ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ 21.12.2011 ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Yrd. Doç. Dr. Berna KIRIL MERT

Toprağın Tanımı ve Önemi Toprak “Doğal bir oluşum sürecinden sonra oluşan, içinde biyolojik, fiziksel ve kimyasal olayların meydana geldiği, belli özelliklere sahip üst litosfer tabakasıdır” şeklinde tanımlanmaktadır. Tüm canlılar yaşamlarının devamı için doğrudan veya dolaylı olarak toprağa bağımlıdırlar. Diğer bir deyişle, toprak tüm bitki köklerinin ve toprak içi hayvanlarının yaşantısını sürdürdüğü doğal bir mekan ve besinlerin sağlandığı doğal bir kaynaktır.

Toprak Kesiti Katı maddeler (organik ve inorganik madde) Toprak taneleri arasındaki boşluklar Bu boşluktaki su Aynı boşluktaki hava

Toprağın Oluşumu ve Yapısı Toprak devamlı olarak gelişen üç boyutlu yaşayan bir sistemdir. İçerisinde bitkilerin gelişimi için gerekli olan organik ve inorganik maddelerle, su ve havayı içerir. İnorganik Maddeler: Toprağın inorganik bölümünün (%40-80) kaynağını yeryüzüne çıkmış ve ayrıştırma faktörlerinin etkisine maruz kalmış kayaçlar (kireç taşları, granit, kum taşları ve sistler) oluşturur. Toprağın yapısına katılan bu inorganik maddeler iki şekilde bulunur. Bunlardan birincisi ana kayaçtan ayrıştıktan sonra değişikliğe uğramayanlar olup, bunlara Orijinal Mineraller denir. Örneğin, kuvartz minerali. İkinci tip mineraller ise ayrışma esnasında değişime uğrayarak orijinal yapı ve bileşimlerini kaybeden İkincil Minarallerdir. Örneğin, hematit, limonit, jibs, kil v.b. Toprağın inorganik bölümü, tane büyüklüğü 2 mm’den küçük ve büyük olmak üzere iki ana bölümde incelenir. Tane büyüklüğü 2 mm’den küçük topraklar, kaba kum (2-0,2 mm), ince kum (0,2-0,02 mm), mil veya silt (0,02-0,002 mm) ve kil (0,002 mm’den küçük) şeklinde; tane büyüklüğü 2 mm’den büyük olan topraklar ise ince çakıl (6-20 mm) iri çakıl (20-64 mm) şeklinde sınıflandırılabilirler.

Organik Maddeler: Toprağın organik maddelerinin oluşumuna bitki ve hayvanlar da katılır. Bazı organik maddeler, toprak içinde yaşayan hayvan ve bitkilerin ölü kısımlarından oluştuğu için toprakta iyi bir şekilde karışmış olarak bulunur. Buna karşılık organik maddelerin çoğu dal, yaprak, böcek gibi toprağın yüzünde birikir ve bunların bazı canlıların faaliyetinden sonra toprağın yapısına katılma olanağı doğar. Özellikle kurak bölgelerdeki ormanlarda, toprak yüzündeki organik maddeler kalın tabakalar oluşturacak şekilde birikir. Kök ve toprak organizmaları toprağın nispeten üst kısımlarında bulunduğu için, derine doğru inildikçe organik madde yönünden hızlı bir azalma görülür. Toprak yüzündeki döküntü kısmı, alt kısımlara doğru çeşitli seviyelerde parçalanmaya uğramıştır. Mikroorganizmalar tarafından ayrışmaya uğratılan, henüz ayrışması bitmemiş, siyah renkli amorf organik madde kalıntılarına humus denir. Genellikle toprak organik madde yönünden fakirdir. Organik maddeler, toprağı oluşturan katı maddelerin %10-20’ini teşkil eder. Bu yüzden tarlalara sadece kimyasal gübre vermek yeterli değildir. Organik maddeye gereksinim vardır.

