde toprak yıkama (soil flushing),
• arazi dışında toprak yıkama (soil washing) ve
• çözücülerle yıkama olarak sınıflandırılabilir.
• Arazi içi Basınçlı yıkama
• Arazi içi basınçla yıkamanın amacı, yıkama solüsyonlarının
zemin içerisine pompalanmasıyla toprak üzerinde ve
gözeneklerde bulunan kirleticinin taşınabilirliliğini artırmak
ve tekrar ileri bir noktadan ekstraksiyon kuyusundan arazi
dışına arıtılmak üzere almaktır.
• Arazi içi basınçlı yıkama yöntemi, kaynakta kirleticilerin
çözünürlülüğünü
ve
taşınabilirliğini
artırmaya
dayandığından, toprak ve yeraltı su seviyesi (YAS)
iyileştirmesinde hızlı ve etkili bir yöntem olarak kabul
edilmektedir.
• Yöntem çoğunlukla yeraltı sularında yavaş eriyen ve
toprakta kalan yoğun susuz faz sıvıları (DNAPL) gibi
çözünürlülüğü
düşük
kimyasalların
giderilmesinde
kullanılmaktadır
•
•
•
•
•
•
•
•
Arazi dışında toprak yıkama
Kirlenmiş toprağın arazi dışında yıkama işleminde birinci basamak
kazılmış toprağın hazırlanmasıdır.
Bir sonraki basamak toprak yıkama işlemidir.
Tipik olarak toprak yıkama; karıştırmayı, yıkamayı, durulamayı ve
madde ayırımı basamaklarından ibarettir.
Karıştırma esnasında yıkama sıvısı (su, yüzey aktif madde v.s)
ölçülen oranda toprağa verilir.
Karıştırma işlemi ile kirleticilerin yıkama solüsyonlarında erimesi
veya solüsyona karışması sağlanır.
Uygun temas zamanından sonra işlenen toprak, yıkama suyundan
ayrılır.
Son basamakta kalan küçük taneli toprak (kum, kil) ve kirli su
karışımı işlenir .
Toprak yıkama için hedef kirletici grupları, yarı uçucu organik
bileşikler, mazotlar ve ağır metallerdir. Ayrıca, seçilen uçucu
organik bileşiklerde ve pestisitlerde de kullanılabilir.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Çözücü ekstraksiyon yöntemi ile yıkama
Kirleticilerin topraktan ekstraksiyonu işleminde ekstraksiyon sıvısı olarak asit yerine
organik çözücü kullanılması durumunda işleme çözücü ekstraksiyonu denilir.
Çözücü ekstraksiyonu, kirletici özelliğine uygun bir çözücüyü kullanarak kirleticiyi
toprak bileşenlerinden ayırmak ve gidermek amacıyla uygulanır.
Giderim veriminin yüksek olabilmesi için çözücü ekstraksiyonu kirletici için yüksek
çözücülüğe ve atık matrisinde düşük çözücülüğe sahip olması gerekir.
Genellikle çözücüler, sıvılaştırılmış gaz (propan, bütan), karbon dioksit sıvısı,
trietilamin veya propilen içerir.
Çözücü, kirleticilerin çözücüye iletimini sağlamak için kirletilmiş toprak ile iyice
karıştırılır.
Temiz toprak ve çözücü daha sonra, yoğunluk boşaltma veya santrifüjleşme gibi
fiziksel metotlarla ayrılır. Damıtma ekstraksiyon işlemi gibi işlemlerle geri dönen
çözücünün rejenerasyonuyla tekrar kullanımı sağlanır
Çözücü ekstraksiyonunda asit çözücü veya organik çözücü kullanılır.
Asit ekstraksiyonunda ağır metal kirleticileri araziden gidermek için hidroklorik asit
kullanır.
