DERİ ENDÜSTRİSİ ATIKSULARININ ARITIMINDA YAPAY SULAK ALANLARIN KULLANIMI ÜZERİNE BİR ÖRNEK ÇALIŞMA

Transkript

1 TMMOB Çevre Mühendisleri Odası V. ULUSAL ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ DERİ ENDÜSTRİSİ ATIKSULARININ ARITIMINDA YAPAY SULAK ALANLARIN KULLANIMI ÜZERİNE BİR ÖRNEK ÇALIŞMA Çev Yük. Müh. Öztan S. Küçük, Prof. Dr. Füsun Şengül, Dr. İlgi K. Kapdan Dokuz Eylül Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca Kaynaklar Kampüsü, İZMİR ÖZET Bu çalışmada biyolojik arıtma uygulanmış deri endüstrisi atıksularından azot giderimi amacıyla, yapay sulak alanların (saz yataklarının) kullanım olasılığı araştırılmıştır. Pilot ölçekli bir yapay sulak alan sisteminde, biyolojik arıtma işleminden geçirilmiş deri endüstrisi atıksularından KOİ, NH 4-N u, PO 4-P u ve toplam krom gibi bazı önemli kirleticilerin giderimi incelenmiştir. Phragmites australis ve Typha domingensis saz türleri ile, sistem kesikli ve sürekli olarak işletilmiştir. Değişik hidrolik alıkonma sürelerinin, başlangıç NH 4-N (1 mg/l ile 3 mg/l) ve değişik yatak tasarımlarının KOİ, NH 4-N u, PO 4-P u, toplam askıda katı madde ve toplam krom giderimi üzerine etkileri değerlendirilmiş ve iki bitki türünün arıtma performansları karşılaştırılmıştır. Typha domigensis bitkisinin dikili bulunduğu yatay yüzeyaltı akışlı saz yatağının, değişik hidrolik alıkonma süreleriyle sürekli çalıştırılması sonucunda KOİ giderme verimi %31, NH 4-N u giderme verimi %5, PO 4-P u giderme verimi %23, toplam krom giderme verimi %55, sülfür giderme verimi %32 olarak gerçekleşmiştir. Sistem kesikli olarak işletildiğinde, alıkonma süresi arttıkça, NH 4-N u ve PO 4-P u giderme verimleri artarken, KOİ giderme verimi düşmüştür. %82 oranında NH 4-N u giderme verimi ve %83 oranında PO 4- P u giderme verimi gibi en yüksek giderme verimleri 14 günlük hidrolik alıkonma süresi ile çalışılan kesikli sistemde elde edilmiştir. Phragmites australis ile yapılan deneysel çalışmalar sonunda ise, %95 in üzerinde NH 4-N u giderme verimi ve ortalama %3 KOİ giderme veriminin elde edildiği 8 gün, optimum hidrolik alıkonma süresi olarak belirlenmiştir. Sistemde yüksek giriş NH 4-N u konsantrasyonlarında, yüksek giderme verimleri sağlanmıştır. 2 mg/l giriş NH 4-N u konsantrasyonunda ve 7 günlük hidrolik alıkonma süresinde, %99 NH 4-N u ve %4 ın üzerinde KOİ giderme verimi elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Deri endüstrisi atıksuyu, saz yatağı sistemi, Typha domingensis, Phragmites australis, NH 4-N u giderimi, KOİ giderimi. TREATMENT OF TANNERY EFFLUENT BY CONSTRUCTED WETLAND SYSTEMS: A CASE STUDY ABSTRACT In this study, the nitrogen removal performance of the horizontal subsurface flow constructed wetland system was investigated for biologically treated tannery effluent. A pilot reed bed plant was constructed to evaluate COD, NH 4-N, PO 4-P and total chromium removal efficiencies in tannery effluent. The main goal of this study was to reduce the ammonium nitrogen concentration in biologically treated tannery effluent. Typha domingensis and Phragmites australis were selected as reed types for evaluations. The reed bed system was worked in batch and continuous mode. The effect of design, hyraulic retention time and inlet NH 4-N concentrations of the system on the removal of COD, NH 4-N, PO 4-P, TSS and total chromium was investigated. The treatment performances of Typha domingensis and Phragmites australis were compared with each others.

