Profile of priority substances and toxicity assessments of wastewater treatment plants in Istanbul
İstanbul ili atıksu arıtma tesislerinde öncelikli maddelerin profili ve toksisite değerlendirilmesi
- Tez No: 828959
- Danışmanlar: PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 191
Özet
Kentsel alanlarda insan faaliyetleri nedeniyle oluşan antropojenik (evsel/kentsel) atıksular sucul ortamlar için tehdit oluşturmaktadır. Dünya çapında nüfusun kentsel alanlara doğru kayması, buna paralel olarak endüstriyel faaliyetlerdeki ilerleme ve bunun yanında iklim değişikliğinin yol açtığı tehdit, her geçen gün kirliliğin boyutlarını artırmaktadır. Arıtılmış veya arıtılmamış atıksu deşarjının, alıcı su ortamları için bir tehdit oluşturduğu bilinmektedir. Geleneksel atıksu arıtma tesisleri (AAT), makro kirleticiler, besin yüklerinin (C, N ve P) su ortama girişlerini en aza indirmek için inşa edilir. Yapılan araştırmalar mikrokirletici ya da nevzuhur (yeni orataya çıkan) kirleticilerin (EC (Emerging Contaminants)) de atıksularda bulunduğu ve bazılarının gideriminde geleneksel AAT'lerın yetersiz kaldığını ortaya koymuştur. Dahası, biyolojik olarak parçalanamayan mikrokirleticilerin alıcı ortamlarda varlığı endişe uyandırmıştır. Birtakım mikrokirletici ve EC'lerin su ortamlarında çok düşük konsantrasyonlarda (pg/L - ng/L) varlığının, insanlar ve ekosistem üzerinde olumsuz tesirleri gözlenmiştir. Endüstriyel ve evsel atıksular ile yüzeysel akış atıksulardaki mikrokirletici ve EC'lerin ana kaynaklarıdır. Atıksu arıtma prosesi ile çıkış sularından uzaklaştırılamayan mikrokirleticiler dolayısıyla AAT'lerin mikrokirleticilerin alıcı su ortamlarına girişinde ana noktasal kirlilik kaynağı olduğu bildirilmektedir. Farmasötikler, kişisel bakım ürünleri, steroid hormonlar, pestisitler (herbisitler, biyositler, insektisitler ve fungisitler), plastikleştiriciler, yüzey aktif maddeler (deterjanlar gibi) ve endüstriyel kimyasallar (metaller, alev geciktiriciler vb.) kentsel atıksulardaki mikrokirleticilerin ana kaynakları olarak bilinmektedir. Birleşik sistem kanalizasyon şebekesine sahip kentlerın atıksularda bulunan mikrokirleticiler, evsel atık sularından, hastane atık sularından, endüstriyel atık sulardan, katı atık sızıntı sularından, bahçe, tarım, hayvancılık alanları ve yollardan yüzeysel akışla gelen mikrokirleticilerden kaynaklanmaktadır. Yıllardır pek çok yerde analiz edilen sularda varlık gösteren, kalıcı, zehirli, ve biyobirikir özellik taşıyan mikrokirleticiler, öncelikli maddeler (PSs) olarak adlandırılmışlardır. Bu bileşiklerin su ortamları için yüksek risk oluşturduğu ifade edilmektedir. Avrupa Birliği Su Çerçeve Direktifi (SÇD) (2000/60/EC), yüzey suları ve yeraltı sularının“iyi durumunu”sağlamak için çevresel hedefleri tanımlar; burada“iyi durum”,“iyi kimyasal