ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Cemile ÇELİK ZEYTİN KARASUYUNDAN HÜMİK ASİT (HA) ve FULVİK ASİTLERİN (FA) ELDESİ VE KARAKTERİZASYONU KİMYA ANABİLİM DALI ADANA-2010

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ZEYTİN KARASUYUNDAN HÜMİK ASİT (HA) VE FULVİK ASİTLERİN (FA) ELDESİ VE KARAKTERİZASYONU Cemile ÇELİK YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA ANABİLİM DALI Bu tez.../.../... Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir.... Prof. Dr. Şermin Gül Öğr.Gör.Dr. Arif Hesenov Öğr. Gör. Dr. Erdal Kuşvuran Danışman Üye Üye Bu tez Enstitümüz Kimya Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. İlhami YEĞİNGİL Enstitü Müdürü Bu Çalışma Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: FEF 2009YL40 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ ZEYTİN KARASUYUNDAN HÜMİK ASİT (HA) ve FULVİK ASİTLERİN (FA) ELDESİ VE KARAKTERİZASYONU Cemile ÇELİK ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KİMYA ANABİLİM DALI Danışman : Prof. Dr. Şermin Gül Yıl: 2010 Sayfa:50 Jüri : Prof. Dr. Şermin Gül Öğr. Gör. Dr. Arif Hesenov Öğr. Gör. Dr. Erdal Kuşvuran Sucul hümik maddeler, Adana da bulunan bir zeytin işleme tesisinden alınan siyah likörden iyonik olmayan makro gözenekli DAX-8 reçinesinden izole edildi. İzole edilen hümik ve fulvik asitler standart maddelerle karşılaştırılarak UV/VIS ve FTIR spektroskopik yöntemlerle karakterize edildi. Hümik maddelerin moleküler ağırlık dağılımı RI deteksiyonu ile GPC de yapıldı. Anahtar kelimeler: Zeytin karasuyu, DAX-8 reçine, Hümik asit, Fulvik asit, İzolasyon I

4 ABSTRACT MSc THESIS ISOLATION AND CHARACTERIZATION OF HUMIC AND FULVIC ACIDS FROM BLACK LIQUOR OF OLIVE PLANT Cemile ÇELİK DEPARTMENT OF CHEMISTRY INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor: Prof. Dr. Şermin Gül Year: 2010 Pages:50 Jury : Prof. Dr. Şermin Gül Lecturer Dr. Arif Hesenov Lecturer Dr. Erdal Kuşvuran Aquatic humic substances (HS) isolated by the non-ionic macroporous DAX- 8 resin from black liquor of live plant in Adana. Isolated humic and fulvic acids were characterized by UV/VIS and FTIR spectroscopic methods comparing with standard substances. Molecular weight distribution of isolated HS was determined y GPC with RI detection. Keywords: Black liquor of olive, DAX-8 resin, Humic acid, Fulvic acid, isolation. II

5 TEŞEKKÜR Kimya eğitimim ve akademik çalışmalarımda her konuda benden desteğini esirgemeyen, anlayış gösteren, tez çalışmam süresince yapmış olduğum araştırmalarda beni yönlendiren ve çalışmalarımda her türlü desteği sağlayan danışmanım Prof.Dr. Şermin Gül e teşekkürlerimi sunarım. Araştırmalarımda fikirleri ve çabalarıyla bana her zaman sonsuz destek veren yüksek lisans öğrencisi Orkide Eren e de çok teşekkür ederim. Aileme ve sevgili eşime eğitim ve öğretim hayatım boyunca bana maddi, manevi her konuda destek oldukları ve her zaman güvendikleri için çok teşekkür ederim. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ......I ABSTRACT......II TEŞEKKÜR......III İÇİNDEKİLER... IV ÇİZELGELER DİZİNİ...VI ŞEKİLLER DİZİNİ......VII SİMGELER VE KISALTMALAR.VIII 1.GİRİŞ Teori...,,, Türkiye de Zeytin Ve Zeytinyağı Üretimi Zeytin Tarımı ve Çevresel Etkileri Zeytinyağı Üretim Prosesi ve Kirletici Özellikleri Zeytinyağı Üretim Proseslerinin Kıyaslanması Zeytinyağı Üretiminde Oluşan Atıksuların (Karasuyunun) Kirlilik Özellikleri Hümik Madde Hümik Maddelerin Fiziksel ve Kimyasal Özellikler Neden Doğal Hümik Asit En İyidir? Hümik Asitlerin Kullanım Alanları ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR MATERYAL VE METOD Materyal Zeytin Karasuyu Kullanılan Kimyasallar Kullanılan Cihazlar ve Araç-Gereçler Metod Analitik Metodlar Kireçle ön çöktürme KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) Tayini...23 IV

7 TOC (Toplam Organik Carbon) Tayini AKM (Askıda Katı Madde) Tayini Yağ ve Gres Tayini Fenol Ektraksiyonu Toplam Fenol Tayini Spektroskopik Metodlar Homojenlik ve Ortalama Moleküler Kütlenin Belirlenmesi GPC Analizleri Hümik Asit Ve Fulvik Asitin UV/VIS Karakterizasyonu Hümik Asitin Ve Fulvik Asitin IR Karakterizasyonu BULGULAR VE TARTIŞMA Zeytin Karasuyu Karakterizasyonu Analitik Metodlar Süzme Prosedürü İzolasyon Prosedürü UV/Vis Spektrometrik Analizler FTIR Spektrometrik Analizler HA ve FA moleküler ağırlıklarının belirlenmesinde GPC kullanımı SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ V

8 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 1.1 Zeytinyağı üretiminde kullanılan proseslerin karakteristik özellikleri..5 Çizelge 1.2 Klasik ve Sürekli yöntemle zeytinyağı üretimi yapan tesislerden çıkan suların bileşimleri (Şengül,1991) Çizelge 1.3 Zeytinyağı üretimi atıksularının (karasu) kirlilik karakteristiklerine ilişkin literatür verilerinin özeti (Şengül v.d., 2002) 8 Çizelge 1.4 Hümik maddelerin kimyasal özellikleri...13 Çizelge 1.5 Doğal kaynaklardaki hümik asit ve fulvik asit oranları Çizelge 4.1 Çalışılan zeytin kara suyunun karakteristik değerleri...29 VI

9 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 1.1 Türkiye de zeytin yetiştiriciliğinin bölgelere göre dağılımı.. 1 Şekil 1.2 Hümik asitlerin yapısı Şekil 3.1 GPC analizlerde kullanılan HPLC cihazı Şekil 3.2 FT-IR spektroskopisi cihazı Şekil 4.1 Zeytin karasuyunun (0.45 μm filtreden süzülmüş 1/1 seyreltilmiş numune) UV/VIS spektrumu Şekil 4.2 Standart hümik asitin HPLC pikleri Şekil 4.3 Zeytin kara suyunun HPLC pikleri Şekil 4.4 Hümik asit (HA) ve Fulvik asit (FA) izolasyonu Şekil 4.5 Standart Hümik asitin UV spektrumu. 34 Şekil 4.6 Zeytin kara suyundan izole edilen Hümik asitin UV spektrumu.34 Şekil 4.7 Zeytin kara suyundan izole edilen Fulvik asitin UV spektrumu Şekil 4.8 Standart Hümik Asit FTIR spektrumu Şekil 4.9 Zeytin karasuyundan elde edilen Hümik Asit FTIR spektrumu.. 37 Şekil 4.10 Standart Fulvik asitin FTIR spektrumu. 38 Şekil 4.11 Zeytin karasuyundan elde edilen Fulvik asitin FTIR spektrumu.. 38 Şekil 4.12 Bir SEC cihazının şematik diagramı. 39 Şekil 4.13 SEC ile farklı büyüklüklerdeki moleküllerin ayırımı...40 Şekil 4.14 SEC kolonda moleküllerin ayrımı Şekil 4.15 Standart Hümik asitin moleküler ağırlık dağılımı Şekil 4.16 Zeytin karasuyundan izole edilen Hümik asitin moleküler ağırlık dağılımı..42 Şekil 4.17 Zeytin karasuyundan izole edilen Fulvik asitin moleküler ağırlık dağılımı VII