2 The removal efficiencies of the horizontal subsurface flow reed bed planted with Typha domingensis which operated continuously at different hydraulic retention times, 31 % for COD, 5 % for NH 4-N, 83 % for PO 4-P, 55 % for Cr and 32 % for S = were achieved. During the batch operation of the reed bed system, the removal efficiencies of NH 4-N and PO 4-P increased with increasing the batch period while COD removal efficiencies decreased. The highest removal efficiencies were achieved at batch period of 14 days such as 82 % for NH 4-N and 83 % for PO 4-P. The removal efficiencies of the horizontal subsurface flow compartmentalized reed bed planted with Phragmites australis were approximately 3 % for COD, over 95 % for NH 4-N, in the reed bed operated continuously at optimum hydraulic retention time of 8 days. The reed bed system provided good treatment performance at high ammonium-nitrogen loadings. The removal efficiencies of the system at hydraulic retention time of 7 days and initial 2 mg/l NH 4-N concentration, were almost 99 % for NH 4-N and 4 % for COD. Key Words: Tannery wastewater, Reed bed systems, Typha domingensis, Phragmites australis, NH 4-N removal, COD removal. GİRİŞ Yapay sulak alan sistemleri kentsel ve endüstriyel atıksu arıtımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yapay sulak alan sistemleri ile tekstil, süt işleme, et işleme ve maden işleme gibi yüksek miktarda azot, fosfor, organik madde, ağır metal ve tuzluluk içeren atıksuların arıtımı başarıyla gerçekleştirilmiştir (Van Oostrom, 1995; Kadlec, 1997; Mungur ve diğerleri, 1997; Tyrrel ve diğerleri, 1997; Burgoon ve diğerleri, 1999; Karpiscak ve diğerleri, 1999). Bu teknoloji koliform giderimi (Green ve diğerleri, 1997; Ottova ve diğerleri, 1997) çamur bertarafı (De Maeseneer,1997), ve sızıntı suyu aırtımında (Bulc ve diğerleri, 1997; Kozup ve diğerleri, 1999) uygulanabilmektedir. Saz yatağı sistemlerinin deri endüstrisi atıksularının arıtımında uygulanabilirliği üzerine yapılan incelemeler, saz yatağı sistemlerinin KOİ giderimi yönünden etkili olduğunu göstermiştir (Daniels, 1996). Dengeleme, kimyasal dozlama ve çöktürme işlemine tabi tutulmuş deri endüstrisi atıksularının saz yatağı sistemleri ile arıtımı üzerine yapılan bir çalışmada %86 KOİ giderme verimi sağlanmıştır (Daniels, 1998). Bir saz yatağı sisteminde, kimyasal yöntemle arıtılmış deri endüstrisi atıksuyunun arıtımı incelendiğinde, saz yatağı sisteminin şok debileri tolere edebildiği ve klasik aktif çamur sistemine alternatif olabilecek düşük maliyetli bir sistem olduğu görülmüştür (Renaudin, 1996). Şimdiye kadar yapılan çalışmaların ışığında planlanan bu çalışma, bir yapay sulak alan sistemi olan saz yatağı sisteminin biyolojik olarak arıtılmış deri endüstrisi atıksuyunda öncelikle amonyum azotu giderme verimini incelemek amacıyla yapılmıştır. Saz yatağı sisteminin Hidrolik alıkonma süresi ve atıksu giriş amonyum azotu konsantrasyonunun, çıkış suyu kalitesine etkisi incelenmiştir. Yatay yüzeyaltı akışlı olarak dizayn edilen saz yatağı sisteminin KOİ, amonyum-azotu, fosfor ve toplam krom giderme performansları araştırılmıştır. MATERYAL VE YÖNTEMLER Deneysel Çalışmalar Pilot ölçekte inşa edilen saz yatağı sistemi, bir ileri arıtma ünitesi olarak biyolojik olarak arıtılmış deri endüstrisi atıksuyunda