Arıtılmış suların tarımsal sulamada kullanımında antibiyotiklerin taşınımı ve risk değerlendirmesi
Transport and risk assessment of antibiotics in the use of treated water in agricultural irrigation
- Tez No: 924493
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET AYGÜN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 295
Özet
Bu tez çalışması kapsamında, günlük hayatta sıklıkla kullanılan 20 antibiyotik ve bu antibiyotiklerin 4 metaboliti olmak üzere toplamda 24 hedef kirletici seçilmiştir. Konya İleri Atıksu Arıtma tesisinden alınan ham atıksu, ikincil dereceden arıtılmış su ve ultrafiltrasyon (UF) ve çok katmanlı kum filtresi ve Ultraviole (MMF/UV) ile arıtılmış sular ve yer altı suyu, marul ve mısır bitkilerinin sulamasında kullanılmıştır. Antibiyotiklerin, sulama suyundaki varlıkları ile marul ve mısır bitkisine geçişleri değerlendirilmiştir. Bu kapsamda sulama suyu ve toprak numuneleri ile birlikte hasat sonrasında kök, gövde ve yenilebilir kısımlarına ayrılan bitkilerin sıvı kromatografi-kütle spektrometrisi (LC-MS) cihazı ile antibiyotik konsantrasyonları belirlenmiştir. Marul ve mısırın yenen kısımlarındaki antibiyotik konsantrasyonlarından çocuk ve yetişkin için sağlık riskleri hesaplanmıştır. Ayrıca alg, daphnia, balık ve topraktaki canlılar için sırasıyla sulama suyu ve topraktaki antibiyotik konsantrasyonları kullanılarak olası ekolojik riskler belirlenmiştir. Sulama sularının içme suyu olarak kullanılması ve toprağın yutulması durumları için de sağlık risk değerlendirilmesi yapılmıştır. Bu hesaplamalara ilave olarak bilgisayar üzerinde hesaplamalı similasyon ve öngörü modelleri ile antibiyotiklerin toksisiteleri değerlendirilmiştir. Hedef antibiyotik ve metabolitlerin hepsi su örneklerinde tespit edilmiş olup yer altı suyununda herhangi bir antibiyotik kalıntısı tespit edilememiştir. Su örneklerinde en yüksek antibiyotik ve metabolitlerin konsantrasyonları ham atıksuda olup 1932,77-22117,78 ng/L aralığındadır. Metabolitlerin ham atıksuda konsantrasyonu ise 185,69-1108,29 ng/L olarak bulunmuştur. Ham atıksuda en yüksek oranda bulunan antibiyotik sınıfı makrolidler (ML'ler)dir. Ortalama bazında en yüksek konsantrasyonda olan antibiyotiklerin azitromisin (AZI) klaritromisin (CLA) ve doksisiklin (DOX) olduğu tespit edilmiştir. Antibiyotiklerin giderim genel olarak sınırlı kalmakla birlikte en yüksek giderim UF prosesinde gerçekleşmiştir. Rokritromisin (ROX) tüm arıtma proseslerinde giderilememiştir. Sülfametaksazol (SMX), ROX ve klindamisin (CLI) biyolojik parçalanmaya dirençli antibiyotikler oldukları tespit edilmiştir. Arıtım prosesleri sonucunda bazı antibiyotikler için negatif giderimler gözlemlenmiştir bu durumun nedeni sorpsiyon desorpsiyon ile metabolitlerin tekrar ana bileşene dönmesi ve askıda katı maddelere tutunan antibiyotiklerin tekrar sisteme salınımıdır. Antibiyotikler, fizikokimyasal özelliklerine göre marul ve mısırda farklı taşınım dönüşüm mekanizmaları gerçekleştirir. Marul ve mısırda en yüksek oranda biriken antibiyotik sınıfları sırasıyla ML ve kinolon (QN) olmuştur. Antibiyotiklerin genel olarak bitki kökünden bitkinin diğer kısımlarına geçme eğiliminde olduğu bulunmuştur. En yüksek antibiyotik birikimleri ham atıksu ile sulanan örneklerde gözlemlenmiştir. Marulda en yüksek antibiyotik birikimi marulun yenen kısmında iken mısır için mısırın gövdesinde mısırın yenen kısmına göre daha yüksek oranda antibiyotik birikiminin olduğu tespit edilmiştir. Marul ve mısırın yenen kısımlarında antibiyotik birikimleri sırasıyla 651,52-1045,10 ng/g ve 190,06-578,24 ng/g olarak ölçülmüştür. Marul ve mısırın hasat edildiği toprakta ise antibiyotik konsantrasyonları sırasıyla 322,73-490,57 ng/g ve 148,00-263,00 ng/g olarak ölçülmüştür. Marul ve mısırın yenmesi durumunda oluşabilecek kanserojenik ve kanserojenik olmayan sağlık riskleri ile diğer ekolojik riskler değerlendirilmiştir. Çocuğun marul ve mısırı tüketmesi sonucu oluşan kanserojenik olmayan sağlık riski için elde edilen tehlike oranı (HI) değerleri sırasıyla 3,23x10-3-7,33x10-3 