10 SİMGELER VE KISALTMALAR OMWW : Oil Manufacturing Waste Water BOİ : Biolojik Oksijen İhtiyacı KOİ : Kimyasal Oksijen İhtiyacı CEC : Katyon değişim kapasitesi ICP-OES : İndüktif Eşleşmiş Plazma Optik Emisyon Spektrometresi FTIR : Fourier Dönüşümlü Infrared spekroskopisi TOF-SIMS : Uçuş zamanlı İkincil İyon Kütle Spektrometresi AFFFF : Asimetrik Akış Alanlı Akış Fraksiyonu DOC : Çözünmüş Organik Karbon NOM : Doğal Organik Madde HPSEC : Yüksek Performanslı Boyut Eleme Kromotoğrafisi HS : Hümik Madde HA : Hümik Asit FA : Fulvik Asit AKM : Askıda katı madde miktarı VIII

11 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK 1.GİRİŞ 1.1. Teori Türkiyede Zeytin ve Zeytinyağı Üretimi Türkiye de Ege, Marmara, Akdeniz, Güneydoğu Anadolu Bölgelerinde zeytin ağacı yetiştirilmektedir. Bu ağaçların %75 i Ege, %9,3 ü Marmara, %14 ü Akdeniz, %1,7 si Güneydoğu Anadolu Bölgesi nde bulunmaktadır (Şekil 1.1). TÜRKİYE'DE ZEYTİN YETİŞTİRİCİLİĞİNİN BÖLGELERE GÖRE DAĞILIMI MARMARA %9 AKDENİZ %14 DOĞU ANADOLU %2 EGE %75 EGE MARMARA AKDENİZ DOĞU ANADOLU Şekil 1.1. Türkiye de zeytin yetiştiriciliğinin bölgelere göre dağılımı. Türkiye, ortalama 99 bin ton zeytinyağı üretimi ile dünya üretiminin %4,6 sını, 36,4 bin ton zeytinyağı üretimi ile dünya ihracatının %10 unu karşılamaktadır. Zeytinyağı üretimi bakımından en büyük üreticiler; İspanya, İtalya, Yunanistan dır. Türkiye dünya zeytinyağı üretiminde beşinci sırada yer almaktadır. 1

12 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK Zeytin Tarımı ve Çevresel Etkileri Zeytin ağacı yetiştirme ve zeytin işleme endüstrilerinin her ikisi de büyük miktarlarda yan ürün üretirler. Sadece budama ile her ağacın yıllık 25 kg yan ürün (çerçöp, yaprak) oluşturduğu tahmin edilmektedir. Zeytinden yağ çıkarımında zeytin kütlesinin %5 inin yaprak atığı olduğu dikkate alınmalıdır. Zeytinyağı üretim prosesi genellikle zeytinyağının yanında bir yarı-katı atık (% 30) ve sulu çözelti ile (50%) sonuçlanır. İşlenmemiş zeytin keki, zeytin meyvesi ve zeytin çekirdeğinin karışımından oluşmaktadır. Zeytin keki, merkezi tohum yağ çıkarma tesisinde (yaklaşık her 65 zeytin değirmeni için bir tane), heksan ile ekstrakte edilir, 60 C de sıcak hava kullanarak döner kurutucularda kurutulduktan sonra kalan yağ (ezme ya da tohum yağı) toplanmaktadır. Bu prosesle, yıllık yaklaşık 170,000 ton tohumdan yağ üretimine ek olarak, her yıl genellikle katı yakıt olarak kullanılan ton çekirdek üretimi vardır. (Vlyssides A.G. ve ark, 1998). Ancak, iki-fazlı ekstraksiyon sisteminin uygulanmasından bu yana zeytin keki pazarı azalmıştır ve aynı zamanda zeytin kekini yok etme problemi, gerek depolama ömrünün sınırlı olması gerekse bu atıkların yüksek taşıma maliyetleri nedeniyle yükselmiştir. Sulu çözelti zeytin meyvelerinin yumuşak dokularından ve bitki suyundan gelir. Zeytinyağı endüstrisi atık suları (OMWW-Oil Manufacturing Waste Water) olarak adlandırılan, yağ üretiminin farklı basamaklarında kullanılan su ile bu su bazlı yan ürünlerin karışımından meydana gelir. Ayrıca, zeytin yıkama suyu, filtrasyon disklerinden gelen sular, odalar ve araç-gereçlerin yıkama suları dahil olmak üzere bu atık suları kapsamaktadır Esasen, OMWW nun bileşimi, su (%80 83), organik bileşikler (%15 18) ve inorganik bileşiklerdir (çoğunlukla potasyum tuzları ve fosfatlar olarak %2 oranında). OMWW nun bileşimi genel olarak, zeytin türü, hasat zamanı, iklim şartları, yağ ekstraksiyon prosesleri vb. gibi birçok parametreye bağlı olarak değişir (Fiestas Ros de Ursinos J.A ve Borja-Padilla R., 1990). Mineral tuzları, polisakkaritler, proteinler ve diğer yararlı maddelerin büyük miktarlarının varlığı sayesinde, zeytinyağı endüstrisi atık suları tarımda humik asitler 2

13 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK gibi yüksek gübreleme gücüne sahiptir. Bu nedenle, zeytinyağı endüstrisi atık suları, doğal, düşük maliyetli büyük miktarlarda elverişli gübre olarak kullanılabilmektedir. Maalesef, OMWW tarım için bu yararlı maddelerin yanı sıra, fitotoksik ve biyotoksik maddeler de içerir. Zeytinyağı endüstrisi atık sularının fitotoksik ve antibakteriyel etkileri, fenolik bileşimine bağlanmıştır. Aslında, bu maddelerin varlığı, zeytinyağı endüstrisi atık suyunun biyolojik olarak parçalanmamasına neden olur ve bu nedenle gübre olarak ya da sulama suyu olarak kullanımı elverişsizdir Zeytinyağı Üretim Prosesi ve Kirletici Özellikleri Zeytinyağı üretiminde kullanılan üç proses bilinmektedir: Pres prosesi (kesikli üretim prosesi), Santrifüj prosesi (sürekli üretim prosesi) Süzme prosesi (Improlive, 2002). Pres Prosesi (Kesikli Üretim Prosesi) Zeytinyağı üretiminde uygulanan klasik üretim prosesidir. Yağ, hidrolik presler kullanılarak çıkartılır. Kuru ve yaş yöntemler olmak üzere iki şekilde uygulanır: Kuru sistemde yağ, disklerin yardımıyla mekanik olarak ekstrakte edilir. Yaş sistemde ise torbalar kullanılarak birden çok kademeli ekstraksiyon yapılır. İlk aşamadan sonra sıcak su ile yıkama gerçekleşir Bu üretim sistemi besleme, hammadde depolama, temizleme, kabuk kırma ve ezme, kurutma-kavurma, sıkma, filtrasyon/dekantasyon ünitelerinden oluşur. Kırma işlemi gerek çekiçli kırıcı ile gerekse geleneksel taş kırıcı ile yapılabilir. Oluşturulan hamurun bileşimi % 20 yağ, % 25 katı madde ve % 55 zeytin özsuyu biçimindedir (Şengül, 1991). Santrifüj Prosesi (Sürekli Üretim Prosesi) Bu üretim sistemi, besleme, yıkama, kırma ve hamur hazırlama ünitelerinden oluşmaktadır. Sürekli sistemde presin yerini santrifüj (dekantör) almıştır. Kullanılan dekantöre bağlı olarak iki farklı proses mevcuttur. Birinci proses suyu gerektiren ve üretim sonucunda üç faz (yağ, atıksu, pirina) oluşturan, diğeri ise proses suyu 3