amonyum-azotunu gidermek amacıyla iki yıl süreyle işletilmiştir. Deneysel çalışmanın ilk aşamasında yatay yüzeyaltı akışlı tek bir yatak kullanılmıştır. Saz yatağı sistemlerinde sıkça kullanılan Typha domingensis türü sazlar pilot saz yatağına dikilmiştir. Bu saz türü, pilot çalışmanın yapıldığı deri işletmesinin civarındaki endüstrilerin çıkış sularını deşarj ettikleri bir çaydan temin edilmiştir. Sazların dikimini takiben üç ay gelişimlerini tamamlayana kadar atıksu analizleri yapılmamıştır. Sistem öncelikle 12 ve 8 günlük hidrolik alıkonma süreleri seçilerek, 4 aylık bir periyotta sürekli 11

3 olarak, daha sonra 1 ay boyunca kesikli çalıştırılmıştır. Sistemin kesikli çalıştırıldığı dönemde dört ayrı deneme yapılmıştır. Birinci denemede atıksu hiç deşarj edilmeden 7 gün süreyle, ikinci denemede 4 gün süreyle, üçüncü denemede 3 gün süreyle ve son olarak da 14 gün süreyle yatakta tutulmuştur. Deneysel çalışmaların ikinci aşamasında, mevcut yatak suyun köklere daha fazla temasını sağlamak amacıyla bölmelere ayrılmıştır. Bu çalışma boyunca bölmelere ayrılmış yatay yüzeyaltı akışlı saz yatağı sistemi kullanılmıştır. Typha domingensis sazlarının dikili olduğu yataktaki deneysel veriler bu türün arıtma performansının yeterli olmadığını gösterdiğinden, çalışmanın bu aşamasında literatürde yaygın saz türü olarak geçen ve deri endüstrisi atıksularının arıtımında başarıyla uygulanmış Phragmites australis türü saz seçilmiştir. Bu saz, diğer saz türünün de bulunduğu aynı çaydan temin edilmiştir. Sazlar yatağa dikildikten sonra ilk iki ay boyunca gelişmesi beklenmiştir. Sistem 5 ile 11 gün arasında değişen 5 farklı hidrolik alıkonma süresi ile 1 yıl boyunca sürekli çalıştırılmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında, saz yatağı giriş atıksuyuna azot çözeltisi içeren sentetik atıksu dozlanmıştır. Bu çalışma yüksek giriş NH 4 -N u konsantrasyonlarında sistemin NH 4 -N u giderme verimini incelemek amacıyla yapılmıştır. Sentetik atıksu, saz yatağı giriş atıksuyunda NH 4 Cl ilave edilerek hazırlanmıştır. Saz yatağına giren atıksuyun NH 4 -N u konsantrasyonu 1 mg/l ile 3 mg/l arasında olacak şekilde ayarlanmıştır. Saz Yatağının İnşası ve Filtre Malzemesi İlk aşamada 6 m uzunluğunda 7 m genişliğinde ve 1.5 m derinliğinde bir hendek kazılmış ve hendek sızdırmaz bir membranla tamamen kaplanarak yatak oluşturulmuştur. Membranın hemen üzerine.1 m kalınlığında kum serilmiştir. Kum tabakasının üzerinde.45 m yüksekliğinde kum ve çakıl karışımı bir tabaka oluşturulmuştur. Yatağın toplam yüzey alanı 42 m 2 ve.3 m su derinliğinde atıksu hacmi 126 m 3 olarak hesaplanmıştır. Typha domingensis sazının dikili bulunduğu yatay yüzeyaltı akışlı saz yatağının kesiti Şekil 1 de görülmektedir. Çalışmanın ikinci aşamasında mevcut yatak bölmelere ayrılmış ve filtrasyonu sağlamak amacıyla çakıl tabakasının altında gömülü olacak şekilde borular yerleştirilmiştir. Kum ve çakıl karışımından oluşan tabaka üzerine daha büyük boyutlu çakıl tabakası oluşturulmuştur. Çakıl tabakası, 5mm ile 15mm arasında değişen çapa sahip çakıllardan meydana getirilmiştir. Yatağın filtre malzemesi en altta.1 m kum, üzerinde.3 m. kum ve çakıl (.25mm 5mm çaplı) karışımı ve en üstte de.45 m çakıl tabakası olacak şekilde yerleştirilmiştir. Bölmelere ayrıldıktan sonra yatağın toplam