ve ekolojik durum”anlamına gelmektedir. Su ortamının“iyi kimyasal durumu”, her bir PS için (2013/39/EU Direktifi Ek II) Çevresel Kalite Standartları (ÇKS) tarafından belirlenen sınırların aşılmadığı su ortamlarını ifade eder. 2013'te değiştirildiği şekliyle SÇD (2000/60/EC), ÇKS ile belirlenen eşik seviyelerini aşmamak amacıyla, üye devletlerin yüzey sularında PS'lerin varlığını belirlemesini şart koşmaktadır. Türkiye Cumhuriyeti Orman ve Su İşleri Bakanlığı, yüzey sularındaki PS'ler için yukarıda belirtilen kalite standartlarını 2012 yılında benimsemiş ve 2016 yılında güncellemiştir. ÇKS'ler, yüzey sularının kimyasal kalitesinin değerlendirilmesinde hayati bir role sahiptir. AAT çıkış sularının alıcı su ortamları için mikrokirleticilerin ana nokta kaynağı olduğu bilinmesine rağmen, şu anda AAT çıkış sularının PS veya mikrokirletici içeriği ve kısıtlaması hakkında herhangi bir düzenleme bulunmamaktadır. Oysa, SÇD'nin 16. Maddesi, PS'lerin noktasal kaynaklardan kontrolünün önemini vurgulamaktadır. PS'ler pestisitler, polisiklik aromatik hidrokarbonlar, uçucu organik bileşikler, dioksin ve benzeri bileşikler, alkilfenoller, pilibromlu difenil eterler, endüstriyel kimyasalllar ve metaller şeklinde alt gruplara ayrılabilir. SÇD'den uyarlanan Yerüstü Su Kalitesi Yönetmeliği (YSKYY, 2012) yüzey, kıyı ve geçiş sularına giren PS'lerin etkilerinin daha iyi anlaşılması gerekliliğini ön görmektedir. Bu yönetmeliğe uyum sağlamak için özellikle kentsel alanlardaki atık sulardan alıcı su kütlelerine giren PS'lerin izlenmesi önem arz etmektedir. AAT çıkış sularında tespit edilen PS'ler, son noktadaki deşarjlarından dolayı çevresel risklerin değerlendirilmesi konusundaki ilgiyi artırmıştır. PS'ler kalıcı, toksik, biyobirikir ve her yerde bulunma özellikleri gösterdikleri için, akıbetleri ve ekosistem için herhangi bir toksikolojik risk oluşturup oluşturmadıkları araştırılmalıdır. Avrupa Komisyonu, çevrede bulunan zararlı maddelerin insan ve çevre sağlığına oluşturabilecekleri riskleri değerlendirmek amacıyla direktif oluşturmuşlardır (EC, 1993). Ölçülen çevresel konsantrasyonun (MEC) öngörülen etkisiz konsantrasyona (PNEC) oranı risk katsayısı olarak tanımlanmaktadır (RQ). RQ mikrokirleticilerin potansiyel risklerinin değerlendirilmesinde yararlı bir araçtır ve RQ > 1.0 oranına sahip bir kimyasalın izlenmesi için yeterli risk potansiyeli taşadığı kabul edilir. RQ'nun uygulanması, yetkilileri risk yönetimi stratejilerini geliştirmeye ve belirli maddelerden kaynaklanan riskleri azaltmak için yeni düzenlemeler hazırlamaya yönlendirebilir. Mikrokirleticilerin veya EC'lerin atıksularda izlenmesi faydalı niceliksel veriler sağlar. Bununla birlikte, Amerikan CAS kayıt servisi günümüzde 204 milyon organik ve inorganik kimyasal olduğunu belirtmektedir ki doğal olarak bu kadar