14 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK kullanımı gerektirmeyen ve üretim sonucunda iki faz (yağ ve pirina) oluşturan proseslerdir. Bu prosesler aşağıda kısaca açıklanmaktadır: 3-fazlı üretim prosesi: Bu üretim sisteminde proses suyu kullanılmaktadır. Proses sonrasında yağ, atıksu (karasu) ve katı kısım (pirina) olmak üzere üç faz oluşmaktadır. Bu proseste önemli miktarlarda proses suyu eklenmektedir. Bu sebeple, büyük hacimlerde (pres prosesinden üç kat fazla) atıksu oluşmaktadır (Masghouni ve Hassairi, 2000) 2-fazlı üretim prosesi: Bu sistemde üretim boyunca proses suyu eklenmez. Proses sonrasında yağ ve pirina olmak üzere iki faz oluşur. Bu sistem ekolojik olarak oldukça caziptir, çünkü sıvı faz (karasu) oluşmamaktadır. Karasuyun büyük bölümü pirina ile birlikte açığa çıkmaktadır. Oluşan katı fazın %50-60 ı su, %2-3 i yağ içermektedir..(masghouni ve Hassairi, 2000) 2-fazlı üretim sisteminde kullanılan yatay santrifüjler, 3-fazlıda kullanılanların modifiye edilmiş halidir. Eğer yeni toplanmış taze zeytin kullanılacaksa, su ilavesine gerek yoktur kg zeytinin işlenmesi sonucu 800 kg katı atık oluşmaktadır. Bu katı kısımda yaklaşık %60 su, %2,3 yağ bulunmaktadır (Improlive, 2002). Süzme Prosesi: Yağ ve metal arasındaki yapışma, su ve metal arasındakinden daha farklıdır. Bu prensip, yağ üretiminde kullanılan süzme prosesinin temelini oluşturmaktadır. Kullanılan metal tabaka zeytin hamuruna daldırılmakta, bu tabaka yağ ile ıslanmakta ve tabaka üzerinde bulunan boşluklar yağ ile dolmaktadır. Bu metotta çok sayıda metal tabaka kullanılmakta, kullanılan bu sistem Sinoles sistemi olarak bilinmektedir levhadan oluşan 6000m 2 yüzey alanına sahip bir makine, 7 8 dakikada 350 kg hamuru işleyebilmektedir. Ancak bu yöntem tek başına kullanılamaz, pres veya santrifüj yöntemlerinin kombinasyonu olarak kullanılabilir (Improlive, 2002) Zeytinyağı Üretim Proseslerinin Kıyaslanması Zeytinyağı üretim proseslerinde oluşacak atıksuyun miktarı ve kirlilik özellikleri, tesiste uygulanan yönteme ve teknolojiye bağlı olarak farklılıklar gösterir. 4

15 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK Çizelge 1 de zeytinyağı üretiminde kullanılan farklı proseslerin su kullanımları ve enerji tüketimleri, Çizelge 2 de atıksu özellikleri verilmektedir (Demichelli ve Bontoux,1996). 2-fazlı santrifüj prosesi, proses suyu gereksinimi olmadığından, su ve enerji gereksinimi yönünden avantajlı olan tek prosestir. Oluşan düşük atıksu hacmi ve çok düşük kirlilik yükü sebebiyle avantajlıdır. Bu prosesin diğer ilave avantajları; elektrik tüketiminde azalma ve atıksu uzaklaştırmadaki kolaylık olarak sıralanabilir. 3- fazlı üretim sisteminde oluşan atıksu hacmi ve oluşan kirlilik yükü, 2-fazlı sisteme kıyasla daha yüksektir. Pres sisteminde oluşan atıksu hacmi daha az olmakla beraber, oluşan kirlilik yükü, üç fazlı sistemden daha fazladır. Çizelge 1.1. Zeytinyağı üretiminde kullanılan proseslerin karakteristik özellikleri Proses Tipi Proses Isı Enerjisi Atıksu Karakteristikleri (100 kg zeytin için) Suyu (L) (MJ) Hacim(L) KOİ (g/kg) Kesikli (Pres) Sürekli(3-fazlı) Sürekli(2-fazlı)

16 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK Çizelge 1.2. Klasik ve Sürekli yöntemle zeytinyağı üretimi yapan tesislerden çıkan suların bileşimleri (Şengül,1991) Parametre Klasik Yöntemde Atılan Karasu Sürekli Yöntemde Atılan Karasu ph 4,5-5 4,7-5.2 Toplam katı madde % 12 % 3 Toplam Uçucu Katı % 10,5 % 2,6 Madde Toplam Mineral Katı % 1,5 % 0,4 Madde Askıda Katı Madde % 0,1 % 0,9 (AKM) Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) (mg/l) Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ)(mg/L) Şeker %2 8 % 1,0 Toplam Azot % 5 2 % 0,28 Organik Asitler % 0,5-1 - Polialkoller % 1 1,5 % 1,0 Pektin, Tanin vb. % 1 % 0.,37 Polifenoller % 1 2,4 % 0,5 Yağ ve Gres %0,03-10 % 0,5 2, Zeytinyağı Üretiminde Oluşan Atıksuların (Karasuyun) Kirlilik Özellikleri Çeşitli zeytinyağı üretim proseslerinden oluşan atıkların terimleri, ülkeye özgü ve standart olmayıp, atık terimleri farklılık göstermektedir (Şengül ve ark, 2003). 6

17 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK Zeytin Bitki Özsuyu (Karasu), dünyanın pek çok yerinde büyük problem oluşturmaktadır. Çoğu ülkede tarıma dayalı endüstriyel atıkların kanalizasyona, nehirlere ve akarsulara deşarjında kısıtlamalar bulunmaktadır. Bazı ülkelerde belli miktarlardaki zeytin karasuyu zeytin üretim alanlarına sulama amaçlı verilmektedir. Zeytin bitki özsuyu değerli iz elementleri, potasyum, fosfor vb.ve organik bileşikleri içerir. Atık sudaki bazı bileşenler değerli antioksidantlardır. Son zamanlarda zeytin özsuyu ilaçlarda da kullanılmaktadır. Zeytin Katı Atıkları ve Zeytin Çekirdeği, zeytin üretiminde presleme esnasında oluşmaktadır. Zeytin katı atıkları ve zeytin çekirdeği ısıtma, yapı malzemesi ya da aktif kömür olarak kullanılabilmektedir. Son yıllarda yapılan çalışmalarda bu atıkların aktif karbon üretiminde kullanılmasıyla değerlendirilebileceği yönünde çalışmalar mevcuttur (Martinez ve arkadaşları, 2006). Ham Zeytin Keki, zeytinlerin ilk olarak klasik ve sürekli yöntemler ile preslenmesinden sonra geriye kalan kalıntıdır. Kekin içerisinde az miktarda da olsa hala yağ bulunmaktadır. Eğer elde edilen bu keke başka bir işlem uygulanmayacaksa ham zeytin keki genellikle ısıtma, hayvan yemi ve zeytinyağı üretimi için kullanılabilmektedir. Tükenmiş Zeytin Keki, ham zeytin kekinin solvent ekstraksiyonuna tabi tutulması sonucu oluşan kalıntıdır. Bu kekte ısıtma, hayvan yemi ve zeytinyağı üretimi için kullanılabilmektedir. Çekirdeği Ayrılmış Zeytin Keki, işlenmiş kekten, içerisinde kalan parçalanmış zeytin tohumlarının çıkarılması sonucu oluşan kektir. Bu kekte ısıtma, hayvan yemi ve zeytinyağı üretimi için kullanılabilmektedir. Sulu Pirina, tüm işlemlerden önce kekin içerisinden parçalanmış zeytin tohumlarının çıkarılması sonucu oluşan kalıntıya bu ad verilmektedir. Zeytin Özsuyu, presleme işleminden sonra elde edilen kekin çökeltim yada santrifüj işlemleri ile yağdan ayrılması sonucu oluşan kahve rengi sulu sıvıya zeytin özsuyu denilmektedir. 2-fazlı dekantör sisteminin kullanılması ile oluşan zeytin özsuyunun kirlilik problemleri önemli ölçüde azaltılmıştır. Pres yöntemiyle zeytinyağı üretimde, işlenen zeytinin %50 si kadar atıksu elde edilirken, 3-fazlı sürekli üretimde, işlenen zeytinin %60 - %100 ü oranında 7

