YILDIZ TEKN İK ÜN İVERS İTES İ FEN B İLİMLER İ ENST İTÜSÜ SUCUL ORTAMLARDA DO ĞAL G İDER İM YÖNTEMLER İ İLE METALLERDEK İ DE ĞİŞİ KL İĞİ N ARA ŞTIRILMASI Biyolog Zehra ŞAPÇI ZENG İN FBE Çevre Mühendisli ği Anabilim Dalı Çevre Mühendisli ği Programında Hazırlanan DOKTORA TEZ İ Tez Savunma Tarihi : 17 Eylül 2008 Tez Danı şmanı : Prof. Dr. E. Beyza ÜSTÜN (YTÜ) Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Ay şen ERD İNÇLER (BÜ) : Prof. Dr. BAHAR İNCE (BÜ) : Prof. Dr. M. Talha GÖNÜLLÜ (YTÜ) : Yrd. Doç. Dr. Süleyman ŞAKAR (YTÜ) i İSTANBUL, 2008 İÇİNDEK İLER Sayfa KISALTMA L İSTES İ........................................................................................................... vi ŞEK İL L İSTES İ................................................................................................................... vii ÇİZELGE L İSTES İ ............................................................................................................ xiii İLİŞ Kİ L İSTES İ .................................................................................................................. xv ÖZET ................................................................................................................................. xvi ABSTRACT ...................................................................................................................... xvii 1. GİRİŞ .................................................................................................................. 1 1.1 Çalı şmanın Amacı ................................................................................................ 1 1.2 Çalı şmanın Kapsamı............................................................................................. 2 2. KAYNAK ÖZETLER İ ........................................................................................ 4 2.1 İz Elementler ........................................................................................................ 4 2.1.1 Metalik İz Elementler (A ğır Metaller)................................................................... 5 2.1.1.1 Ara ştırmada İncelenen Metalik İz Elementler ....................................................... 6 2.1.1.1.1 Demir (Fe)............................................................................................................ 6 2.1.1.1.2 Bakır (Cu) ............................................................................................................ 8 2.1.1.1.3 Çinko (Zn).......................................................................................................... 10 2.1.1.1.4 Mangan (Mn) ..................................................................................................... 12 2.1.1.1.5 Krom (Cr)........................................................................................................... 13 2.1.1.1.6 Nikel (Ni)........................................................................................................... 14 2.1.1.2 Ara ştırmada İncelenen Metal Olmayan İz Elementler ......................................... 16 2.1.1.2.1 Magnezyum (Mg)............................................................................................... 16 2.1.1.2.2 Kalsiyum (Ca) .................................................................................................... 17 2.1.2 Metalik İz Elementlerin Sa ğlı ğa Etkileri ............................................................. 18 2.2 Bitki ile Giderim (Fitoremediasyon) ................................................................... 22 2.2.1 Temel Bitki Fizyolojisi ....................................................................................... 23 2.2.2 Fitoremediasyon mekanizmaları ......................................................................... 26 2.2.2.1 Fitostabilizasyon (Phytostabilization) ................................................................. 28 2.2.2.2 Fitoakümülasyon (Phytoaccumulation veya Phytoextraction) ............................. 29 2.2.2.3 Fitodegredasyon (Phytodegradation)................................................................... 31 2.2.2.4 Fitovolatilizasyon (Phytovolatilisation)............................................................... 33 2.2.2.5 Rizodegredasyon (Rhizodegradation) ................................................................. 34 2.2.2.6 Evapotranspirasyon ............................................................................................ 35 2.2.3 Fitoremediasyon Tekni ğinin Di ğer Arıtma Yöntemleri ile Kıyaslanması ............ 35 2.3 Küçükçekmece Gölü ve Havzası......................................................................... 37 2.3.1 Genel Bilgi ......................................................................................................... 