kimyasalın atıksularda izlenebilmesi teknik ve ekonomik olarak mümkün değildir. Bu nedenle, EC'lerin analizleri tek başına atıksu toksisitesinin izlenmesinde yeterli olamaz. Tespit edilebilen EC'ler buz dağının sadece görünen kısmı olarak ifade edilebilir. Atıksu kalitesi izlemede etkiye dayalı yöntemler, kimyasal maruziyete dayalı yöntemleri tamamlayıcı yararlı bir yöntem olarak tanıtılmıştır. Balıklar, omurgasızlar, bitkiler ve bakteriler üzerlerinde yapılan testler, ölüm, üreme, beslenme, büyüme vb. tepkileri ölçmekte ve değerlendirmektedir. Bu biyoanalitik araçlar atıksuda bilinmeyen kimyasalların neden olduğu toksisiteyi tahmin etmeye yardımcı olmaktadır. Bu kapsamda, AAT arıtma süreci etkinliği ve arıtılmış AAT çıkış suyu kalitesi değerlendirmesinin kullanılması için biyoanalizlerden oluşan toksisite testleri dizisi önerilir. Daphnia magna'nın immobilizasyon testi, yeşil alg Selenastrum carpricornutum'un büyüme önleme testi ve Vibrio fischeri ile biyolüminesans inhibisyon testleri, AAT'nin giriş ve çıkışları için yaygın olarak kullanılan test bataryasıdır. Bu tez kapsamında çalışılan AAT giriş ve çıkış sularında akut toksisite testleri yapılmıştır. İleri biyolojik arıtma tesis prosesi giriş sularındaki akut toksisitenin çıkış sularında giderildiği gösterilmiştir. Böylece biyolojik arıtımın akut toksisite gidermedeki etkinliği gözlenmiştir. PS ve EC'ler başta olmak üzere atıksulardaki toksisitenin potansiyel varlığı ve oluşturabileceği riskler, araştırmaya değer bir konudur. İstanbul, nüfusu 16 milyonun üzerinde olan tarihi bir metropoldür. İstanbul ilinde arazi kullanımı kabaca tarım (%25), hayvancılık (mera ve çayır) (%2), ormancılık (%48) ve diğer (%25) olarak ifade edilebilmektedir. Ancak incelenen AAT drenaj alanında tarım alanlarının kirliliğe katkısı önemli düzeyde değildir. İstanbul'da evsel atık sularla birlikte AAT'lere deşarj edilen orman ürünleri, kağıt ve kağıt hamuru, gıda, kimya, metal, inşaat, petrol ve gaz, tekstil, turizm (oteller ve yemek hizmetleri) endüstrileri bulunmaktadır. Sanayi kuruluşları genellikle organize sanayi bölgelerinde yer almaktadır. Ayrıca, kanalizasyon sistemlerine deşarj öncesi, endüstriyel deşarj limitlerine uymak üzere ön arıtma yönetmeliğine tabi sanayiler de olmakla birlikte 1990'lardan sonra çevreyi kirleten büyük tekil sanayilerin tamamına yakını İstanbul dışına taşınmıştır. Bu tez kapsamında İstanbul il sınırları içerisinde yer alan Türkiye'nin en büyük yedi atıksu arıtma tesisi giriş ve çıkış sularında PS'ler ölçülmüş ve tespit edilen organik PS'lerin atık sularda oluşturduğu risk tahmin edilmiştir. Aynı zamanda aynı atıksularda üç taksada akut toksisite biyoanalizleri yapılmıştır. AAT giriş ve çıkışlarında tespit edilen PS'lerin konsantrasyon seviyeleri ng/L ila µg/L aralığında bulunmuştur. Sonuçlar, İstanbul