Ağır metal katkılı petrol hidrokarbonları kirliliği olan toprakların nano/bio yöntemiyle arıtımı

İnorganik ve organik kirleticilerle kirlenmiş toprak ve yeraltısuları, günümüzün çözümü zor çevre problemlerinden biri olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu iki kirletici grubunun birbirinden farklı fiziksel ve kimyasal özellikleri sorunun çözümünü zorlaştırmaktadır. Ağır metal ve petrol hidrokarbonları ile kirlenmiş sahalar bu sorunun yaygın örneklerinden biridir. Kirleticilerin sahip olduğu farklı fiziksel ve kimyasal özellikler, bu tür sahaların arıtımında farklı ve yenilikçi yöntemler üzerinde çalışılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu tür ağır metal katkılı petrol hidrokarbonları kirliliği olan sahaların arıtımında, geleneksel yöntemlere göre daha verimli, düşük maliyetli ve çevre dostu yeni yöntemlerin geliştirilmesi ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Nano/bio yöntemi, sıfır değerlikli demir nano taneciklerinin (SDDN) biyolojik arıtım yaklaşımlarıyla beraber uygulandığı bir toprak arıtım yöntemidir. Son yıllarda SDDN ve biyolojik arıtımın beraber uygulanmasıyla özellikle halojenli organik kirleticilerin giderimi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Ancak ağır metal katkılı petrol hidrokarbonları kirliliği olan sahaların nano/bio yöntemi ile arıtımı ile ilgili az sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmanın amacı ağır metal katkılı petrol hidrokarbonları kirliliği olan toprakların nano/bio yöntemi kullanılarak arıtılabilirliğinin araştırılmasıdır. Nano/bio yöntemiyle SDDN tarafından ağır metalin etkili bir şekilde hareketsizleştirilmesi ve biyolojik arıtım süreçleriyle petrol hidrokarbonlarının parçalanması istenmektedir. Laboratuvar ölçekli çalışmalar iki ana aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada SDDN uygulamasıyla Pb, Ni, Cr ve Cd metalleri için en yüksek hareketsizleştirme performansları 24 tam faktöriyel tasarımla belirlenmiştir. Dört parametre (SDDN derişimi, sıcaklık, SDDN süspansiyonu pH değeri ve kirletici derişimi) tasarım faktörleri olarak kullanılmıştır. Toprak ağır metal fraksiyonları SDDN uygulamasından önce ve sonra analiz edilmiştir ve değişebilir ve karbonatlara bağlı fraksiyonlardaki yüzdesel azalma cevap değişkeni olarak kullanılmıştır. Sonuçlar her metal için SDDN'nin hareketsizleştirme performansının belirlenmesinde kullanılmıştır. Ağır metallerin hareketsizleşme verilerinin karşılaştırılması sonucunda deneylerin ikinci aşamasında kullanılmak üzere Pb seçilmiştir. Deneylerin ikinci aşamasında, Pb ve dizel ile kirletme işlemlerine tabi tutulmuş topraklara nano/bio yöntemi uygulanmıştır. Nano/bio yöntemi dört farklı biyolojik arıtım yaklaşımıyla (doğal azalma ile arıtım, iyileştirici müdahalelerle arıtım, özel mikroorganizma türleriyle arıtım ve iyileştirici müdahaleler+özel mikroorganizmalarla arıtım) uygulanmıştır. İyileştirici müdahalelerle arıtımda toprağa N ve P ilavesi yapılmıştır. Özel mikroorganizmalarla arıtımda toprağa aktif çamur ilavesi yapılmıştır. Arıtım performansı deney süresi boyunca (90 gün) toplam n-alkan (C10-C25) derişimleri üzerinden takip edilmiştir. SDDN uygulamasıyla, değişebilir ve karbonatlara bağlı fraksiyonların toplamı için elde edilen en yüksek azalma oranları Pb, Ni, Cr ve Cd için sırasıyla % 52,4, 43,8, 43,4 ve 28,1'dir. Pb, Ni ve Cr için istatistiksel olarak anlamlı modeller elde edilmiştir (R2 değerleri sırasıyla 0,87, 0,87 ve 0,58). Bu çalışmadaki deneysel koşullar altında; SDDN derişimi, SDDN süspansiyon pH değeri, SDDN derişimi – süspansiyon pH değeri ve süspansiyon pH değeri – kirletici derişimi faktörlerinin Pb'nin hareketsizleştirilmesi sürecinde etkili olduğu belirlenmiştir. Ni ve Cr için ise; SDDN derişimi, sıcaklık ve kirletici derişimi faktörlerinin anlamlı düzeyde etkileri tespit edilmiştir. Pb ve dizel içeren toprağa uygulanan nano/bio yöntemi dört farklı biyolojik arıtım yaklaşımıyla uygulanmıştır. Doğal azalma ile arıtım, iyileştirici müdahalelerle arıtım, özel mikroorganizma türleriyle arıtım ve iyileştirici müdahaleler+özel mikroorganizmalarla arıtım ile uygulanan nano/bio yönteminde 90 günde sırasıyla % 38,1, 69,3, 74,2 ve 91,1 toplam n-alkan giderimleri elde edilmiştir. Elde edilen bulgular, SDDN uygulamasının Pb ve dizel içeren toprak ortamını aktif çamur mikroorganizma popülasyonu için daha elverişli duruma getirdiğini göstermektedir. SDDN uygulaması, özellikle iyileştirici müdahaleler+özel mikroorganizmalarla arıtım ile uygulanan nano/bio yönteminde kurşunun toksik etkisini hafifleterek n-alkanların etkili bir şekilde giderimini sağlamıştır. Anahtar Kelimeler: Nano/bio yöntemi, Sıfır değerlikli demir nanotanecikleri, Biyolojik toprak arıtımı, Ağır metal, Petrol hidrokarbonları