ve 3,07x10-3-1,17x10-2 olarak bulunmuştur. Yetişkin için ise bu değerler çocuğa göre daha düşüktür. Her iki bitkinin yenmesi durumunda da çocuk ve yetişkin için elde edilen HI değerleri sınır değerin altında kaldığından herhangi bir kanserojenik olmayan sağlık riski oluşturmayacağı öngörülmüştür. Marul ve mısırın yenmesi durumunda antibiyotik kaynaklı kanserojenik risk değerlendirmesinde ise toplam kanserojenik risk (TCR) değerleri çocuk ve yetişkin için 10-7 mertebelerinde bulunmuş olup her iki durumda da mısır ve marulun tüketimi sonucunda antibiyotik kaynaklı kanserojenik risk oluşmayacağı öngörülmüştür. Toksisite endişe yaklaşımı (TTC) ile de antibiyotiklerin insanda sağlık riski oluşturması için tüketilmesi gereken marul ve mısır miktarları tespit edilmiştir. Tespit edilen bu değerler gerçekte tüketilmekte olan verilere kıyasla oldukça yüksek olmaları nedeniyle bu yaklaşıma göre da farklı sulama suları ile sulanan marul ve mısırın yenmesi sonucu herhangi bir sağlık riski oluşmayacağı öngörülmüştür. Monte Carlo Similasyonu ile de marul ve mısırın yenmesi durumunda oluşabilecek sağlık risklerinin 100000 iterasyon sonucuna göre de antibiyotik kaynaklı sağlık risklerinin oluşmayacağı öngörülmüştür. Antibiyotik içeren suları içilmesi ve antibiyotik içeren hasat edilen toprağın yutulması durumunda oluşan sağlık riskleri değerlendirildiğinde genel olarak geri kazanılmış suların içilmesi durumunda antibiyotik kaynaklı herhangi bir sağlık riskinin olmadığı ancak mevsimsel olarak antibiyotik konsantrasyonundaki artışa bağlı olarak yüksek HI değerleri elde edilmiştir. Toprağın yutulması sonucunda da antibiyotik kaynaklı herhangi bir sağlık riski olmayacağı bulunmuştur. Daphnia, alg ve balık ile toprak canlıları için ekolojik risk değerlendirmesi yapılmıştır. En yüksek risk katsayısı (RQ) değeri ham atıksu kaynaklı olup şubat ayında elde edilmiştir. Bu değerlendirmede en yüksek RQ alg için elde edilmiş iken en düşük RQ'nun balık için elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, 20 commonly used antibiotics and 4 of their metabolites, totaling 24 target pollutants, were selected. Raw wastewater, secondary treated wastewater, water treated with ultrafiltration (UF), multilayer sand filter and ultraviolet (MMF/UV), and groundwater samples from the Konya Advanced Wastewater Treatment Plant were used to irrigate lettuce and corn plants. The presence of antibiotics in irrigation water and their transfers to lettuce and corn were evaluated. Antibiotic concentrations in water, soil samples, and plant samples divided into roots, stems, and edible parts after harvest were measured using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS). Health risks for children and adults were calculated based on antibiotic concentrations in the edible parts of the plants. Ecological risks for aquatic organisms, such as algae, daphnia, and fish, as well as soil organisms, were assessed using antibiotic concentrations in irrigation water and soil. Health risk assessments were also conducted for scenarios involving the consumption of irrigation water as drinking water and ingestion of soil. All target antibiotics and metabolites were detected in water samples, while no antibiotic residues were found in groundwater. The highest antibiotic concentrations were found in raw wastewater, ranging from 1932.77 to 22117.78 ng/L. Metabolite concentrations in raw wastewater ranged from 185.69 to 1108.29 ng/L. Macrolides (MLs) were the most abundant antibiotic class in raw wastewater. Azitromycin (AZI), clarithromycin (CLA), and doxycycline having the highest concentration. While antibiotic removal was generally limited, the UF process achieved the highest removal efficiency. Roxithromycin (ROX) was not removed in any treatment process. Sulfamethoxazole (SMX), ROX, and clindamycin (CLI) were found to be resistant to biological degradation. Negative removal values observed for some antibiotics were attributed to reversion from metabolites to parent compounds and the release of antibiotics