Bu işlemde, toprağın iri parçalarını ayırmak için önce eleme işlemi uygulanır. Sonra
hidroklorik asit, ekstraksiyon birimi ile toprağa verilir. Birimde kalma zamanı, toprak
tipine, kirleticilere ve kirletici konsantrasyonlarına bağlı olarak genellikle (10-40)
dakika arasında değişir.
KİRLENMİŞ ARAZİDE UYGULANAN TOPRAK YIKAMA YÖNTEMİ
KİRLENMİŞ ARAZİNİN KAZILMASINDAN SONRA
UYGULANAN TOPRAK YIKAMA YÖNTEMİ
Metalurjik yöntem: metallerin yüksek sıcaklıkta (200-700)
buharlaşması ve geri kazanımı (Hg)
Elektrokinetik yöntemler: Toprağa yerleştirilen elektrodlar
arasına düşük yoğunluklu doğru akım uygulanması
• Kirlenmiş bir zemine doğru akım (DC) elektrik alanı
uygulandığında, yüklü iyonlarda bir hareket meydana gelir. Bu
hareket negatif yüklü kirleticiler için anoda, pozitif yüklü
kirleticiler için katoda doğrudur.
• Elektroda ulaşan kirleticiler elektrod yakınındaki suyun yüzeye
pompalanmasıyla yada iyon değiştirici reçineler aracılığıyla
sistemden uzaklaştırılmaktadır.
• İnce taneli, geçirgen topraklarda etkili
Elektrokinetik yöntemle
• Elektroliz nedeniyle zeminin pH değeri katot bölgesinde
12’ye çıkarken anot bölgesinde 2’ye kadar düşmektedir.
• Bu durumda kirletici hareketi, katot bölgesinde çökelme
reaksiyonlarıyla engellenirken, anot bölgesindeki
desorbsiyon ve çözünme reaksiyonları ile hızlanmaktadır.
• Bu gibi durumlarda yöntemin verimliliğini arttırmak
amacıyla zemine asetik asit, sitrik asit gibi asidik
çözeltiler veya etilendiamin tetra asetik asit (EDTA) gibi
kompleksleştirici maddeler eklenmektedir.
• Elektrokinetik teknolojiler, ince tanecikli ve yüksek
derecede geçirgen topraklardaki kirleticilerin
ekstraksiyonunda oldukça etkilidir.
ELEKTROKİNETİK YÖNTEMLE TOPRAKTAN METAL GİDERİMİ
Elektrodlara ulaşan kirleticiler elektroda
1. elektro-kaplama veya çökeltim prosesi uygulanmasıyla,
2. elektrod yakınındaki suyun yüzeye pompalanmasıyla veya
3. iyon değiştirici reçineler yardımıyla bölgeden
uzaklaştırılabilmektedir.
•
•
•
Yöntemin en büyük avantajı, hem toprağın yerinde arıtımında
(in-situ) hem de toprağın kazılmasından sonra uygulanmasında
(ex-situ) düşük maliyetli bir proses olma potansiyelidir.
Ancak,
toprak kütlesi içinde iletken bir gözenek sıvısının bulunması
gerekliliği uygulamaya arazi özelliklerine bağlı sınırlamalar
getirmektedir.
Ayrıca,
kirlenmiş yörede bulunan büyük metal objeler, kayalar,
oluşumlar, molozlar ve diğer engeller giderim verimini
düşürmektedir.
• Nilüfer Organize Sanayi Bölgesi’nde Türkiye’nin ilk ağır
metal atıklarının ayrıştırıldığı ‘Endüstriyel Atık Su
Arıtma Tesisi’ bulunmaktadır.