yüzey alanı 378 m 2 ve.3 m su derinliğinde yataktaki atıksu hacmi 117 m 3 olarak hesaplanmıştır. Phragmites australis sazının dikili bulunduğu bölmelere ayrılmış yatay yüzeyaltı akışlı saz yatağının kesiti Şekil 2 de verilmiştir. Numune Alma ve Analizleme Su numuneleri(örnekleri) saz yatağı giriş ve çıkış suyundan alınmıştır. Alınan su örneklerinde standart metotlara göre (APHA, 1985) KOİ, NH 4 -N u, PO 4 -P u, toplam AKM, toplam krom ve S = analizleri yapılmıştır. Alınan örnekler çok bulanık olmadıkları sürece filtre edilmeden kullanılmıştır. Analizler örnek alındıktan hemen sonra yapılmıştır. Aynı örneklerde ayrıca ph, sıcaklık, elektriksel iletkenlik, çözünmüş oksijen ve tuzluluk parametreleri de ölçülmüştür. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Çalışmanın asıl amacı, yapay bir saz yatağı sulak alan sistemi ile deri endüstrisi atıksularından NH 4 -N giderilmesidir. Bu nedenle, saz yatağı, herhangi bir nutrient eklemesi olmaksızın ve seyreltme yapılmadan örnek seçilen deri işletmesinin atıksu arıtma tesisinin biyolojik arıtma ünitesi çıkış suyu ile beslenmiştir. 12

4 13

5 Typha domingensis Sazının Dikili Olduğu Yatay Yüzeyaltı Akışlı Saz Yatağı Sisteminde Yapılan Çalışmalar Saz yatağına giriş atıksuyunun karakteristikleri Tablo 1 de verilmiştir. Çalışma süresince NH 4 -N u, KOİ, PO 4 -P u, S = ve toplam krom parametreleri izlenmekle beraber, yapay sulak alan sistemi saz yatağı giriş atıksu bileşimini belirlemek amacıyla ph, sıcaklık ve tuzluluk parametreleri de ölçülmüştür. Tablo 1. Saz yatağına giriş atıksuyunun karakteristikleri. Parametre Değişim Aralığı T (ºC) ph 7 8 Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) (mg/l) Amonyum-azotu (NH 4 -N) (mg/l).5 18 Fosfat-fosforu (PO 4 -P) (mg/l) Toplam krom (mg/l) Sülfür (mg/l).4.16 Tuzluluk ( ) 7-8 Typha domingensis sazının dikili bulunduğu yatay yüzeyaltı akışlı saz yatağının 12 ve 8 günlük hidrolik alıkonma süreleriyle 4 aylık bir periyotla sürekli çalıştırılması sonucunda KOİ giderme verimi sırasıyla %13 ve %31, NH 4 -N u giderme verimi %36 ve %5, PO 4 -P u giderme verimi %2 ve %23, toplam krom giderme verimi %44 ve %55, sülfür giderme verimi %26 ve %23 olarak gerçekleşmiştir. Elde edilen veriler saz yatağı sisteminin hidrolik alıkonma süresinin KOİ ve NH 4 -N u giderme verimine etki ederken, toplam krom ve sülfür iyonu giderme verimi üzerinde çok etkili olmadığını göstermiştir. Sistemin kesikli olarak işletildiği süreç boyunca dört ayrı alıkonma süresi ile yapılan denemelerde, kesikli sistemin alıkonma süresi arttıkça, çıkış suyunda NH 4 -N u ve PO 4 -P u konsantrasyonları oldukça düşmüş, fakat KOİ konsantrasyonları giderek artmıştır. Bunun nedeni olarak, su yüzeyinde oluşan alg tabakasının anaerobik ortam koşulları yaratarak çözünmüş oksijen miktarını azaltmış olması gösterilebilir. Sistemin kesikli çalıştığı dönemde, %82 NH 4 -N u giderme verimi ve %83 PO 4 -P u giderme verimi gibi en yüksek giderme verimleri 14 günlük alıkonma süresinde elde edilmiştir. Phragmites australis Sazının Dikili Olduğu Bölmelere Ayrılmış Yatay Yüzeyaltı Akışlı Saz Yatağı Sisteminde Yapılan Çalışmalar Saz yatağına deri işletmesinin biyolojik arıtma ünitesi çıkış suyu sürekli olarak beslenmiştir. Çalışma süresince NH 4 -N u, KOİ, PO 4 -P u ve toplam krom parametreleri izlenmiştir. Yapay sulak alan sistemi, saz yatağına giriş atıksuyu bileşimi Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2. Saz yatağına giriş atıksuyunun karakteristikleri. Parametre 14 Değişim Aralığı T (ºC) ph Çözünmüş Oksijen (mg/l) 2 4 Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) (mg/l) Amonyum-azotu (NH 4 -N) (mg/l) Fosfat-fosforu (PO 4 -P) (mg/l) Toplam Krom (mg/l).5.27 Tuzluluk ( ) 7-8 Elektriksel iletkenlik (µmhos/cm) 1-14