ili atıksularında 73 PS arasından 48 PS'nin bulunduğunu, 25 PS'ye ise hiç rastlanmadığını göstermektedir. PS'lerin atıksulardaki en yüksek konsantrasyonları şöyledir: Pestisitler (bifenox, quinoxyfen ve endrin) 110 ng/L – 482 ng/L; PAH'lar (naftalin, benzo(k)floranten, antrasen), 14 ng/L – 1,2 µg/L; VOC'ler (triklorometan, triklorobenzen ve tetrakloroetilen), 3,7 µg/L – 12,4 µg/L; alkilfenoller (nonifenol ve oktifenol) 9,1 ng/L– 151 ng/L; metaller (267 µg/L - 18.9 µg/L). AAT deşarj yapılan sularda yaşayan organizmalar üzerinde PS'lerin oluşturduğu riski değerlendirmek için üç trofik organizma seviyesi (balık, su piresi ve algler) seçilmiştir. Yapılan risk tahminleri sonrası; ileri biyolojik arıtım çıkış sularında endrin, endosulfan, diuron, alfa-cypermethrin, beta-cypermethrin, theta-cypermethrin, zeta-cypermethrin, quinoxyfen, aclonifen, bifenox, benzo-ghi-perilen, benzo(a)piren, floranten, indeno (1,2,3-cd)-piren, tetrakloroetilen, DEHP ve kloroalkanlar, C10-13 potansiyel risk (RQ>1) oluşturdukları ve çıkış sularında gözetim amacıyla düzenli izlenmeleri önerilmektedir. Ön arıtma çıkış sularında ise endrin, endolsulfan, diuron, alpha-cypermethrin, theta-cypermethrin, zeta-cypermethrin, aclonifen, bifenox, anthracene, benzo-ghi-perylene, benzo(k)fluoranthene, fluoranthene, indeno(1,2,3-cd)-piren, tetrakloroetilen, oktilfenoller, DEHP ve kloroalkanlar, C10-13'ın potansiyel risk (RQ>1) oluşturmaları dolayısıyla gözetim amacıyla izlenmeleri tavsiye edilmiştir. İzleme neticesinde süreklilik arz eden her bir PS'in kaynağının araştırılması hususunda dikkat gösterilmesi tavsiye edilmektedir. PS'lerin kaynaklarını ve döngülerini daha iyi anlamak için, yağış esnasında, kıyı sularında, çökelebilir partiküllerde, yüzey sularında, aktif çamurda ve atık su taşkınlarında PS'lerin izlenmesi önerilmektedir. PS ve mikrokirletici arıtımlarının oranlarının düşük olduğu AAT'lerdeki arıtma proseslerinin iyileştirilmesi önerilmektedir. Ayrıca Avrupa Birliği İzleme Listesi'nde (2015/495/EU) listelenen 17 organik bileşiğin varlığının İstanbul'daki atıksularda da araştırılması tavsiye edilmektedir. Endüstriyel deşarjların önemli olduğu tesislerde, bilhassa AAT 1 ve AAT 3 için son arıtma olarak ozonla oksidasyon prosesinin eklenebileceği önerilmektedir. Yapılan toksisite testleri, biyolojik arıtımın akut toksisteyi azaltıcı etki gösterdiğini ve ön arıtma tesislerinin de biyolojik arıtıma dönüştürülmesinin önemini ortaya koymuştur. IBAAT ve AAT çıkış sularında kronik toksisite testlerinin yapılması tavsiye edilmiştir. Bu çalışmadaki bulguların, Marmara Denizi, Boğazlar, ve Karadeniz başta olmak üzere alıcı su ortamlarının korunması için izleme programlarının oluşturulmasında yararlı ve çevresel risk değerlendirmeleri yapan düzenleyicilere faydalı olması umulmaktadır.