Toprak Suyu: Toprak içerisindeki boşlukların bir kısmı su ile dolu olup, bu suyun kaynağını yağışlar oluşturur. Toprak nemi toprağın fiziki, kimyasal ve biyolojik özelliklerini etkiler. Toprak Havası: Toprak atmosferi denildiği zaman, toprak taneleri arasındaki boşluğu dolduran hava anlaşılır. Toprağın hava kapasitesi, birim hacim topraktaki hava miktarıdır. Kaba tanelerden oluşan toprağın hava kapasitesi yüksektir. Taneciklerin inceliği oranında havanın ve içerdiği oksijenin toprak içerisine geçmesi güçleşir. Mikroorganizmalar toprak havasındaki oksijeni kullanarak organik maddelerin karbonunu okside ettiklerinde toprak havasındaki CO2 miktarı atmosferinkine oranla fazla, fakat O2 miktarı az olup, azot bakımından önemli bir fark yoktur.

Topraktaki biyolojik olayların devamlılığı için bu ortamın normal olarak havalanmış olması gerekir. Kötü havalanmış topraklarda mikrobiyolojik aktivitelerin azalması sonucu oksidasyon azalır. Bu azalış CO2 fazlalığından çok, O2 eksikliğinden ileri gelmektedir. Kötü havalanma yüksek bitkilere de olumsuz etkiler yapar. Bunlar: Bitki köklerin gelişmesi yavaşlar veya durur, Bitki besin maddelerinin absorbsiyonu azalır, Suyun alınması azalır, Yüksek bitkiler için toksik olan bazı özel organik bileşikler oluşur.

Toprak İçin Kirletici Kaynaklar Toprağı kirleten faaliyetler: Çöp döküm yerleri Sanayi atıklarının toprağa dökülmesi Arıtma tesisi çamurları Fosseptik muhtevalarının boşaltılması Sıvı atıkların toprağa verilmesi Tarım koruma ilaçları Gübreli ziraat Partikül ve aerosollar Sulama suyu

Çöp Döküm Yerleri Katı atıkların içinde bulunan kirleticilerin toprakta taşınarak yer altı veya yerüstü sularına karışması çeşitli faktörlere bağlıdır. - Hidrolojik faktörler -Toprakla ilgili faktörler

Çöp Döküm Yerleri Hidrojeolojik şartlar: Toprağın özellikleri:

Sanayi Atıklarının Toprağa Dökülmesi Sanayi atıkları toprağa verilmeden önce önemli olan hususlar:

Arıtma Tesisi Çamurları Toprağa verilebilecek çamur yükü hesabında:

Fosseptik Muhtevaların Boşaltılması Merkezi kanal şebekesi olmayan yerleşim yerlerinde kullanılmış suların bertaraf edilmesi fosseptiklerle yapılır. Vidanjörlerle alınan fosseptikler uygun yerlere dökülerek uzaklaştırılır.

Sıvı Atıkların Toprağa Verilmesi Sıvı atıkların toprağa verilmesi iki farklı maksat için uygulanır: 1) Sıvı atıkların uzaklaştırılması 2) Suyun az olduğu yerlerde sıvı atıkların sulama suyu olarak kullanılması Sıvı atıklar araziye verilmeden önce: 1)Sıvı atık debisi 2)Mevcut tasfiye tesisi 3) Mevcut sıvı atık uzaklaştırma tesisleri 4) Sıvı atıkların bileşimi tespit edilmelidir.

Sıvı Atıkların Toprağa Verilmesi Sıvı atıkların verilmesi için gerekli arazi miktarı: A(ha) gerekli alan, Q(lt/sn) debi, L(cm/sene) yıllık sıvı atık yükü Diğer parametreler için gerekli alan, örnek azot için: AN (ha)azota göre gerekli alan, Q(lt/sn) debi,C(mg/lt) konsantrasyon, Lc(kg/ha-sene) kalite bileşeni (azot) yükü

Sıvı Atıkların Toprağa Verilmesi Sıvı atıkların toprağa verilebilmesi için sıvı atık özelliklerinin kabul edilebilir limitlerde olması gerekir. Bu özelliklerden önemli olanlar: - Toplam Çözünmüş Katı Maddeler Askıda Katı Maddeler Organik Maddeler Azot Bileşikleri Bakteriyolojik Özellikler

Gübreli Ziraat Büyük miktarda suni gübreler tarım arazilerine verilmektedir. Bu gübrelerin esas bileşimi azot ve fosfordur. Azot toprak içinde taşınarak yer altı sularına karışır. Ayrıca yağmur suları ile fazla olan azot ve fosfor bileşikleride taşınarak yüzey sularına karışır ve ötrofikasyona sebep olur.