6 Hidrolik Alıkonma Süresi, gün Deri Endüstrisi Atıksularının Arıtımında Yapay Sulak Alanların Kullanımı Sistem ilkbahar dönemi 11, 1 ve 8 gün, yaz dönemi 7 ve 5 günlük hidrolik alıkonma süreleriyle sürekli işletilmiştir. Sistemin performansına mevsimin etkisini incelemek amacıyla, sonbaharda iki aylık bir dönemde, hidrolik alıkonma süresi 7 günde sabit tutularak işletim yapılmıştır. Şekil 3 de, farklı hidrolik alıkonma sürelerinde çıkış suyu NH 4 -N u konsantrasyonu ve NH 4 - N u giderme verimi değişimi görülmektedir. Hidrolik alıkonma süresi 5 gün seçildiğinde, % 6 lık NH 4 -N u giderme verimi elde edilmiş ve giriş suyu NH 4 -N u konsantrasyonu.5 mg/l den çıkışda.2 mg/l ye düşmüştür. Hidrolik alıkonma süresi 7 gün olduğunda, çıkış NH 4 -N u konsantrasyonu.4.8 mg/l aralığında değişmiştir. Hidrolik alıkonma süresinin 11 ile 8 gün aralığında seçildiği ilkbahar döneminde, giriş suyu NH 4 -N u konsantrasyonu sırasıyla ortalama 1 mg/l ve 34 mg/l olarak ölçülmüştür. Sistem 1 günlük hidrolik alıkonma süresinde %85 NH 4 -N u giderme verimi sağlarken, yüksek giriş NH 4 -N u konsantrasyonuna sahip suyla beslendiğinde ve 8 ile 11 günlük hidrolik alıkonma süreleriyle işletildiğinde % 95 NH 4 -N u giderme verimine ulaşılmıştır. Deneysel çalışmaların sonuçları amonyum azotu gideriminin, hidrolik alıkonma süresine oldukça bağlı olduğunu göstermiştir. Amonyum azotu giderme verimi, düşük hidrolik yükleme değerlerine karşılık gelen uzun hidrolik alıkonma sürelerinde, çok yüksek (%95) bulunmuştur. Ayrıca düşük ve yüksek giriş NH 4 -N u konsantrasyonlarında NH 4 -N u giderme veriminde önemli bir farklılık olduğu görülmüştür. Sistem, yüksek giriş NH 4 -N u konsantrasyonunda daha verimli çalışmıştır. Amonyum giderimi oksijen ihtiyacına bağlı olarak değişmektedir. Bu sistemde bitki, kök ve rizomları çevresinde aerobik mikro bölgelerin oluşturulması yoluyla oksijeni rizosfere transfer eder. Bu mikro bölgelerde amonyum iyonları nitrifikasyon bakterileri sayesinde (Nitrosomonas) nitrata ve daha sonra nitrobacter yardımıyla nitrite okside olur. Yaz dönemindeki yüksek sıcaklıktan dolayı, çözünmüş oksijen miktarı düşer ve bu sistemde sınırlayıcı bir faktörü oluşturur. Çözünmüş oksijen miktarının düşmesiyle nitrifikasyon prosesinin yavaşlamasına neden olabilen anaerobik koşullar oluşmaktadır. NH4-N'u Konsantrasyonu, mg/l NH4 -N'u Giderme Verimi, % Çıkış NH4-N Konsantrasyonu Giriş NH4-N Konsantrasyonu NH4-N Giderme Verimi Log. (Çıkış NH4-N Konsantrasyonu) Polinom (NH4-N Giderme Verimi) Şekil 3. Farklı hidrolik alıkonma sürelerinde sürekli işletilen saz yatağının NH 4 -N u giderme verimi değişimi. Farklı hidrolik alıkonma sürelerinde saz yatağındaki atıksuyun KOİ giderme verimi Şekil 4 de verilmektedir. Bir yıllık işletme süresi boyunca atıksu giriş KOİ konsantrasyonu 19 mg/l 3 mg/l arasında değişmiştir. İlkbahar döneminde, hidrolik alıkonma süresi 11 ve 1 gün 15