adsorbed onto suspended solids back into the system. Antibiotics exhibited different transport and transformation mechanisms in lettuce and corn depending on their physicochemical properties. Macrolides (MLs) and quinolone (QN) antibiotics accumulated at the highest levels in lettuce and corn, respectively. Many antibiotics showing a tendency to move from the roots to other plant parts. The highest antibiotic accumulation was observed in lettuce and corn irrigated with raw wastewater. Lettuce showed the highest antibiotic accumulation in the edible parts, while corn exhibited higher concentrations in the stems compared to the edible parts. Antibiotic concentrations in the edible parts of lettuce and corn were measured at 651.52-1045.10 ng/g and 190.06-578.24 ng/g, respectively. In the soil where these plants were grown, antibiotic concentrations were 322.73-490.57 ng/g for lettuce and 148.00-263.00 ng/g for corn. Health risks, both carcinogenic and non-carcinogenic, from consuming lettuce and corn, were evaluated. For children, the hazard index (HI) values for non-carcinogenic risk from consuming lettuce and corn were 3.23×10-3–7.33×10-3 and 3.07x10-3-1.17x10-2, respectively, with lower values for adults. Since all HI values were below the threshold, no non-carcinogenic health risk was anticipated. The total carcinogenic risk (TCR) values for antibiotic-related cancer risk from consuming these plants were in the 10-7 range for both children and adults, indicating no significant carcinogenic risk. Using the toxicity threshold concern (TTC) approach, the required consumption amounts of lettuce and corn to pose a health risk were determined to be much higher than actual consumption levels, suggesting no health risk from eating these plants irrigated with various water sources. Monte Carlo simulation results, based on 100,000 iterations, also predicted no antibiotic-related health risks. Health risks from drinking antibiotic-contaminated water and ingesting contaminated soil were evaluated. It was generally concluded that there would be no health risk from consuming reclaimed water. However, seasonal variations could increase antibiotic concentrations, posing a high HI values for wastewater. No health risks were found for soil ingestion. Ecological risk assessments for daphnia, algae, fish, and soil organisms revealed that the highest risk quotient (RQ) value was in raw wastewater, recorded in February. Algae showed the highest RQ, while fish had the lowest.
Benzer Tezler
- Arıtılmış atıksuların tarımsal sulama amaçlı yeniden kullanımında su kalitesinin önemi ve ürün verimine etkileri
The importance of water quality and its effects on crop yield in the reuse of treated wastewater for agricultural irrigation
ZEKAİ BAHADIR ÇATALOLUK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Çevre MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGEHAN NAS
- Yatay yüzey altı akışlı yapay sulak alan sistemlerinin kullanılarak stabilizasyon havuzu çıkışından alg giderilmesi ve çıkış suyu kalitesinin iyileştirilmesi
Algae removal from downstream of stabilization pond and improvement of effluent quality by using horizontal subsurface flow constructed wetland systems
HALE URUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Mühendislik BilimleriHarran ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. GÜZEL YILMAZ
- Tarımsal sulamada arıtılmış kentsel atıksuyun kullanılmasının risk değerlendirilmesi
Risk assessment of treated urban wastewater for agricultural irrigation
HATİCE NUR GÜREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Çevre MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRE BURCU ÖZKARAOVA
- Farklı işlemlerle arıtılmış atıksuların sulamada kullanımının toprak ve bitki özellikleri ile su kullanımına etkisi
Effects of differently treated wastewater aplication soil and plant characteristics and water use
TALİP TUNÇ
Doktora
Türkçe
2013
ZiraatAtatürk ÜniversitesiTarımsal Yapılar ve Sulama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜSTÜN ŞAHİN