• İZAYDAŞ
İZAYDAŞ
Toprak iyileştirme ölçümlerinin fiyatlandırılması
İyileştirme yöntemi
Fiyat
$/ton
İlave yöntem
Termal yöntemler
75-425
Toprağı sürme ve
izleme
Kazıma
100-500
Taşıma, arazi
doldurma ve izleme
Kimyasal yöntemler
100-500
Kimyasalların geri
dönüştürülmesi ve
izleme
Fitoremidasyon
5-40
Biyogaz üretimi,
biyokütle atıklarının
yok edilmesi ve izleme
Fitoremidasyonun 2005 yılında Amerika pazarı: 200.000.000 $
FİTOREMİDASYON
FİTOREMİDASYON: YENİ VE UMUT VERİCİ TEKNOLOJİ
Alternatif yöntemler:
• Toprağı kazıma ve doldurma
• Yıkama
• Kimyasal immobilizasyon
• Kimyasal ekstraksiyon
Avantajları
• Düşük teknolojik metot
• Toprak matriksinin değişmemesi
• Kabul görmesi
• Ucuz
Dezavantajları
* Bitkiye özel toprak istekleri
* Bitkinin alım kapasitesi
* Zaman
Potansiyel Çözümler:
• Süper toplayıcı (hyperaccumulator) bitki kullanma
• Yüksek biyokütleli bitki ve şelat kullanma
• Genetiği değiştirilmiş organizma (GDO) kullanma
Hiperakümülatör Bitki Nedir?
• Normal bitkilerde ölçülenden 100 kat daha
fazla metal biriktirme kabiliyetine sahip
bitkilerdir.
• Hiperakümülatör bir bitki 10 ppm’ den fazla
Hg, 100 ppm’ den fazla Cd, 1000 ppm’ den
fazla Co, Cr, Cu ve Pb ve 10000 ppm’ den fazla
Ni ve Zn’ yu bünyesine alabilmektedir.
Hiperakümülatör Bitki Nedir?
• En çok tanınan hiperakümülatör bitki Thlaspi
caerulescens (Alpine pennycress) dir.
• Birçok bitki 100 ppm Zn biriktirmesi
durumunda toksiklik semptomları gösterirken
bu tür, herhangi bir hasar olmaksızın 26.000
ppm’ e kadar Zn’ yu bünyesine alabilmektedir.
Metal toplayıcı bitkiler:
• Thlaspi caerulescens
• Armeria maritima
• Festuca aquis granensis
• Minuartia verna
•
Silene vulgaris
Özellikleri:
• Metale karşı yüksek tolerans
• Hasat kısmında yüksek metal birikimi
• Düşük biyokütle
• Yavaş büyüme
Genel olarak kök ve sürgünlerde metal deseni
• Bitkisel buharlaşma/Phytovolatilization:
organikler, metaller
• Bitkisel bozulma/Phytodegradation:
organikler
• Birikme/Accumulation:
organikler, metaller
• Bitkisel ekstraksiyon/Phytoextraction:
organikler, metaller
• Bitkisel stabilizasyon/Phytostabilization:
organikler, metaller
Fitoremidasyon
Mekanizmaları
PhytodegradationBitki kökleriyle Parçalama
Tanım:
•Bitkinin metabolik prosesleri
aracılığı ile kirleticilerin
parçalanması
•Organik kirleticiler için geçerli
•Buharlaşma
(Pyhtovolatilization) yöntemi
ile birlikte işleyebilir.
PhytodegradationBitki kökleriyle Parçalama
Kullanım Alanları: Toprak, sediment, çamur, yer altı suları.
Hedef Kirleticiler:
Organikler: Klorinli bileşikler, herbisitler, insektisitler, fenoller.
• 88 bitki çeşidinin 70 adet organik kirleticiyi bünyesine alıp biriktirdiği
belirlenmiştir
İnorganikler: sadece besin elementleri özellikle nitrat.
Bitkinin bünyesine alımında kirleticinin
• Hidrofobik,
• Çözünebilirlik
• Polar özellikleri önemlidir.
AVANTAJLARI:
• Bitki tarafından salınan enzimler aracılığıyla gerçekleşen kirletici parçalanması
m.organizma hareketinden bağımsız olarak gerçekleşebilir.
• Biyolojik parçalanmanın olmadığı koşullarda da phytodegradation
gerçekleşebilir.
DEZAVANTAJLARI
• Toksik ara bileşenler oluşabilir.
