Ç.Ü. Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Yıl:2016 Cilt:34-5

Transkript

1 ELAZIĞ ULUOVA YERALTISUYU AKİFERİNİN ARSENİK VE AĞIR METAL İÇERİĞİNİN ARAŞTIRILMASI Investıgatıonof ArsenicandHeavy Metal Content of theelazıguluovagroundwateraquifer Murat ÇELİKER Sedat TÜRKMEN Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı Jeoloji MühendisliğiAnabilim Dalı ÖZET Bu çalışmada, Uluova da (Elazığ) yeraltısuyununağır metal veözelliklearsenikkirliliğinininbelirlenmesiamaçlanmıştır. Bu kapsamda, 93 yeraltısuyunumunesialınmıştır.su numuneleriüzerindefizikselparametre, major anyon - katyonveağır metal/iz element analizleriyapılmıştır.analizigerçekleştirilenparameterlerinçalışmaalanındadağılımı, ArcGIS 10.1 bilgisayaryazılımıkullanılarakharitalanmıştır.arsenikkonsantrasyonlarıyeraltısuyuörn eklerinde 0, μg/l arasındaölçülmüştür. Su örneklerininyaklaşık %20 sinden fazlası İHATSY, WHO ve EPA tarafındantavsiyeedilen 10 μg/l dendahayüksekdeğerlerdebulunmuştur.hem yeraltısularında hem de yüzeysularındabaşlıcaçözünmüşarseniktürü HAsO4-2 olarakbulunduğundandolayıas(v) olarakbelirlenmiştir. CBS ortamındahazırlananharitalarda, Uluova nınüçfarklıbölgesindecevherleşmelerebağlıolarakyüksekorandaağır metal kirliliğitespitedilmiştir. AnahtarKelimeler: Arsenik, Ağır metal, CBS, SEM, Uluova ABSTRACT In this study, the expectation is to find out the heavy metal contamination, especially arsenic, of groundwaters in Uluova region of Elazig city. In order to conduct this study, it has been focused on total 93 samples grounwaters.the physical parametres, major anions-cations and heavy metal/trace elements analyses on the water samples have been done in the study. Parameters on the experimental area have been mapped by using ArcGIS 10.1 computer software. Arsenicconcentrationshavebeenmeasured in therange of 0, μg/l in thewaterssamples. It has beenfoundthatalmostmorethan 20% of watersamplesvalueswould be higherthan 10 μg/lwhich is recommendedby IHATSY, WHO and EPA. Since main disolved arsenic specie HAsO4-2- has been found in both ground and surface waters, it has been determined as As(V). Consequently, a high rate of heavy metal pollutionwasdetermineddependinguponthemineralizations in threedifferentregions of Uluova, throughthemapsprepared in GIS. Aynı başlıklı Doktora tezinden üretilmiştir