18 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK atıksu oluşur. 2-fazlı sürekli üretimde ise, sulu pirina (katı atık, %60 su + %3 yağ) açığa çıkmaktadır. Karasuyun bileşimi, uygulanan üretim teknolojisine, üretim miktarına ve kullanılan zeytin hammaddesine bağlı olarak farklılıklar göstermektedir. Zeytinyağı üretimi sırasında sıvı yan ürün olarak açığa çıkan karasu, çevre kirliliği yaratması nedeniyle ayrı bir öneme sahiptir. Üretim sırasında zeytin hammaddesi dışında herhangi bir madde kullanılmamasına rağmen, oluşan karasuyun organik madde içeriği çok yüksektir. Zeytinyağı üretimi atıksularının (karasu) kirlilik karakteristikleri, literatür verilerinden yararlanarak Çizelge 3 de özetlenmiştir. Çizelge 1.3. Zeytinyağı üretimi atıksularının (karasu) kirlilik karakteristiklerine ilişkin literatür verilerinin özeti (Şengül ve ark., 2002) Zeytinyağı üretiminden oluşan atıksu, aşağıdaki tipik özelliklere sahiptir; Yoğun viyolet-koyu kahve renkten, siyaha kadar renk, Kuvvetli, zeytinyağına özgü bir koku, Yüksek derecede organik kirlilik (220 g/l ye kadar KOİ değerleri), 8

19 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK KOİ/BOİ 5 oranı 2,5-5 arasındadır (zor ayrışabilir atık) ph değeri 3 5,9 aralığında, Yüksek miktarda polifenol içeriği (80 g/l ye kadar), Yüksek miktarda katı madde içeriği (20 g/l toplam katı madde ye kadar). Zeytinyağı endüstrisi büyük miktarda zeytin karasuyu oluşmasına neden olur. Zeytin karasuyu, yüksek BOİ ( g/l) değeri ve fitotoksik ve antibakteriyel polifenollerin varlığı nedeniyle yüzeysel ve yer altı suları için ciddi kirlilik riski taşımaktadır. BOİ ve KOİ değerleri tipik bir evsel atıksudan kat daha fazladır. Zeytin kara suyunun arıtılması ile ilgili çalışmalar tüm dünyada devam etmekte ve şu ana kadar deşarj standartlarını %100 sağlayan bir arıtma yöntemi bulunmamaktadır. Yapılan araştırmalarda Türkiye de ve dünyada ancak %75-80 oranında bir arıtım başarısı sağlanabildiği görülmüştür Hümik Madde Humusun tanımlanması Romalılar dönemine kadar gitmektedir. Ancak bilim adamları 18. yüzyılda hümik asitleri keşfetmiştir yılında ise Justus Von Liebig bitkilerin besinleri sadece inorganik formda alabildiklerini ve bitki besinlerinin önce mineral tuzlarına dönüşmesi gerektiğini açıklamıştır. İnorganik gübrelerin babası olan Justus Von Liebig organik maddece fakir toprağa suda çözünür formda azot, fosfor ve potasyum uygulamanın üretimi arttırdığını bulmuş ve humus teorisine şiddetle karşı çıkmıştır. Bu açıklamasından 10 yıl sonra Von Liebig büyük bir hata yaptığını fark etmiş olsa da itirafı kabul görmemiş ve humusun önemi ile ilgili yeni bulguları kaybolup gitmiştir. Bu olay tarımdaki dönüm noktalarından biridir. O zamandan beri dev kimya endüstrisinin de teşviki ile inorganik gübre kullanımı artmıştır. Dünya çapındaki tüm çiftçiler suni gübrelerin verimi kısa zamanda arttırmak için en iyi yol olduğuna inanmışlardır. Ancak kimyasal gübre uygulayıcıları inorganik gübrelerin organik maddelere ek olabileceğini ama asla yerlerini alamayacağını gözden kaçırmışlardır. 9

20 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK Toprakta hazırda bulunan kimyasal elementler her zaman yeterli miktarda değildir ve/veya yeterli miktarda olsalar bile bitkiler tarafından alınabilecek formda olmayabilirler. Bitkiler için optimum büyüme sağlamadaki en önemli problem bitkinin ihtiyaç duyduğu zamanlarda kullanabileceği gerekli elementlerin toprakta bulunmasıdır. Topraktaki organik maddelerin ana içeriği humustur. Humusun en aktif biyokimyasal maddesi ise hümik asittir. Ne yazık ki modern tarım uygulamalarındaki gelişmeler kimyasal gübre kullanımını arttırırken bu gübrelerin alınımını kolaylaştıran humusun hızla tükenmesine neden olmuştur. Bunun sonucunda da verim için her yıl gübre kullanılması ihtiyacı doğmuştur. Ancak son yıllarda modern tarımda toprak organik madde miktarını arttırmak için hümik madde uygulamalarının önemi anlaşılmaya başlanmıştır. Günümüzde toprak organik maddelerinin, özellikle hümik asitlerin faydalarının çoğu bilimsel olarak ispatlanmıştır. Hümik asitler toprağın kimyasal, fiziksel ve biyolojik özelliklerini etkileyerek bitki gelişimine yardımcı olmaktadırlar. Hümik asitlerin besleyici fonksiyonları özellikle makro ve mikro besin elementlerinin bitkiye geçişinde ortaya çıkmaktadır. Hümik asitlerin biyolojik etkileri ise daha çok mikroorganizmaların aktivitelerini arttırılmasında görülmektedir. Fiziksel ve kimyasal olarak ise iyi toprak yapısı oluşturmada, toprağa süzme kolaylığı sağlamasında, havalandırmada, nem tutmada, toprağın iyon değişiminde ve toprağın tamponlanmasında hümik asitler önemli roller oynamaktadırlar. Toprağın bitkiler tarafından kullanışlı hale gelebilmesi için toprağın hümik asit içeriğinin oldukça yüksek olması gerekmektedir. Fakat hümik asitlerin etkinliği ve faydaları topraktan toprağa değişmekte olup iklim ve ekim tarihi gibi çevresel şartlara bağlı kalmaktadır. Tarihin ilk zamanlarından beri bitki ve hayvan kalıntılarının fosilleşmesi ile meydana gelen kömür, mineral madde tabakaları ile üst üste konularak basınca maruz kalan ve daha sonra katmanlar halinde oluşan humus türlerinin çoğunu içermektedir. Kömür oluşma mekanizması şu şekilde açıklanmıştır: turba (peat) önce linyite, daha sonra bitümen kömüre ve sonunda da antrasit kömüre dönüşmektedir. Bu oluşum bir ısıl işlem boyunca kısmi damıtma yöntemi ile doğal olarak meydana gelmektedir. Kahve renkli kömür veya linyit oluşma sistemi 10

21 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK kimyasal ve fiziksel özelliklere göre değişmektedir. Kömür oluşumu ile alakalı kimyasal işlemler hakkındaki çalışmalar hümik asitler, fülvik asitler ve ülmik asitleri ilgilendiren değişik hipotezlere sebebiyet vermiştir. Toprağın oluşumu ana kaya üzerindeki organik maddelerin farklı formlarının hareketi ile yakından alakalıdır. Biojeokimyacılar demir, kükürt, silis, fosfor ve diğer elementlerin doğal dönüşümünü sağlayan katılımcının mikroorganizmalar olduğunu birçok araştırmalarında göstermişlerdir. Verimli toprağın üretiminde mineralizasyon boyunca gerekli besin maddelerinin ortaya çıkmasını sağlayan kaynak olarak hümik asitler çeşitli yönleri ile önemli rol oynarlar. Bitki için besin kaynağı olmanın ve yapısal oluşumdaki oldukça önemli faktörünün yanı sıra, hümik asitler toprağın fiziksel özelliği (su tutma kapasitesi gibi) üzerinde temel bir etkiye sahiptir. Ayrıca, hümik asitler iyon değişim kapasitesi ve tamponlama özelliği (ph dengesi) gibi fiziko-kimyasal özellikleri de büyük oranda belirlemektedir. Bu özellikler sadece bitki besin maddelerinin bitki tarafından alınması ve toprakta tutunmasını sağlamakla kalmaz, toprak tuzlanmasının (asiditesinin) olumsuz etkilerinden de korumaktadır. Yeterli düzeyde hümik asit içeren bir toprağın bitki gelişimi ve büyümesine olumlu ve net bir etki sağlayacağı kati delillerle ortaya konmuştur Hümik Maddelerin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Son zamanlarda kromatografik, spekroskopik ve x-ray analizleri hümik asitlerde bulunan organik yapısal gruplar hakkında bilgilerimize çok şeyler katmaktadır. Ayrıca, katyon ve anyon değişim reaksiyonları geniş biçimde çalışılmıştır. Fakat kimya ve toprağın verimliliği arasındaki ilişkiyi kuran çalışmalar yeterli düzeyde değildir. Bu çalışmalara genellikle tamponlama, gerekli elementlerin şelatlanması ve aynı kaynaktan gelen organik maddenin hormon etkisi örnek verilebilir. Jenkinson ve Tinley farklı kaynaklardan elde edilen ligno-proteinlerin çok farklı kızıl ötesi tayfa sahip olduklarını göstermiştir. Makstmow ve Liwski hümik asitli gübrelerin hazırlanma metoduna göre bitki tepkilerinin farklı olduklarını bulmuşlardır. Ayrıca, ekstraksiyonun metodu ve kaynağının hümik asitlerin toprak 11