Tarım Koruma İlaçları Pestisitler, İstenmeyen bitki ve canlıları denetim altında tutmak/ önlemek için kullanılan maddeler, Bitki büyümesini ayarlayıcı maddeler, Yaprak dökülmesini sağlayan maddeler ve Nem alıcı olarak kullanılan maddelerdir

Pestisitlerin Yararlı Etkileri Pestisitler; kemiriciler, böcekleri yok ederken bu hayvanlarla taşınan sıtma, veba, sarı humma, viral ensefalitis ve tifüs gibi vektör hastalıklarına karşı savaşta da kullanılırlar. Tarım dışında pestisitler kırsal alanlarda (ormanlarda); karayollarında yabani otlara karşı resmi kuruluşlar tarafından kullanılmaktadır. Ayrıca kişisel olarak evlerde ve bahçe işlerinde de geniş ölçüde uygulanmaktadır. 1 3 Tarımda kullanılmaları; gittikçe artan nüfusa karşı yetersiz olan tarım ürünlerini koruyarak açlıkla savaşta etkili olmakta ve ekonomik yarar sağlamaktadır. 2

Pestisitlerin Zararlı Etkileri Pestisitlerin, kullanılmaları ile ekonomik açıdan ve sağlık bakımından sağladıkları faydaları yanında yanlış kullanılmaları ve diğer nedenlerle zararları da olmaktadır. Mesleki Olmayan Zehirlenmeler: Pestisitlerin üretimleri, uygulanmaları, depolanmaları, taşınmaları sırasında, kasıtlı ya da kazaen yanlış kullanımları sonucu akut ve kronik zehirlenmeler oluşabilir.

Evlerde kullanılmaları ile ortaya çıkan kazaen zehirlenmeler, pestisitlerin uygulama talimatına uymama, bitmiş ambalaj kutularının rastgele atılması veya tamamen yanlış bir kullanımı nedeni ile olabilir. Örneğin, 1979 yılında Ödemiş’te Folidol (paratiyon etken maddesi) şişesi ile zeytinyağ şişesinin birarada bulundurulması ve yanlışlıkla Folidol ile kızartılan böreklerin yenmesi ile 16 kişi zehirlenmiş ve bunların 6’sı ölmüştür. Pestisit kalıntısı içeren besinlerin yenmesi ile akut ve kronik zehirlenmeler oluşabilir. Sebze ve meyvelere pestisit uygulanmasından sonra bekleme süresine dikkat edilmeden ve gerekli yıkama işlemi yapılmadan yenen besinlerle zehirlenmelere rastlanmaktadır. Örneğin 1963’de Bursa’da Folidol E ile ilaçlanan şeftaliyi yiyen 32 kişiden 7’si ölmüştür.

Pestisit kalıntısı içeren besinlerin yenmesi ile oluşan kronik zehirlenmelere Türkiye’de 1950’li yıllarda Güney Doğu Anadolu Bölgesinde rastlanan ve bütün dünyanın ilgisini çeken epidemik olay örnek verilebilir. 1956’da Diyarbakır ve yöresinde bir fungusit olan hekzaklorobenzenle (HCB) ilaçlanmış tohumluk buğdayı yiyen halkta epidemik zehirlenme görülmüştür. ‘Karayara hastalığı’ adı verilen bu epidemide deride koyulaşma, idrar renginin koyu kahverengiden siyaha kadar değişmesi dikkati çeken başlıca belirtilerdir. Bu zehirlenmeye Tarım Kuruluşu tarafından dağıtılan HCB’le ilaçlanmış tohumluk buğdaydan yapılan ekmeklerin yenmesi neden olmuş, %10’u ölümle sonuçlanmıştır.