2 Key Words: Arsenic, Heavy metal, GIS, SEM, Uluova Giriş Ağır metal kirliliği, çevresel olarak geri dönüşü olmayan bir kirlenmeye neden olması sebebi ile dünya üzerinde pek çok yerde ekosistemi etkilemektedir (Cunnigham ve ark., 1997; Raskin ve Ensley, 2000; Meagher, 2000; Khan ve Scullion, 2002). Çoğu toksik iz metaller, genellikle ph artıkça çözünmez hale gelen katyonlar (örneğin Pb +2, Cu +2, Ni +2, Cd +2, Co +2, Zn +2 ) olarak çözeltilerde bulunurlar (Dzombak ve Morel, 1990). Bu anyonlar, nötralph değerlerinde bile çözeltilerde nispeten yüksek konsantrasyonlarda kalıcı olabilirler. Bu nedenle Cr, As, Se ve U gibi oksianyon oluşturucu elementler yeraltı suyunda en yaygın görülen kirletici maddelerden bazılarıdır. Fakat, arsenik diğer oksianyon oluşturan elementlere göre, arseniğin redoks şartlarının geniş bir aralıkta nispeten hareketli olduğundan çevrede en problemli elementler arasında yer alır (Smedley ve Kinniburgh, 2002). Uzun süre yüksek arsenik (> 50 µg/l) içeren su tüketilmesinin, değişik kanser türleri, deri de renk değişikliği ve lezyonları, doğum komplikasyonları, böbrek, mesane ve karaciğer hasarı gibi ağır sağlık sorunlarına yol açtığı tespit edilmiştir (Hopenhayn, 2006;Yuan ve ark., 2007). Dünya Sağlık Örgütü (WHO) 1963 yılında içme sularında zorunlu arsenik limiti değerini 50 μg/l olarak belirlemiştir yılında ise Dünya Sağlık Örgütü (WHO) kılavuz değer olarak arsenik limitini 10 μg/l ye düşürmüştür. WHO, EPA ve AB ülkelerinde arsenik standartlarına ilişkin yapılan düzenlenmeler ülkemizde de benimsenmiş ve içme ve kullanma suları hakkında geçerli olan 17 Subat 2005 tarih ve sayılı İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik kapsamında, arsenik içeriğinin maksimum konsantrasyonu 10 μg/l olarak açıklanmıştır (Alpaslan ve ark., 2010). Yeraltı sularında yüksek arsenik içeriği, Hindistan, Bangladeş, Tayvan, Arjantin, Şili, Tayland, İspanya, Yunanistan, İngiltere, Amerika Birleşik Devletleri, Çin, ve Türkiye (Şekil 1.1) gibi dünyanın değişik bölgelerinde küresel bir problem haline gelmeye başlamıştır (Alverez ve ark., 2006; Baba ve Gündüz 2010;Das ve ark., 1994;Smedley ve Kinniburgh, 2002 ). Elazığ ili ile Uluova Bölgesi nde yer alan belde belediyeleri ve köylerin içme suyu ve sulama suyu ihtiyacının büyük bir kısmı Uluova Bölgesi nde açılan sondaj kuyuları ile yeraltı sularından karşılanmaktadı. Materyal Ve Metod Materyal Çalışma materyalini Uluova Bölgesi ve Uluova nın tek drenajı olan Haringet Çayı Havzası oluşturur. Elazığ ilinin güneyinde yer alan inceleme alanı 1/100,000 ölçekli Elazığ K 42C, K 43 ve L 42 paftalarını içerir (Şekil 1). Uluova bölgesinin, yaklaşık 15 km kuzeyinde güneybatı - kuzeydoğu doğrultulu Doğu Anadolu Fay hattı uzanır. Uluova bir çöküntü havzası olup, çalışma alanı yaklaşık m kotları arasında bir topoğrafyaya sahiptir. Uluova nın, yağış havzası 672 km²,

3 Haringet Çayı yağış havzası ise yaklaşık 183 km² dir. Uluova nın genişliği yaklaşık 8 km, uzunluğu ise 20 km olup düzlük alanlar kısmı yaklaşık 226 km² olarak hesaplanmıştır. Ovanının büyük bir kısmı 0 10 eğime sahiptir. Genelde homojen bir topoğrafik yapı görülmektedir. Düz taban araziler ovanın çok büyük kısmını oluşturmaktadır. Genel eğim batı-doğu istikametinde olup ayrıca ovanın kenarlarındaki yamaç alanlardan Uluova Çayı na doğru bir eğim mevcuttur. Taban arazilerde % 0-2 yamaç arazilerde ise % 2-12 arasında bir eğim vardır. Şekil 1. Yerbulduru haritası Çalışma alanı ve yakın çevresinde yaşlıdan gence doğru Elazığ Magmatitleri (Senoniyen), Harami Formasyonu (Üst Maestrihtiyen), Hazar Grubu (Üst Meastrihtiyen Orta Eosen), Maden Karmaşığı (Orta Eosen), Kırkgeçit Formasyonu (Orta Eosen Üst Oligosen), Karabakır Formasyonu (Üst Miyosen Alt Pliyosen), Palu Formasyonu (Pleyistosen) ve alüvyon (Holosen) birimleri yüzeylenir (Şekil 2). Doğu Anadolu iklim bölgesinin geçiş iklim özelliğinin görüldüğü bölgede yazları çok sıcak ve kurak, kışları soğuk ve yağışlı geçer. Yıllık ortalama toplam yağış ( ) mm dir. Yağışın en yüksek olduğu ay 66,4 mm ile

4 Nisan, en düşük 1,17 mm ile Ağustos ayında görülmüştür. Elazığ Meteoroloji İstasyonu rasatlarına göre ( ) yıllık sıcaklık ortalaması 13 C olup aylık maksimum hava sıcaklığı (42,2 C) Temmuz ayında, minumun sıcaklık ( 22,6 C) Ocak ayında ölçülmüştür. Şekil 2. Çalışma alanı jeoloji haritası (MTA dan değiştirilerek). Metod Bu çalışma, büro, saha ve laboratuvar çalışmaları olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilmiştir. Örnekleme çalışmaları, Ekim 2013 tarihlerinde 9 günlük bir periyotta, 93 adet numunesi toplanarak gerçekleştirilmiştir. Örnekleme çalışmaları ile eş zamanlı olarak, sıcaklık (T), ph, redoks potansiyeli (Eh), elektriksel iletkenlik (Eİ) ve çözünmüş oksijen (ÇO) gibi fiziksel özellikler HachLange ve HI 8314 cihazlarına ait çok parametreli problar ile yerinde ölçülmüştür.su örneklerinin ağır metal konsantrasyonları ve katyon analizleri Mersin Üniversitesi Merkez Laboratuvarında