22 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK verimlilğini etkilemede önemli olduğunu belirtmişlerdir. Leonardite (linyit kömürünün okside olmuş formu) kimyası üzerine yapılan son çalışmalar hümik asitin tuzlarının bileşimi olduğunu ortaya çıkarmıştır. Hümik asitler kayaların ve minerallerin bozulmasında aktif görev yapmaktadırlar. Olayın karakteri hümik asitlerin bulundukları yerdeki doğasına ve minerallerin mukavemetine bağlıdır. Hümik asitler doğal büyük bio-polielektrolitlerdir. Bünyelerinde önemli oranda polifenoller, polikarboksilik asitler, karboniller ve peroksitler gibi organik kimyanın önemli gruplarını barındırmaktadırlar. Hümik asitler gerekli besin maddelerinin bitkiye geçişini sağlamaktadırlar. P 2 O 5 in hümik asitlerce elverişli hale getirilmesi hakkında birçok makale yazılmıştır. P 2 O 5 içeriğinin fazlaca bulunduğu ortamlarda meydan gelen kloroz problemini hümik asitlerin demiri bitkinin alacağı forma getirmesi ile çözdüğünü DeKock 1955 de göstermiştir. İz elementlerin bitki tarafından ihtiyacının karşılanmasında hümik asitlerle şelat yapan bileşiklerin rolü büyüktür. Tüm gerekli metaller hümik asitlerle şelat yapabilmektedir. Toprakta bulunan potasyum, kalsiyum, mağnezyum, demir ve çinko ile reaksiyona giren hümik asitler organa-mineral köprüler üretmektedirler. Bu köprüler mikroorganizmalar için hayati destek veren toprağın mekanik parçacıklarını bağlamaktadırlar. Tüm araştırmacılar hümik asitlerin varlığı ile toprak mikroorganizmalarının aktivasyonlarının arttığı konusunda ortak düşünceye gelmişlerdir. Bu sebepledir ki yoğun bir şekilde sömürülerek zayıf kalmış toprağı tamir etmek için hümik asitlerle iyileştirme yöntemi tek başına bir hayli etkili çözüm olmaktadır. Hümik asit-metal kompleksi bitki beslemede belirleyici bir durumdur. Kurşun, krom, kadmiyum ve benzer ağır metaller ile radyoaktif elementlerin önce bitkiye, sonra da hayvanlarla insanlara geçişi ciddi hastalıklara yol açtığı bilinmektedir. Ağır metaller ile çözünmez bileşikler yapan hümik asitler bunların hücreden içeri girmesini engelleyen setler oluşturmaktadır. İnorganik demir bileşikleri de toprakta çözünmezler, oldukça kararsızdırlar ve kalsiyumu yüksek (kireçli) topraklarda bitki tarafında alımı zordur. Humatlı bileşikler demiri şelatlı kompleksler içine dahil etmektedir. Toprak fosfatları demir ve alüminyum ile yaptıkları reaksiyonlarda bitki tarafından alınamaz duruma gelmektedirler. Fakat reaksiyon sonucu oluşan bileşik hümik asitler tarafından kompleksleşmektedir. 12

23 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK Şelatlama maddeleri olan hümik asitler fosfat ile demir-alüminyum arasındaki bağları kırabilmektedirler. Sonuçta fosfat iyonu serbest kalmaktadır. Humatların toprağa ilavesi bu işlemin hızını yükseltmekte ve fosfatın bitkilerce alınmasını kolaylaştırmaktadır. Küçük miktardaki hümik asitler bile bitkiyi hassas hale getirmede, plasmanın geçirgenliğini arttırmada ve bitkilerce besin elementlerinin alımının hızlanmasında aktif hareket etmektedirler. İlieske hümik asit ve türevlerinin bitki zarının geçirgenliğini arttırdığını, bunun da bitkinin besin elementlerini almasını kolaylaştırdığını tespit etmiştir. Büyük orandaki hümik asitler ise elverişli demir kaynağıdırlar. Toprak organik maddesi; canlı, cansız yada çürümüş (dekompoze) olan tüm organik maddeleri içeren bir terimdir. Tamamen çürümüş organik yapılar HUMUS olarak adlandırılır. En iyi humus kaynağı dekompoze olmuş bitki yada kompost materyalleridir. Yüksek hümik asit içeriğine sahip humatlar da uzun süreli ve iyi bir humus kaynağıdır. Hümik maddeleri Çizelge 4 de görüldüğü gibi üç ana gruba ayırmak mümkündür; Fülvik asit, Hümik asit ve Hümin. Çizelge 1.4. Hümik maddelerin kimyasal özellikleri HÜMİK MADDELER Fulvik Asit Hümik Asit Hümin Açık Sarı Sarı Koyu Gri Kahverengi Kahverenk Siyah Siyah Renk yoğunluğu artar Polimerizasyon derecesi artar Moleküler ağırlığı artar Karon içeriği artar Oksijen içeriği azalır Asit değişimi azalır Çözünürlük azalır 13

24 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK Yazıda geçen bazı terimleri kısaca tanımlamak gerekirse; Humus: Toprağın % ini oluşturan temel maddesidir. Tamamen çürümüş organik maddelerden oluşur. Toprak verimliliğinde önemli rol oynar. Hümik maddeler: Üç organik kalıntı olan hümin, fülvik asit ve hümik asitten oluşan kimyasal bir gruptur. Hümik olmayan maddeler: Reçine, bal mumu ve organik asitler gibi çözünmez ve dekompoze olmamış organik maddelerdir. Hümatlar: Hümik asit tuzlarıdır. Fülvik asitler: Tüm ph koşulları altında suda çözünür formda olan hümik maddelerin bir bölümüdür. Fülvik asitlerin renkleri açık sarı -sarı kahverengidir. Hümik Asitler: Hümik asitler topraktan elde edilen ana bileşiklerdir. Koyu kahvesiyah renklidirler. Doğal olarak oluşan hümik asit moleküllerine bağlı 60 ı aşan farklı iz element çeşitli canlı organizmaların kullanımına hazır olarak bulunmaktadır. Hümin: Hümik maddelerin asit yada alkali her hangi bir ph değerinde suda çözünemeyen bir bölümüdür. Moleküller yapıları çok büyüktür. Hümik maddeler içinde parçalanmaya en dayanıklı olandır. Leonardit: Linyitin okside olmuş bir formudur. Linyit kömürü: Yumuşak yapılı bir kömürdür. Katyon: Pozitif yük taşıyan iyonlardır örneğin, kalsiyum, mangan, çinko... Katyon değişim kapasitesi (CEC): Pozitif yüklü iyonların (katyonların) tutulması ve bırakılmasıdır. Süreklilik: Hümik maddelerin hepsi toprakta kalıcıdır. Çevre koşullarına bağlı olarak fülvik asitlerin yarı ömrü yıl arasında değişirken, hümik asitlerin yarı ömrü ise yüzyıl olarak ölçülür. 14