Pestisitler kasıtlı öldürme ve intihar amacı ile de kullanılabilmektedir. Özellikle organik fosfat esteri yapısında olan insektisitler bu amaçla tercih edilmektedir. Pestisitlerin yeterli kontrolü olmayan ülkelerde zehirlenme ve ölüm olayları daha çok görülmektedir.

Mesleki Maruziyet ve Zehirlenmeler: 2 Pestisitlerle oluşan mesleki zehirlenmelere hem gelişmiş ülkelerde ve hem de gelişmekte olan ülkelerde rastlanmaktadır. Ancak gelişmiş ülkelerde gerekli koruyucu önlemlerin alınması, iş yeri ortamında ve maruz kalan işçilerde çevresel ve biyolojik izlemenin yapılması ile zehirlenme oranı azalmaktadır. 2 Mesleki zehirlenmelere maruz kalma sonucu, pestisitlerin yapısına göre farklı belirtiler görülmektedir.

Endüstri kazası sonucunda oluşan pestisit zehirlenmeleri, sadece işleri nedeni ile maruz kalanları değil, ayrıca çevrede yaşayanları da etkilemektedir. Örneğin 1984 yılında Hindistan’da karbamat grubu pestisit üreten bir fabrikada, metil izosiyanat’ın depolandığı tanktan kaza sonucu sızması o bölgede maruz kalan 2500 kişinin ölümüne neden olmuştur.

Pestisitlerin Çevreye Olan Etkileri Pestisitler kullanıldıkları yerlerde toprağı, suyu kirlettikleri gibi, bulundukları yerlerden biyolojik ve fiziksel yollarla çok uzak bölgelere kadar taşınmaktadırlar. Pestisitlerin çevresel etkilerini değerlendirirken kimyasal maddelerin dayanıklılık süresine göre yapılan sınıflandırma daha önemli olmaktadır. Pestisitlerin dayanıklılık sürelerine göre yapılan bu sınıflandırmaya göre; Dayanıklı olanlar, 2-5 yıl Orta dayanıklı olanlar, 1-18 ay Dayanıksız olanlar, 1-2 hafta çevrede bozulmadan kalabilmektedir.

Dayanıklı olanlar çevresel etkileri en yüksek olan, ekosisteme en büyük zararı verenlerdir. Pestisitler kullanıldığı andan itibaren ister havaya püskürtülsün, ister toprağa karıştırılsın sonuçta toprakta birikecektir. Toprağa karışan bu kimyasallar; Buharlaşabilir ve rüzgarla taşınarak başka bölgelerde (yağmur ve rüzgarın sürüklemesi sonucu) yeniden toprağa karışabilir. Topraktaki kil ve organik madde miktarı arttıkça adsorbsiyon artmaktadır. Bu nedenle özellikle killi ve organik yükü fazla olan topraklarda pestisitler adsorbe olabilir.

Topraga karışan pestisit molekülleri, difüzyon ve yıkanma sonucunda toprağın alt katmanlarına doğru taşınabilirler. Kimyasal değişikliğe uğrayabilirler. Bu kimyasal değişimde de en büyük etken toprağın asit yapısı, demir oksit içeriği ve güneş ışınlarıdır. Topraktaki mikroorganizmalar tarafından parçalanabilirler.Bitkilerin yapısına girebilirler.

TOPRAĞA KARIŞAN PESTİSİTLERİN HAREKETİ BUHARLAŞMA Rüzgarla taşınım Yağmur Toprağa karışma Kil ADSORBSİYON Organik Madde Toprağın yapısı, su kapsamı DİFUZYON - YIKANMA Herbisitlerde yıkanma fazladır Toprağın katalizörlüğü – asit yapısı, KİMYASAL DEĞİŞİM Demiroksit içeriği Güneş ışını Mikroorganizmalarla parçalanır. DEGRADASYON Pestisitlerde BİTKİLERİN YAPISINA GİREBİLİRLER.