5 bulunan Agilent 7500ce (Tokyo, Japon) Marka İndüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometrisi(ICP-MS) ile yapılmıştır. Analiz parametre sonuçları ArcGIS10.1 programı kullanılarak haritalanmıştır. Araştırma Bulguları Çalışma alanımızdan alınan yeraltı suyu örneklerinin Ca, Mg, Na, K, Cl, NO3, SO4, HCO3, konsantrasyonlarısırasıyla 1, mg/l, 0,36 857,2 mg/l, 0, mg/l, 0, 02 54,52 mg/l, 2, ,53 mg/l, mg/l, mg/l, 97,6 3013,4 mg/l olarak ölçülmüştür. Tipik olarak düşük fosfat konsatrasyonu< 0,2 mg/l izlenmiştir. Çalışma alanındaki yeraltı sularının ortalama iyon konsantrasyonları ve su tipleri Piper diyagramında verilmiştir. Buna göre Uluova bölgesinde, W-91 nolu kuyu suyu örneği hariç Na Cl tipi diğer yeraltı sularında Ca-Na HCO3 tipinde suların hakim olduğu görülmektedir (Şekil 3). Şekil 3. Piper diyagramı Çalışma alanında kuyu sularından alınan su örneklerinde arsenik (As) konsantrasyonu 0, µg/l, kaynaklardan alınan su örneklerinde µg/l aralığında saptanmıştır. Kuyu ve kaynaklardan alınan yeraltı sularının arsenik konsantrasyonları dağılım haritası Şekil 4 de sunulmuştur. W-36 (11,64 µg/l), W

6 37 (11,16), W-39 (17,33 µg/l), W-56 (17,8 µg/l), W-86 (17,88 µg/l), W-62 (18,05 µg/l), W-89 (18,19 µg/l), K-59 (20,18 µg/l), W-61 (22,25 µg/l), W-54 (24,75 µg/l), W-35 (25,28 µg/l), W-63 (25,69 µg/l), K-34 (26,95 µg/l), W-46 (36,4 µg/l), W-38 (42,23 µg/l), W-83 (50,54 µg/l), W-90 (58,38 µg/l), K-60 (188,8 µg/l), W-82 (367,2 µg/l), K-33 (4842 µg/l) nolu toplam 20 örnek noktasından alınan su örneklerinde İTASHY, EPA ve WHO tarafından tavsiye edilen 10 μg/l standart seviyesinden daha yüksek değerlerde As konsantrasyonları ölçülmüştür. En yüksek As konsantrasyonu K-33 nolu kaynak lokasyonunda 4842 µg/l ölçülürken, sadece W-103 nolu kuyuda As konsantrasyonu dedeksiyon limitinde tespit edilmemiştir. Yüksek As konsantrasyonlarının ölçüldüğü W-36 (ÇO. 6,58; Eh -55), K-34 (ÇO 6,59; Eh -42), W-63 (ÇO 5,55; Eh -15), W-61 (ÇO 5,71; Eh -12), W-62 (ÇO 5,61; Eh -12), W-89 (ÇO 5,56; Eh -4), W-86 (ÇO 4,95; Eh -3) nolulokasyonlarda ölçülen düşük çözünmüş oksijen seviyesi ve negatif Eh değerleri bu noktalarda indirgeyici şartların baskın olduğunu göstermektedir. Uluova da alınan yeraltı suyu örneklerinde baskın arsenik türünü belirlemek için, Pourbaix (Eh-pH) diyagramı kullanılmıştır (Şekil 5). Normalde bu diyagram 1 atm ve 25 C'de şartlar için uygulandığından bu çalışma kapsamında yeraltı suyu örneklerinin gerçek şartlarını yansıtmayabilir. Uluova yeraltı suyu örneklerinde baskın arsenik türlerini belirlemek için Pourbaix (Eh-pH) diyagramında Eh ve ph analiz sonuçları işaretlenmiştir. Yeraltı sularında baskın As türleri HAsO3-2 ve H3AsO3 0 olarak dağılım göstermiştir. Bundan dolayı As (III) ve As(V) baskın arsenik türü olarak tespit edilmiştir. Özellikle FeS minerallerinin mevcut olduğu yerlerde, baskın arsenik türü, arsenit ve arsenat formlarıdır (Mutlu, 2010). Fe, Mn, Pb, Zn, Co, Ni, Cu, Mo, Cd ve Cr konsantrasyonları sırasıyla 8, µg/l, 0,04 240,7, 0, μg/l, 0,36 25,96 μg/l, 1,18 674,3, 0,11 14,47 μg/l, 0,14 41,98 μg/l, 0,008 83,23 μg/l, 0,89 59,25 µg/l, 0,42 21,67 µg/l, 0,0001 9,19 μg/l aralıklarında ölçülmüştür