25 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK Şekil 1.2. Hümik asitlerin yapısı Yukarıda da değinildiği gibi bitki kalıntıları çürüdükleri zaman fülvik ve hümik asitlerin her ikisi de oluşur. Her iki asitte toprak ve topraktaki mikro organizmalar için yaralıdır. Fülvik asit hümik aside göre daha küçük bir moleküler yapıya sahiptir. Bunun sonucu olarak kalıcılığı daha azdır ve daha kolay parçalanır. Fülvik aside göre daha büyük bir moleküler yapıya sahip olan hümik asit ise toprakta uzun süre kalır ve zaman içerisinde yavaş parçalanır. Genel olarak toprak organik madde miktarını arttırmada uzun süreli etkilerinden dolayı hümik asitlerden faydalanılır Neden Doğal Hümik Asit En İyidir? Kimya endüstrisi tarafından bazı sentetik hümik ürünler geliştirilmiştir. Ancak bu tip ürünlerin tarla denemelerinden alınan sonuçlar oldukça düzensizdir. Diğer bir endüstriyel grup ise alkali çözünür linyit kömüründen elde edilen ve yeni nesil hümik asitler ya da ulminler olarak adlandırılan hümik solüsyonlarıdır. Bu maddeler düşük kalitede linyit kömüründen elde edilirler ve hümik asitler ile benzer bir yapıya sahiptirler. Ancak kimyasal olarak çok farklıdırlar. Ulminlerin aranan verim özelliklerine sahip olduğuna dair hiçbir kanıt yoktur. 15

26 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK Genelde mikrobesinlerin alınımında kömür yada gübreden elde edilen hümik asitler, leonarditten elde edilen hümik asitler kadar etkili değildir. Linyit bazlı hümik asitler okside olmadıkça büyümeyi fazla teşvik edememektedirler. En iyi hümik asit kaynağı olan Leonardit ise doğal olarak okside olmuştur ve aktif hümik asit içeriği yüksektir.çizelge 5. incelendiğinde hümik ve fülvik asit kaynağı olarak leonarditin en fazla içeriğe ve değere sahip olduğu görülmektedir. Çizlge 1.5. Doğal kaynaklardaki hümik asit ve fulvik asit oranları Doğal Kaynak Hümik ve Fülvik Asit oranları % Leonardit Torf Saprofel Torf Linyit katmanları Hayvan gübresi 5-15 Kompost 2-5 Toprak 1-5 Arıtma Çamuru 1-5 Taş Kömürü 0-1 Araştırmalar en iyi hümik madde kaynağının Leonardit olduğunu belirtmektedir. 70 milyon yıl süren bir hümifikasyon sürecinin sonucu olan bu kaynak yüksek katyon değişim kapasitesine sahiptir. Leonardit kaynaklı hümik asitler uzun süre etki gösterirler. Azot gibi besin maddeleri ile rekabete girmezler. Doğal bir ürün olan Leonardit kaynaklı hümik asitler organik tarımda da güvenle kullanılmaktadır Hümik Asitlerin Kullanım Alanları Hümik asitler sadece tarım alanında kullanılmamaktadır. Günümüzde ucuz bir kaynak olarak bir çok sektörde hızla kullanılmaya başlanmıştır. Bu sektörlerin 16

27 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK başında çevre teknolojileri, sondaj teknolojileri, tutkal, boya, baskı mürekkepleri, kazan besi suyu şartlandırıcıları gibi kimya teknolojileri gelmektedir. Ayrıca kanatlı ve büyük baş hayvanlarda hastalıklara karşı mukavemet sağlamada, yenilen yemlerin ete dönüşümünde, süt veriminin artmasında,yumurta kalitesinde ve buna benzer birçok faktörlerde ciddi faydalar tespit edilmiştir. En şaşırtıcı neticeler ise insan sağlığı üzerine yapılan çalışmalarda elde edilmiştir. AIDS başta olmak üzere astım, bronşit, grip, mide rahatsızlıkları, böbrek taşı ber tarafı, hemeroit, deri kanseri, kan kougulantı, kansızlık, aşırı uyku, iştahsızlık gibi tıpta oldukça yaygın karşılaşılan problemlerin çözümünde önemli bir yer tutmaya başlamıştır Hümik asitlerle ilgili çalışmalar tüm alanlarda hızla devam etmektedir. Doğadaki bu mükemmel maddenin bulundukları bölgelere göre farklılıklar arz etmesinden dolayı daha keşfedilmeyi bekleyen birçok bilinmeyi bulunmaktadır. 17

28 1. GİRİŞ Cemile ÇELİK 18

29 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Cemile ÇELİK 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Kolokassidoua ve arkadaşları (2008), Zeytin keki, sulu ortamda çözünebilen hidrofilik bileşenler içerir. Bu makale alkali ekstraksiyonu ile izole edilmiş bileşenlerin karakterizasyonu ile ilgilidir. Bu çalışmada eldaedilen bileşenlerin temel olarak proton yer değiştiren gruplar içeren humik asit özeliklerigösterdiği belirlenmiştir. Zeytin kekinden elde edilen hidrofilik bileşenlerin ekstraksiyon ve saflaştırması, standart prosedür olan topraktan humik asit izolasyon işlemi ile gerçekleştirilmiştir. Yani önce alkalide çözündürme ve proton içeren asidik formda çöktürme işlemi uygulanmıştır. Saflaştırılmış örnek, İndüktif Eşleşmiş Plazma Optik Emisyon Spektrometresi (ICP-OES), Fourier Dönüşümlü Infrared spekroskopisi (FTIR), UV-VİS, Uçuş zamanlı İkincil İyon Kütle Spektrometresi (TOF-SIMS) ve Asimetrik Akış Alanlı Akış Fraksiyonu (AFFFF) gibi yöntemlerle karakterize edilmiştir. Martinez ve arkadaşları ( 2006), Zeytin çekirdeği, meşe palamudu, fındık, ceviz kabuğu ve meyve çekirdekleri gibi zirai atıkların değişik formlarından aktif karbon elde edilmiştir. Bu çalışmanın amacı Arjantin de iki büyük atık materyalden çekirdeği ayıklanarak aktif karbon hazırlamak ve karakterize etmektir.% (w/w) KOH in muamelesiyle ceviz kabuğu ve zeytin çekirdeğinden aktif karbon elde edilmiştir. Elde edilen iki tür aktif karbonun iyot adsorpsiyonuyla değerlendirilmiştir. Karbon yüzeyinin karakterizasyonu ( tanımlanması ) tarama elektron mikroskopi tarafından (SEM) yapılmıştır. Zeytin çekirdeklerinden aktif karbon verimi ceviz kabuğuna göre daha yüksek bulunmuştur. Karbon veriminin en yüksek değeri, zeytin çekirdeği ve ceviz kabuğunun her ikisinde de % 75 KOH konsantrasyonuyla elde edilmiştir. Kumke ve arkadaşları (2001), Almanya Kara Orman bölgesindeki kahve rengi göl suyu ve atık suyundan izole edilmiş suda çözünmüş organik karbon (DOC) örnekleri, Hümik maddelerin yapısını bulabilmeki çin fraksiyonlandı ve alkali hidrolizi yapıldı. Karekterizasyon amacıyla UV-VİS, Floresans Spektroskopisi ve DOC konsantrasyon tayini yapıldı. Hidroliz sonrasında örneğin floresans şiddeti önemli ölçüde artarken UV absorpsiyonu azalmaktadır. Boyut eleme 19