Bu değişimler sonucunda bir kısım pestisit zararsız hale dönüşüp çevreden temizlenmiş olur ancak bazı pestisitler çevrede, toprakta ve su kaynaklarında birikmeye devam eder. Özellikle çevrede dayanıklı olanlar (biyolojik parçalanma hızları yavaş olanlar) ve lipidde çözünenler biyoekosistemlerde birikerek tüm canlılar için zararlı olmaktadırlar. Çevrede dayanıklı ve lipofil özellikleri nedeni ile biyoakümüle olan pestisitlere klorlu hidrokarbon yapısındaki insektisitler örnek verilebilir.

İNSEKTİSİTLER Organik Klorlu (Klorlu Hidrakarbon) Yapısındaki İnsektisitler Organik klorlu (klorlu hidrokarbon) pestisitler grubunda klorlu etan türevleri, klorlu siklodienler, klorlu siklohekzan ve klorlu benzen bileşikleri yer almaktadır. Kimyasal stabilitelerinin ve yağda çözünürlüklerinin yüksek, biyotransformasyon ve yıkımlanmalarının yavaş, uçuculuklarının az olması sebebiyle etkili insektisitlerdir.

Diklorodifeniltrikloretan (DDT) başta olmak üzere bazı klorlu hidrokarbonlar, 1940-1960’lı yıllarda tarım ve sağlık programlarında uzun süreli kalıcılıkları ve diğer bileşiklere kıyasla daha az akut toksisiteye sahip olmaları nedeniyle yaygın olarak kullanılmışlardır. Ancak çevrede kalıcılıkları sonucu besin zincirine karışıp konsantre olduklarından günümüzde pek çoğunun kullanımı yasaklanmıştır.

Amerika’da DDT kullanımı 1972’de yasaklanmıştır. Türkiye’de 1982’den sonra klorlu hidrokarbon pestisit etken maddelerinden sadece DDT, BHC (Benzen hekzaklorür), endosulfan, heptaklor ve toksafenin kısıtlı kullanımına izin verilmiştir. 1985 yılından sonra ise endosulfan ve toksafen hariç diğer klorlu hidrokarbon pestisitlerin kullanımı yasaklanmıştır.

Kuşlar başta olmak üzere birçok canlı türünün yağ dokusunda, karaciğer, böbrekler, sinir sistemi gibi yağ içeriği yüksek diğer vücut dokularında birikip canlıların ölümüne yol açmışlardır. Ölümle sonuçlanmayan durumlarda da üreme sisteminde toksik etkiler meydana getirdikleri bildirilmiştir. Doğal hayatta yer alan canlılar ve deney hayvanlarında yapılan çalışmalarda klorlu hidrokarbonların çok güçlü östrojenik ve enzim indükleyici özellikte olduğu, doğrudan ya da dolaylı olarak doğurganlık ve üremeyi etkilediği gösterilmiştir.

Partikül ve Aerosollar Havada bulunan partikül halindeki kirleticiler ve aerosoller toprakta birikerek toprak kirlenmesine sebep olur.

Sulama Suyu Sulama Suyunda göz önünde bulundurulması gereken parametreler: 1.Toplam katı madde veya elektriksel iletkenlik 2. Sodyum muhtevası genel olarak SAR olarak verilir 3. Bikarbonat 4. Klorürler 5. Bor 6. Diğer iyonlar 7. pH

Sulama Suyu

Sulama Suyu

Sulama Sularında İzin Verilen Ağır Metal İçerikleri

KİRLETİCİLERİN TOPRAKTA TAŞINIM VE DÖNÜŞÜMLERİ Kirleticilerin toprakta taşınım ve dönüşümleri:

Toprağın Hidrolojik Sınıflandırılması

Toprağın Hidrolik İletkenliği Toprağın hidrolik iletkenliğini etkileyen parametreler

Kirleticilerin Adsorbsiyonla Taşınımı