7 Şekil 4. Yeraltı sularında As konsantrasyonları dağılım haritası Şekil 5. Arsenik için 25 C sıcaklık ve 1 atm basınçta Eh ph diyagramı

8 Sonuçlar ve Öneriler CBS ortamındahazırlananharitalarda, Uluova nınüçfarklıbölgesindecevherleşmelerebağlıolarakyüksekorandaağır metal kirliliğitespitedilmiştir. Bu durum göz önünde bulundurularak ağır metal kirlililiği olan alanlardan uzak bölgelerde içme suyu amaçlı sondaj kuyuları açılmalıdır. Mevcut açılmış kuyularda ağır metal cinsine göre uygun arıtma sistemleri uygulanmalıdır. Bölgede birebir vatandaşlar ile görüşerek çok hassas bir şekilde sağlık risk tarama çalışmaları yapılmalıdır. Kaynaklar ALPASLAN, M. N., DÖLGEN, D., BOYACIOĞLU, H., SARPTAŞ, H., İçme Suyunda Kimyasal Yolla Arsenik Giderimi, Cilt: 20, Sayı: 1,15 25, itüdergisi/e. ALVEREZ, R., ORDONEZ, A., LOREDO, J., Geochemicalassessment of an arsenic mine adjacenttowaterreservoir (Leon, Spain). EnvironGeol50: BABA A, GUNDUZ O., Effects of alterationzones on waterquality: a casestudyfrom Biga PeninsulaTurkey. ArchEnviron Contam Toxicol58: CUNNİNGHAM, S. D., SHANN, J. R., CROWLEY, D. E., ANDERSON, T. A., Phytoremediation of ContaninatedWaterandSoil. Phytorematadion of SoilandWaterContaminants, AmericanChemicalSociety, Washington, D.C., 2-17 pp. DAS, D., CHATTERJEE, A., SAMANTA, G., MANDAL B., CHOWDHURY, T. R., SAMANTA, G., CHOWDHURY, P. P., CHANDA, C., BASU, G., LODH, D., NANDİ, S., CHAKRABORTY, T., MANDAL, S., BHATTACHARYA, S. M., CHAKRABORTİ, D., Arseniccontamination in groundwater in sixdistricts of West Bengal, India: thebiggestarseniccalamity in theworld. Analyst119, 168N 175N. DZOMBAK, D. A., AND MOREL, F. M. M., Surfacebcomplexationmodeling Hydrousferricoxide: New York, John Wiley&Sons, 393 p. HOPENHAYN, C., Arsenic in drinkingwater: Impact on humanhealth. Elements2, KHAN, M., SCULLİON, J., Effects Of Metal (Cd, Cu, Ni, Pb orzn) Enrichment Of Sewage-Sludge On Soil Micro-OrganismsAndTheirActivities, AppliedSoilEcology, 20, MEAGHER, R. B., Phytorematadion of Toxicelementalandorganicpollutants. C.Op.İnPlantBiol., 3, pp. RASKİN, I., ENSLEY, Y., Phytoimediaitan of toxicmetals: usingplantstocleanuptoenviroment, John WileyandSons, N. York, 303 pp

9 SMEDLEY, P. L., KİNNİBURGH, D. G., A review of thesourcebehavioranddistribution of arsenic in naturalwaters. Appl. Geochem. 17, YUAN Y., MARSHALL G., FERRECCİO C., STEİNMAUS C., SELVİN S., LİAW J., BATES M. N. AND SMİTH A. H., Acutemyocardialinfarctionmortality in comparisonwithlungandbladdercancermortality in arsenic-exposedregion II of Chilefrom 1950 to Am. J. Epidemiol. 166,