30 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Cemile ÇELİK Kromotoğrafisinden elde edilen UV absorpsiyonu ve DOC verileri hidrolizden sonra daha küçük moleküler yapıların oluştuğunu göstermektedir. Vlyssides arkadaşları (1999), zeytin yağı üretimi sırasında açığa çıkan ve toksik olan atık suların elektrokimyasal oksidasyonunu incelemişlerdir, laboratuar ve pilot çalışmalar sonucunda bu metodun bu tip atık sular için uygulanabilirliğini ortaya koymuşlardır. Bu teknikte atık suyu elektrolit haline dönüştürmek için 40g/L NaCl eklenmiş olup yine Ti/Pt anot Paslanmaz Çelik 304 katot olarak kullanılmıştır. 1 ve 10 saat elektroliz sürelerinde COD değeleri sırasıyla %41 ve %93 oranında azalma göstermişlerdir. Pelekani ve arkadaşları (1999), Güney Avustralya da iki içme suyu kaynağından elde edilen doğal organik madde (NOM) nin moleküler ağırlık dağılımını belirlemek amacıyla, Yüksek performanslı Boyut Eleme Kromotoğrafisi (HPSEC), kullanıldı. HPSEC analizinden önce Ultra Filtrasyon Membranları kullanılarak NOM beş farklı moleküler ağırlık fraksiyonuna (<500 K, K, 3-10 K, K ve > 30 K ) ayrıldı. NOM karekterizasyonunda HPSEC nin farklı bir ayırma mekanizmasıolan Akış Alanlı Akış Fraksiyonu (FIFFF) yöntemiyle karşılaştırılması yapıldı. HPSEC molekülleri gözenekli bir jel üzerinde gözenek boyutu dağılımına göre ayırırken, FIFFF gözenekli jel olmadan molekülleri hidro dinamik ve moleküler düfizyon prensibine göre ayırmaktadır. Frimmel (1994), Çözünmüş Hümik Maddeler (HS) sarı renkli ve UV-bölgede 254 nm de kuvvetli absiyorsyon piki veren maddelerdir. Bu bilgiler akuatik sistemlerde ışığı absorplayan bölgede ve su arıtımında UV kaynakların kullanımında gerçekleşen foto kimyasal reaksiyonlar için bir temel oluşturmaktadır. HS larla ilgili enerji trasferleri dahil olmak üzere gerçekleşen kimyasal reaksiyonları anlamak için yeterince bilgi bulunmamasına karşı bu çalışma bazı yaklaşımlar sunmaktadır. HS lerin lüminesansı suda bulunan diğer bileşenlerle (ağır metaller ve organik mikro kirleticiler) ile etkileşmektedir. Sonuç olarak HS ların biyolojik,kimyasal ve fiziksel özellikleri değişmektedir. Bu nedenle HS lerin suda bulunan mikro kirleticilerin arıtılmasında kullanılan Foto Kimyasal Arıtma yöntemleri üzerine etkisi olmaktadır. 20

31 3. MATERYAL ve METOD Cemile ÇELİK 3. MATERYAL VE METOD 3.1. Materyal Zeytin Karasuyu Deneylerde kullanılan zeytin karasuyu örnekleri tarihinde Adana Organize Sanayi Bölgesi nde faaliyet gösteren Maya Zeytincilik ten temin edilerek, çalışma süresince +4 C de saklanmıştır. Bu fabrikada, Çukurova bölgesinde yetiştirilen zeytinlerin işlenmesiyle zeytinyağı elde edilmektedir Kullanılan Kimyasallar n-heksan (CarloErba) Etilasetat (LabScan) Folin-Ciocalteau reaktifi (Sigma) Kalsiyum Hidroksit (Merck) Hümik ve Fulvik Asit Standartları (..) Derişik HCl çözeltisi (Merck) NaOH (Merck) Dekstran standartları: Molekül kütleleri 4400, 9900, 21400, 43500, , , ve Dalton Kullanılan Cihazlar ve Araç-Gereçler Ozon jenaratörü: TOG C2B (8g/s) (Glasgow, İskoçya) Toplam Organik Karbon Analizörü (TOK): Elektronik Analitik Hassas Teraziler: Kullanılan kimyasalların tartımlarının gerçekleştirilmesinde kullanıldı. Santrifüj Cihazı (NF 800/800 R): Zeytin kara suyundan fenolik bileşiklerin ekstrasiyonunda kullanıldı. 21

32 3. MATERYAL ve METOD Cemile ÇELİK DAX-8 Reçine: Zeytin kara suyundan hümik ve fulvik asitlerin izolasyonunda kullanıldı.. Katyon Değiştirici Reçine: FA izolasyonunda kullanıldı. Boyut Eleme Kromotoğrafisi: Shimadzu-RI Detektör-10A, Kolon Nükleojel GPC 104-5, Standart: Polisitiren ( Da) Sıvı Kromatografi Cihazı (HPLC) : Shimadzu Class VP Serisi Toplam Organik Karbon Analizörü (TOK): Tekmar-Dohrmann Apollo 9000 ph metre (HI 8314): Başlangıç karasuyunun ve izole edilen hümik madde çözeltilerinde ph ölçmek için kullanıldı. İletkenlik ölçer (HI 8633): Başlangıç karasuyunun ve izole edilen hümik madde çözeltilerinde iletkenlikleri ölçüldü. UV-Visible Spektrofotometre (Shimadzu UV 2101 PC): Başlangıç karasuyunun ve izole edilen hümik madde çözeltilerinde spektroskopik ölçümlerinde kullanıldı. Quartz Küvet (HELLMA (45x12.5 mm): Spektrofotometre cihazında kullanılacak. Membran Filtre (Schleicher&Schuell 0.45 μm): İzolasyon prosedüründe kullanıldı Metod Analitik Metodlar Kireçle Ön Çöktürme Zeytin kara suyunun AKM (Askıda katı madde) miktarını ve kirletici etkisini azaltmak için kullanılır. Kireç her yerden kolayca elde edilebilir ve atık suların ön çöktürülmesinde kullanılan alüminyum sülfat, demir klorür, magnezyum sülfat gibi kimyasallardan daha ucuz olduğundan tercih edilir. Ön çöktürme deneylerinde 1L zeytin kara suyuna 10 g Ca(OH) 2 ilave edilerek PH 4,71 den 12 ye kadar yükseltilir. Koagülasyon-floklaştırma-çökeltim işlemleri sonrasında, kahverengi olan atık su renginin daha da koyulaştığı gözlenmiştir. 22

33 3. MATERYAL ve METOD Cemile ÇELİK Çökelme sonrasında üst sudan alınan örnekler diğer deney aşamalarında kullanılır KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) Tayini Kimyasal oksijen ihtiyacı deneyleri zeytin kara suyunun 1:80 oranında seyreltilerek HACH test kitleri ( mg/L) ile yapılır TOC (Toplam Organik Carbon) Tayini Toplam organik karbon tayini, zeytin kara suyunun 1:80 oranında seyreltilerek test kitleri (60-735mg/L) ile yapılır AKM (Askıda Katı Madde) Tayini Toplam askı maddeleri miktarı gravimetrik ölçüm esasına dayanan yöntem (Standart Methods 2-57) ile belirlenir. Bu ölçüm prensibine göre, filtre tarafından tutulan ve o C'de kurutma sonucu oluşan kalıntı AKM olarak tanımlanır Yağ ve Gres Tayini Yağ ve gres tayini Soxhlet Metodu (Standart Methods 5-34) ile yapılır. İlk olarak numunenin ph=2 seviyelerine kadar asitlendirilmesiyle suyun içinde bulunan yağ ve gres açığa çıkartılır. Açığa çıkan tüm yağ ve gresin celite (diatoma toprağı) vasıtasıyla adsorblanır. Daha sonra bu kısım hekzanla birlikte ekstraksiyona tabi tutularak kullanılan düzenek vasıtasıyla soxhlet tüpünde toplanır. Soxhlet tüpünün içindeki hekzan tamamen uçurulduktan sonra ilk andaki ağırlığından çıkarılarak aradaki farktan yağ ve gres miktarı bulunur. 23