7 alındığında, KOİ giderme verimi sırasıyla %12 ve %23 olarak bulunmuştur. 8 günlük hidrolik alıkonma süresinde, en yüksek KOİ giderme verimi % 3 olarak elde edilmiş ve çıkış KOİ konsantrasyonu 21 mg/l olarak ölçülmüştür. Hidrolik alıkonma süresi 5 ve 7 gün alındığında, KOİ giderme verimi de düşmüş, sırasıyla ortalama %12 ve %23 lük KOİ giderme verimlerine ulaşılmıştır. KOİ Konsantrasyonu, mg/l Hidrolik Alıkonma Süresi, gün KOİ Giderme Verimi, % Çıkış KOİ Konsantrasyonu KOİ Giderme Verimi Polinom (Giriş KOİ Konsantrasyonu) Giriş KOİ Konsantrasyonu Polinom (Çıkış KOİ Konsantrasyonu) Polinom (KOİ Giderme Verimi) Şekil 4. Farklı hidrolik alıkonma sürelerinde sürekli işletilen saz yatağının KOİ giderme verimi değişimi. Bir yıllık deneysel çalışma boyunca seçilen farklı hidrolik alıkonma sürelerinde, PO 4 -P u giderme verimi ortalama %2 olarak bulunmuştur (Şekil 5). Şekil 5 den görüldüğü üzere sistemin hidrolik alıkonma süresindeki değişim, giderme veriminde önemli bir etki yaratmamıştır. Analizler sürekli işletilen yatay yüzeyaltı akışlı saz yatağı sisteminin düşük PO 4 -P u giderme verimi sağladığını göstermiştir. Düşük PO 4 -P u giderme veriminin nedeni, saz yatağında kullanılan malzemenin türü olabilir. Yapay sulak alan sistemlerinde fosfat gideriminin temel mekanizması, toprak yüzeyine adsorbsiyondur. Bu çalışmada ise asıl amaç amonyum azotu gidermek olduğundan, sistem bu amaca yönelik tasarlanmıştır. Bu nedenle PO 4 -P u giderimi için özel bir filtre malzemesi seçilmemiş, düşük PO 4 -P u giderme verimi kabul edilebilir bulunmuştur. Farklı hidrolik alıkonma sürelerinde çıkış suyu toplam krom konsantrasyonu ve toplam krom giderme verimi değişimi Şekil 6 da verilmiştir. Çalışma boyunca toplam krom konsantrasyonu.2 mg/l civarında kalmıştır. Giderme verimi %43 den biraz artarak %55 e ulaşmış ve atıksu çıkış toplam krom konsantrasyonu bu verimlerle.5 mg/l ve.1 mg/l arasında değişmiştir. Toplam krom, deri işletmesi atıksu arıtma tesisi kimyasal arıtma ünitesinde büyük oranda giderildiğinden, saz yatağı giriş atıksuyunda çok düşük oranlarda olmuştur. Bununla birlikte, bir yıllık bir işletme periyodunun sonunda saz köklerinin etrafında koyu yeşil bir tabaka oluştuğu gözlenmiştir. Bu durum, saz yatağı sisteminde kromun kök bölgesinde biriktiğini göstermektedir. 16

8 PO4-P'u Konsantrasyonu, mg/l Hidrolik Alıkonma Süresi, gün Çıkış PO4-P Konsantrasyonu PO4-P Giderme Verimi Polinom (PO4-P Giderme Verimi) Polinom (Çıkış PO4-P Konsantrasyonu) PO4-P'u Giderme Verimi, % Şekil 5. Farklı hidrolik alıkonma sürelerinde sürekli işletilen saz yatağının PO 4 -P u giderme verimi değişimi. Çıkış Toplam Krom Konsantrasyonu, mg/l,5,4,3,2, Hidrolik Alıkonma Süresi, gün Çıkış Toplam Krom Konsantrasyonu Toplam Krom Giderme Verimi Polinom (Çıkış Toplam Krom Konsantrasyonu) Polinom (Toplam Krom Giderme Verimi) Toplam Krom Giderme Verimi, % Şekil 6. Farklı hidrolik alıkonma sürelerinde sürekli işletilen saz yatağının toplam krom giderme verimi değişimi. 17