• Metabolitlerin belirlenmesi güç olabilir.
Phytoextraction
Bitkisel Ekstraksiyon
Tanım: Kirleticinin
bitki kökleri tarafından
alınıp bitkiye taşınımı.
Kirleticiler genellikle
bitkinin hasatı ile
uzaklaştırılır.
Phytoextraction
Bitkisel Ekstraksiyon
• Fitoekstraksiyon oluşumu için metallerin kökten sürgünlere taşınması
gerekir.
• Metal içeren bitki özsuyunun kökten sürgünlere hareketi iki proses
tarafından kontrol edilmektedir, Bunlar:
• Kök basıncı ve yapraktaki terleme (transpirasyon)’ dir.
Kullanım Alanları: Ağır metal kirliliği olan toprak, sediment, çamur, sularda çok
yaygın değildir.
Hedef Kirleticiler: Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Zn, Pb, As, Se ve B.
• Organiklerde çalışma yok.
Uygun Bitkiler: Brassicaceae, Asteraceae, Lamicaeae, Euphorbiaecae
AVANTAJLARI
• Ekstrakte edilen kirletici metal kaynağı olarak kullanılabilir (Se).
DEZAVANTAJLARI
• Metal toplayan bitkiler daha yavaş büyürler.
• Metal toplanan bitkilerin uzaklaştırılma sorunları
• Metaller bitkiye fitotoksik etki yapabilir.
• Tarla koşullarında çalışmayabilir.
• Bitkinin metali alımını kolaylaştırıcı olarak ortam pH’sı ayarlanabilir
Rhizodegradation
Kök parçalaması
Tanım:
•Bitki kökleri tarafından mikrobiyal
aktivitenin artırılması ve organik
kirleticilerin parçalanması
•Bitki yardımıyla organiklerin
parçalanması
Rhizodegradation
Kök parçalaması
Kullanım Alanları: Organik kirlilik olan toprak, sediment, çamur.
Hedef Kirleticiler:
• Toplam petrol hidrokarbonları (TPH), PAH, BTEX, Pestisitler, Klorlu çözücüler, PCP, PCBs.
• Rizosfer bölgesinde bitki kökleri aracılığıyla salınan amino asit, organik asit , yağ asitleri, enzimler vs
aracılığıyla toprakta organikler parçalanırlar.
• Rizosfer ayrıca aktif mikrobiyal parçalanmayı uyarıcı yönde yüzey alanını genişletir.
• Bitki kökleri toprağı havalandırarak ve toprak nemini ayarlayarak da uygun toprak koşullarını sağlar.
AVANTAJLARI
• Kirleticinin yerinde parçalanması
• Kirleticinin bitkiye/atmosfere taşınımı diğer fitoremidasyon tekniklerinden düşük.
• Daha ekonomik
DEZAVANTAJLARI
• Yoğun bitki kök gelişimi için çok zaman gerekebilir.
• Toprak fiziksel koşulları kök derinliğini sınırlayabilir.
• Başlangıçta rizosferde daha fazla parçalanma oranı olurken, ilerleyen zamanda rizosfer dışı bölgeyle
parçalanma oranı benzer.
• Besin elementlerine mikrobiyal rekabetten dolayı ek gübreleme gerekebilir.
• Kök salgılarıyla parçalanmada rol almayan diğer mik.org da uyarılabilir.
• Bitkinin içerdiği organik maddeyi de mik.org. karbon kaynağı olarak kullanır buda hedef organik
kirleticinin biyolojik parçalanma oranını azaltır.
Phytovolatilization
Buharlaştırma
Tanım:
Bitki tarafından
buharlaşabilen kirleticilerin
alımı, atmosfere taşınımı.
Phytovolatilization
Buharlaştırma
Kullanım Alanları: Başlıca yeraltı sularında uygulanır, toprak,
sediment de uygulamalar sınırlı.