34 3. MATERYAL ve METOD Cemile ÇELİK Fenol Ektraksiyonu Zeytin karasuyu örneklerine etil asetat sıvı-sıvı ekstraksiyonu uygulanır. Hidroklrorik asit ile ph=2 ye kadar asitlendirilir. Lipidleri uzaklaştırmak amacıyla heksan ile yıkama işlemi yapılır.10ml zeytin karasuyu,15ml heksan ile karıştırılır. Karışım şiddetli bir şekilde çalkalanır ve 10dk 1000 rpm santrifüjlenir. Fazlar ayrıldıktan sonra yıkama işlemi iki defa daha tekrar edilir. Fenolik bileşiklerin ekstraksiyonu için etil asetat ile ekstraksiyon işlemi uygulanır.10 ml etilasetat ile zeytin karasuyu örnekleri karıştırılır,karışım şiddetli bir şekilde çalkalandıktan sonra 10dk 1000 rpm de santrifüjlenir.fazlar ayrıldıktan sonra, ekstraksiyon işlemi 3 defa daha tekrar edilir.(de Marco ve ark.,2006) Toplam Fenol Tayin Toplam fenol, filtrelenmiş örneklerde Folin-Ciocalteau fenol reaktifi ile ilişkilendirilmiş spektrofotometrik metot (Wong ve ark., 2005) kullanılarak tanımlanır.400 µl seyreltilmiş örnek ya da fenolik standart, 1 ml 1:10 seyreltilmiş Folin-Ciocalteu reaktifi ile karıştırılır.4 dakika sonra 800µL sodyum karbonat çözeltisi (75gL -1 ) ile karıştırılır. Son çözelti 2 saat karanlıkta bırakılır (20 C) ve sonra çözeltilerin absorbansları 765 nm de ölçülür. Benzer işlemler, distile su kör reaktifi ve 0,1;0,2;0,4;0,6;0,8 ve 1 mg/l gallic asit çözeltiler içinde takip edilir. 24

35 3. MATERYAL ve METOD Cemile ÇELİK 3.3. Spektroskopik Metodlar Homojenlik ve Ortalama Moleküler Kütlenin Belirlenmesi GPC Analizleri Örnek Hazırlanması Az bir miktar hümik asit alınarak 0,1 M NaOH çözeltisinde çözülmüştür. Daha sonra bu çözeltiden 0,5 ml alınarak 2 ml DI ile seyreltilmiştir örnek bir gece bekletilerek herhangi bir çökelme olmadığı gözlendikten sonra yeteri kadar filtrelenerek viale alınarak HPLC analizi için hazır hale getirilmiştir. Analiz Hümik asit bileşimindeki polisakkaritlerin analizleri için Shimadzu SCL-10A VP HPLC cihazı kullanılmıştır. Cihaz konfigürasyonunda SIL-10AF otomatik enjektör, LC-6AD pompa, CTO-10AS VP kolon fırını, RID-10A dedektör bulunmaktadır. Polisakkarit analizlerinde Waters Ultrahydrogel TM guard (6 x 40 mm), 2000 (MWR: 50 kda 5000 kda ve 300 mm x 7,8 mm; 2000 A ) ve 250 (MWR: 1 kda 80 kda ve 300 mm x 7,8 mm; 250 A ) kolonları, belirtilen sırada, seri bağlı olarak kullanılmıştır. 4400, 9900, 21400, 43500, , , ve Da moleküler kütlelerine sahip standart dekstran kitleri ile 20 ppm lik derişimlerde çözeltiler hazırlanmış ve kalibrasyon eğrisi oluşturulmuştur. Standartlar ve örneklerin elüsyonu, 0,001 M NaOH mobil fazı ile 0,7 ml/dk. akış hızında, 70 C kolon sıcaklığında izokratik olarak gerçekleştirilmiştir. Bu şartlarda kolon basıncı bar civarında gözlenmiştir. 25

36 3. MATERYAL ve METOD Cemile ÇELİK Şekil 3.1. GPC analizlerde kullanılan HPLC cihazı İzole edilen polisakkaritlerin analizlerinde, Waters Ultrahydrogel 250 (MWR: 1 kda.-80 kda ve 300 mm x 7,8 mm; 250 A ) ve 2000 (MWR: 50 kda kda ve 300 mm x 7,8 mm; 2000 A ) kolonları molekül büyüklüklerine göre, büyükten küçüğe doğru, seri olarak bağlanıp HPLC cihazının donanımında bulunan fırın içerisine yerleştirilerek kullanılmıştır. Analizler analitik modda, refraktif indeks (Shimadzu RID-10A) dedektör ile 70 C fırın sıcaklığında yapılmıştır. Standartlar ve analiz için hazır hale getirilmiş numuneler oto örnekleyiciye (Shimadzu SIL-10AF Automatic Sample Injector) konularak enjeksiyonları yapılmıştır. Numune enjeksiyon hacmi 50 μl olarak yapılmıştır. Mobil faz olarak 0,001 M NaOH çözeltisi kullanılmıştır. Elüsyon 0,7 ml/dk. akış hızında izokratik olarak 37 dakikada gerçekleştirilmiştir. Her bir analiz için iki tekrar yapılmıştır (Şekil 3.1) Hümik Asit ve Fulvik Asitin UV/VIS Karakterizasyonu İzolasyonu gerçekleştirilen Hümik ve Fulvik asitlerin tanımlanması için Spectrum Shimadzu UV 2101 PC: spektroskopi sistemi kullanılmıştır Karakterizasyonda zeytin kara suyunda renk parametresi olarak 465 nm çift bağ ve aromatiklik için 254 nm absorbans ölçümleri kullanılmıştır. 26

37 3. MATERYAL ve METOD Cemile ÇELİK Hümik Asitin ve Fulvik Asitin IR Karakterizasyonu İzolasyonu gerçekleştirilen Hümik ve Fulvik asitlerin tanımlanması için Spectrum RXI FT-IR (Perkin Elmer) spektroskopi sistemi kullanılmıştır (Şekil 3.2). Şekil 3.2. FT-IR spektroskopisi cihazı 27

38 3. MATERYAL ve METOD Cemile ÇELİK 28

39 4. BULGULAR ve TARTIŞMALAR Cemile ÇELİK 4. BULGULAR VE TARTIŞMALAR 4.1. Zeytin Karasuyu Karakterizasyonu Çalışılan zeytin kara suyunun karakteristiği yapılan deneylerle belirlenmiştir. Sonuçlar çizelge 4.1 de verilmektedir. Çizelge 4.1. Çalışılan zeytin kara suyunun karakteristik değerleri. Parametre Değerler ph 4,71 İletkenlik (µs) 7010 Çözünmüş oksijen (mg/l) 0,22 Askıda Katı Madde (g/l) 16,74667 Yağ ve gres (g/l) 5,686 KOİ (mg/l) 33133,33 TOK (mg/l) 8966,667 Toplam Fenol (mg/l) 1715,333 Elde edilen sonuçlara göre zeytin kara suyunun organik yükü çok fazladır. Bu da bizim çalışmamızda izole etmeye çalıştığımız hümik ve fulvik asitler açısından zengin olabileceğini göstermektedir. Ayrıca 0.45 μm filtreden süzülmüş 1/1 seyreltilmiş numunenin UV/VIS spektrumu Şekil 4.1 de verilmektedir. 29

40 4. BULGULAR ve TARTIŞMALAR Cemile ÇELİK 6,00 5,5 5,0 210,24 226,77 203,40215,00 222,98231,86 4,5 4,0 3,5 274,10 A 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 379,83 0,5 0,00 200, ,0 nm Şekil 4.1. Zeytin karasuyunun (0.45 μm filtreden süzülmüş 1/1 seyreltilmiş numune)uv/vis spektrumu Şekil 4.1 den de görüldüğü gibi zeytin karasuyu nm arasında absorbsiyon yapan çift bağ açısından zengin organik bileşikleri içermektedir. 274 nm deki absorbsiyon piki ise zeytin kara suyunun aromatik bileşikler içerdiğini göstermektedir. 380 nm de ise zeytin kara suyunun rengini veren kromoforik yapıların absorbsiyonu yer almaktadır. Zeytin kara suyunun HPLC analizi yapılarak, standart Hümik asitin HPLC analizi sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar şekil 4.2. ve şekil 4.3 de sırasıyla standart ve zeytin karasuyu için görülmektedir. mau 90 ADC1 B, ADC1 CHANNEL B (1MSO\CEMILEH0.D) Şekil 4.2. Standart hümik asitin HPLC pikleri min 30