37 2.3.2 Nüfus Geli şimi ................................................................................................... 42 2.3.3 Fiziki Yapı.......................................................................................................... 43 2.3.3.1 Topo ğrafik ve Morfolojik Yapı........................................................................... 43 2.3.3.2 İklim Şartları ...................................................................................................... 44 2.3.3.3 Su ve Sediment Kalitesi...................................................................................... 47 ii 3. MATERYAL VE METOT ................................................................................ 49 3.1 Deneysel Çalı şmada Kullanılacak Bitkilerin Seçimi ve Deneye Hazırlanması..... 49 3.1.1 Seçilen Bitkilerin Özellikleri............................................................................... 50 3.1.1.1 Echinodorus amazonicus .................................................................................... 50 3.1.1.2 Crinum thaianum ................................................................................................ 51 3.1.1.3 Anubia congensis ................................................................................................ 52 3.1.1.4 Cryptocoryne undulata ....................................................................................... 53 3.1.1.5 Myriophyllum verticillatum Linnaeus ................................................................. 54 3.1.2 Bitkilerin Laboratuar Ortamında Adaptasyonu.................................................... 55 3.2 Denemeler için Sediment Numunelerinin Do ğal Ortamdan Alınması ve Deneye Hazırlanması ...................................................................................................... 56 3.2.1 Sediment Numunelerinin Alınması ..................................................................... 56 3.2.2 Sediment Numunelerinin Element Özelliklerinin Belirlenmesi ........................... 57 3.3 Sentetik Besleme Suyunun Hazırlanması............................................................ 60 3.4 Deney Düzene ğinin Hazırlanması....................................................................... 62 3.4.1 Reaktörlerin Hazırlanması .................................................................................. 62 3.4.2 Işık Düzene ğinin Hazırlanması ........................................................................... 65 3.4.3 Bitkilerin Uzunluk Ölçümü ve Reaktöre Yerle ştirilmesi ..................................... 65 3.5 Numunelerin Alımı ve Analizi............................................................................ 65 3.5.1 Numunelerin Alımı............................................................................................. 65 3.5.1.1 Su, Sediment Arası Bo şluk suyu ve Sediment Numunelerinin Alımı................... 66 3.5.1.2 Bitki Örneklerinin Alımı ve Hazırlanması........................................................... 66 3.5.2 Analiz Yöntemi.................................................................................................. 66 3.5.2.1 Su, Sediment Arası Bo şluk Suyu ve Sediment Numunelerinin Analizi................ 66 3.5.2.2 Bitki Numunelerinin Analizi............................................................................... 68 4. DENEY SONUÇLARI VE DE ĞERLEND İRME ............................................. 70 4.1 Echinodorus amazonicus ile Yapılan Deneme .................................................... 74 4.1.1 Reaktör Suyundaki Kimyasal Değişiklikler......................................................... 74 4.1.2 Reaktörde Su, Sediment Arası Boşluk Suyu ve Sediment Yapıda Metal Değişimleri......................................................................................................... 77 4.1.3 Deneme Sürecinde Bitkinin Metal Miktarlarındaki Değişimler........................... 89 4.1.3.1 Bitki Tarafından Alınan Elementler .................................................................... 90 4.1.3.2 Denemeler Sırasında Bitkide Olu şan Yeni Yapraklardaki Elementler ................. 94 4.1.3.3 Reaktörde Kontrol Dı şı Üreyen Bitkideki Elementler ......................................... 94 4.1.4 Deneme Sürecinde Bitkinin Fiziksel Değişiklikleri............................................. 95 4.2 Crinum thaianum ile Yapılan Deneme................................................................ 98 4.2.1 Reaktör Suyundaki Kimyasal Değişiklikler......................................................... 98 4.2.2 Reaktörde Su, Sediment Arası Bo şluk Suyu ve Sediment Yapıda Metal Değişimleri....................................................................................................... 101 4.2.3 Deneme Sürecinde Bitkinin Metal Miktarlarındaki