Özet (Çeviri)
Wastewaters formed due to anthropogenic activities around urban areas pose a threat to aquatic environments. The growth in industrial activity along with the worldwide urban migration, as well as the threat posed by climate change, increase the extent of pollution. The discharge of the treated or untreated wastewaters is reported to cause a threat to their receiving water environments. Conventional wastewater treatment plants (WWTPs) are constructed to minimize the nutrient loads of macropollutants (C, N, and P) entering the receiving water bodies. As, removal of some of the emerging contaminants (ECs) or micropollutants present in wastewaters is found to be incomplete in conventional wastewater treatment processes, traces of those non-biodegradable ECs were reported to be found in the receiving environments. The presence of ECs, even in very low concentrations (pg/L - ng/L) in the water environments could cause adverse effects on humans and the ecosystem. In addition to industrial emissions, domestic discharges along with urban runoffs are main contributors of ECs in WWTPs. Understanding the presence, sources and transport of the micropollutants and ECs in wastewaters is important for assessing their impacts, and hence can help their reduction and management in the receiving environment. Micropollutants that have shown toxic, persistent, bioaccumulative, and ubiquitous properties and have been identified in aquatic environments, are designated as priority substances (PSs) by the EU Water Framework Directive (WFD). EU Member States are required to identify the presence of PSs in surface waters, in order not to exceed threshold levels specified by the Environmental Quality Standards (EQS) dictated by WFD. The Turkish Ministry of Forestry and Water Affairs adopted the aforementioned quality standards for the PSs in surface waters in 2012, and updated them in 2016. Since WWTPs are known to be main point sources of ECs entering the receiving water bodies, investigating the occurrence of PSs in wastewaters of Istanbul has generated valuable information. This thesis aims at understanding the occurrences of PSs in the wastewaters of the megacity of Istanbul as well as assessing WWTP effluents as sources of PSs in receiving environments. The thesis also includes the acute toxicity assessment of the same wastewaters. The scope of the study includes the wastewaters of the seven largest WWTPs, a hospital wastewater and leachate of a landfill treatment plant in Istanbul. The results of the PSs analyses allowed estimation of risks posed by the PSs in the WWTP effluents. Lists were formed to PSs showing sufficient risk (RQ>1), and their inclusions are recommended in the surveillance monitoring programs for the effluents of advanced treatment, as well as mechanical treatment. The regulators undertaking environmental risk assessments in the initiation of monitoring programs for the protection of the Sea of Marmara, Bosphorus and the Black Sea may utilize the findings of this study. Chapter 2 provides general information on the background of the study that is related to the aim and objective of the study. Chapter 3 comprises of information regarding the study area as well as methods on the description of all the experiments conducted through this study, namely analyses of PSs, toxicity analyses and physiochemical analyses. Chapter 4 Results and Discussion, provides information on the results of the experiments conducted through this study (PSs analyses, toxicity analyses and physiochemical analyses), as well as discussion of those results. Chapter 5 provides a summary of the whole thesis. The References section includes the complete bibliography. The Appendix includes tables, figures and pictures.
Benzer Tezler
- Hastane atıklarının atık azaltımı yöntemi ile değerlendirilmesi
Başlık çevirisi yok
FİLİZ GÜRSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLHAN TALINLI
- Oksidatif strese bağlı kromozom hasarlarının oluşumunda nörotransmitterlerin koruyucu etkilerinin araştırılması
Investigation of the protective effects of neurotransmitters in the oxidative stress induced chromosomal damage
GÖZDE KILIÇ
- Akdağmadeni yöresi bazı tıbbi aromatik bitkileri
Akdagmadeni regions of some medicinal aromatic plants
AYŞE ESRA HAKVERDİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
BotanikKastamonu ÜniversitesiOrman Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURCAN YİĞİT
- L-tiroksin sodyum içeren transdermal terapötik sistem hazırlanması ve değerlendirilmesi
Preparing and evaluating transdermal therapeutic systems containing L-thyroxine sodium
NERMİN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Eczacılık ve FarmakolojiMarmara ÜniversitesiFarmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF.DR. BETÜL DORTUNÇ
- Tedavi ve denetimli serbestlik tedbiri uygulanan bireylerin serbest zaman algıları ve serbest zaman değerlendirme yöntemleri ile madde kullanım durumları arasındaki ilişki: Ankara ili örneği
The relationship between substance abuse conditions, and the leisure time management and so time perception of the individuals who are on probation and require treatment: Sample of Ankara province
ÖZLEM YASAV
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
PsikolojiÜsküdar ÜniversitesiKlinik Psikoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİYE NESRİN DİLBAZ