Hedef Kirleticiler:
• Organikler: Klorlu çözücüler (TCE)
• İnorganikler: Se, Hg ve As.
AVANTAJLARI:
• Kjirleticiler daha az toksik formlara dönüşebilir (elementel
civa, dimetil selenit gazı).
DEZAVANTAJLARI
• Kirleticiler/metabolitler atmosfere salınır.
• Kirleticiler/metabolitler bitkinin dokularında/meyvelerinde
birikebilirler
Hidrolik Kontrol
Tanım:
Bitki aracılığıyla
yeraltı suyu
kirleticilerinin
taşınımını kontrol
etmek ve
uzaklaştırmak.
Hidrolik Kontrol
Kullanım Alanları: Yeraltı suyu, yüzey suları ve toprak çözeltisi.
Hedef Kirleticiler: Bitkiye fitotoksik etki yapmıyacak konsantrasyonda suda
çözünebilir organikler ve inorganikler
Kullanılan Bitkiler: Kavak ağacı en çok kullanılan tür. 5 yaşında kavak ağacı günde
100-200 l suyu transfer edebilir.
AVANTAJLARI:
• Sistemi kurmak için mühendislik çalışmasına gerek duyulmaz.
• Düşük maliyet
• Pompalama kuyusu kullanmaktansa kökler aracılığıyla kirletici emilimi daha
fazladır.
DEZAVANTAJLARI:
• Bitki tarafından suyun alımı iklim koşulları ve mevsimsel değişimlerden çabuk
etkilenebilir.
• Su alım oranı sabit değildir.
• Yeraltı suyu arıtımında kök derinliği sınırlayıcı faktördür.
Fitoremidasyon Mekanizmaları
Fitoremidasyon Mekanizmaları
Mekanizma
İşlem
Hedef Kirletici
Etkili Bitki
Mevcut Durum
Fitoekstraksiyon
(Phytoextraction)
Kirletici ekstrakte edilip
tutulur
Metaller: Ag, Cd,Co, Cr,
Hg, Mn, Ni, Pb, Zn,
Sr, Cs
Hardal, kavak, ayçiçeği,
tere,
Lab. ve tarla
uygulamaları
Kökte tutma
(Rhizofiltration)
Kirletici ekstrakte edilip
tutulur
Metaller, radyonükleitler
Su sümbül, ayçiçeği,
hardal
Lab. ve pilot çalışma
Sabitleme
(Phytostabilization)
Kirletici kontrol altına alınır
As, Cd, Cr, Cu, Pb, Zn
Hardal, melez kavak, çim
Tarla uygulamaları
Kökte parçalama
(Rhizodegradation)
Kirletici parçalanır
Organikler: TPH, PAHs,
PCBs, pestisit
Kırmızı dut, çim, kavak,
pirinç
Tarla uygulamaları
Bitkisel parçalama
(Phytodegradation)
Kirletici parçalanır
Organikler, klorlu
çözücüler, fenol,
herbisit
Söğüt, tüysüz selvi, kavak
Tarla uygulamaları
Buharlaşma
(Phytovolatilization)
Kirleticinin ekstrakte edilip
havaya salınması
Klorlu çözücüler, bazı
inorganikler (Se, Hg,
As)
Kavak, yonca, akasya,
hardal
Lab ve tarla
uygulamaları
• Biyolojik yapısı geliştirilmiş bir
hiperakümülatör her yıl hektardan 500 kg çinko,
6-8 kg kadmiyum uzaklaştırabilmektedir.
•Hektarda bulunan 2000 kg çinko 20-30 kg
kadmiyuma karşılık gelmektedir.
•Pratikte bu olayın 4 yıl alacağı belirtilmektedir.
• Bu durum pennycressin her ikisini de (Zn ve
Cd) 16 yılda uzaklaştıracağı anlamına
gelmektedir.
FİTOREMİDASYONU HIZLANDIRICI
FAKTÖRLER
ŞELATÖRLER
Doğal:
• Doğal düşük molekül ağırlıklı organik asitler (sitrik, tartarik, oksalik asit)
• Humik ve Fulvik asit
Sentetik:
• EDTA:Etilendiamintetraasetik asit
• EGTA:Etilenglioltetraasetik asit
• DTPA: Dietilentriaminpentaasetik asit
• NTA: Nitrilotriasetik asit
TOPRAKTA AĞIR METALLERİN BİYOLOJİK
ALINABİLİRLİĞİNİ ARTIRIRLAR
Şelat Cd’un fitoekstraksiyonuna yardımcı olur (Schaffer et al 2006)
Thlaspi
Tütün
hasat
hasat
Şelat ilavesi
zaman
Sürgündeki metal
konsantrasyonu
zaman
Sürgün biyokütlesi
Doğal düşük molekül ağırlıklı organik asitlerin (DDMAOA) toprakta ağır
metallerin hareketliliği üzerine
Direk etkisi:
Asitleştirme
Çökeltme
Şelatlama
Rizosferde redoks reaksiyonu
Dolaylı etkisi
Mikrobiyal aktiviteler
Rizosferin fiziksel özellikleri
Kök büyüme dinamikleri
(DDMAOA veya EDTA içeren toprakta 3 hafta yetiştirilen tütün kuru ağırlığı
(Evangelou et al, 2006)
Tütün bitkisi tarafından Pb ve Cu’ın fitoekstraksiyonu üzerine
organik asit ilavesinin etkileri (Evangelou et al, 2006)
Tütün sürgünlerinin Cd konsantrasyonu üzerine
HUMİK ASİT’in etkisi (Evangelou et al, 2004)
Fitoremidasyon için transgenik bitki yetiştirme
6. Bitki yetiştirme
1. Prosesin
gözden geçirilmesi
4. Genlerin
dizaynı
2. Bakteri
3. Genlerin
klonlanması
5. Dönüştürme ve
Doku kültürü
Fitoremidasyon için transgenik bitki yetiştirme
• Hiperbiriktirici (hyperaccumulator)
genotiplerinin (genetik yapının) arzulanan
özelliklerinin genetik seleksiyon, bitki ıslahı, ve
genetik mühendislik yoluyla biraraya
getirilmesi bitkilerle çekimin (phytoextraction)
etkinliğinin artırılmasının diğer bir yolu olabilir.
Sonuçlar:
• “Phytoremedition” çevrenin tedavi edilmesi
amacıyla “yeşil” bir çözüm yolu olarak henüz
çekici değildir.
• Yeni teknolojinin gelişmesini işleten önemli
faktör maliyetidir.
• Ticari olgu olarak kullanılan olgun bir
teknolojiye kadar gerçek maiyetlerin elde
edilemeyecek olmasına rağmen bilim adamları
hem fikirlerdir ki; “Phytoremediation”
geleneksel teknolojilerle karşılaştırılan nakit
maliyetli bir yaklaşım tarzı olabilir.
• Tesirli “phytoremediation” için phytoremediate
edilebilen metalleri, aşırı biriktirme kabiliyeti yüksek
olması biyolojik kütle (biomass) den daha çok
önemlidir.
• Son zamanlarda “phtomining” ve metal çiftçiliği
(metal farming) terimleri “phytoextraction”
yöntemini ticari olarak kullanmayı tarif etmek
amacıyla kullanılmaktadır. Ekonomik şartlar; yalnızca
metal bulaşık çok pis ve düzensiz yerlerin
tedavisinden ziyade “phytomining” ile ilgili önemli
faktördür.
• Yeni aşırı metal biriktiricilerin (hyperaccummulator)
keşfi ve önemli aşırı biriktiricilerin ekonomik olarak
geliştirilmesi; “phytomining” ve / veya
“phytoextraction” için GELECEK VADETMEKTEDİR.
GMO ve tütün tarafından TNT’nin fitodegredasyonu (Schaffer et al, 2006)
Download

Toprak Yıkama Teknolojileri