9 Sistem Performansındaki Mevsimsel Değişimler Saz yatağı sistemi, farklı mevsimlerde sistemin performansını karşılaştırabilmek amacıyla, yaz ve sonbahar dönemlerinde 7 günlük hidrolik alıkonma süresiyle çalıştırılmıştır. Amonyum azotu giderme verimi, Haziran ayından Ekim ayına kadar izlenen periyotta giderek yükselmiştir. İşletme periyodunun ilk başlarında Haziran Temmuz aylarında NH 4 -N u giderme verimi %4 civarında olmuştur. Daha sonra Temmuz ayında giderme verimi hemen hemen bu değerde sabit kalmıştır. Sistemin NH 4 -N u giderme verimi, Ağustos ve Eylül aylarında %5-55 aralığında gerçekleşmiştir. En yüksek giderme verimine %95 ile Ekim ayında ulaşılmıştır. Benzer şekilde KOİ giderme veriminde de giderek bir yükselme kaydedilmiş, 5 aylık işletme periyodunda KOİ giderme verimi %18 den %3 a yükselmiştir. Sistem performansındaki mevsimsel değişimler Şekil 7 de görülmektedir Giderme Verimi, % Aylar NH4-N Giderme Verimi KOİ Giderme verimi Doğrusal (KOİ Giderme verimi) Polinom (NH4 N Giderme Verimi) Şekil 7. Saz yatağının KOİ ve NH 4 -N u giderme verimine mevsimin etkisi (Hidrolik alıkonma süresi = 7 gün). Yaz mevsiminde saz yatağı sisteminin amonyum azotu giderme veriminin düşük olmasının asıl nedeni, çalışmanın yapıldığı yöredeki aşırı sıcak havadan dolayı, saz köklerinde oksijen miktarının çok düşük olması olabilir. Ayrıca, yüksek oranda buharlaşmadan dolayı saz yatağındaki su seviyesinin düşmesi ile yatak içerisindeki atıksuyun amonyum azotunun da artması mümkün olabilir. Bunlara ek olarak, saz yatağındaki su yüzeyinde oluşan alg tabakasının sistem performansına olumsuz etkisi de söylenebilir. Typha domingensis ve Phragmites australis Bitkilerinin Karşılaştırılması Typha domingensis ve Phragmites australis bitkileri karşılaştırıldığında, her ikisinin de çok iyi bir büyüme ve kök gelişimi gösterdiği söylenebilir. Özellikle Phragmites australis bitkisinin boyu yaz aylarının sonuna doğru 3 m ye ulaşmıştır. Her iki bitkinin de deri atıksularında büyümeye yatkın dayanıklı bitkiler olduğu görülmüştür. Bununla birlikte, deneysel çalışmalar Phragmites australis bitkisinin Typha domingensis bitkisine göre daha iyi bir arıtma performansı kaydettiğini göstermiştir. 18

10 Amonyum Azotu Çözeltisi İçeren Sentetik Atıksu ile Yapılan Çalışmalar Saz yatağı sisteminin, yüksek giriş amonyum azotu konsantrasyonuna sahip atıksuların amonyum azotu giderme verimini incelemek amacıyla, amonyum tuzu çözeltisi içeren sentetik atıksu saz yatağı giriş atıksuyuna dozlanmıştır. Saz yatağı giriş atıksuyunun NH 4 -N u konsantrasyonu 1±2 mg/l, 2±2 mg/l, 3± mg/l olacak şekilde ayarlanmıştır. Hidrolik alıkonma süresi 7 gün, debi m 3 /gün ve hidrolik yükleme oranı.442 m 3 /m 2 gün olarak sabit tutulmuştur. Amonyum azotu içeren sentetik atıksu ile gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, saz yatağı sisteminin amonyum azotu gideriminde çok iyi bir performans sağladığını göstermiştir. Saz yatağı giriş atıksuyunda NH 4 -N u konsantrasyonları 1 mg/l, 2 mg/l ve 3 mg/l olduğunda, sistemin amonyum azotu giderme verimleri sırasıyla yaklaşık % 93, %96 ve %99 olarak gerçekleşmiştir (Şekil 8). Sentetik atıksu ile yapılan çalışmada bu üç farklı giriş NH 4 - N u konsantrasyonlarında KOİ giderme verimi ise %2, %47 ve %29 bulunmuştur. En yüksek KOİ giderme verimi %47, 2 mg/l giriş NH 4 -N u konsantrasyonuna sahip atıksu ile çalışıldığı dönemde elde edilmiştir. Bunun nedeni olarak da saz köklerinde birikmiş mikroorganizmalar için en uygun C/N oranının bu dönemde sağlanmış olabileceği düşünülmüştür. Saz yatağı giriş atıksuyu NH 4 -N u konsantrasyonları 1 mg/l, 2 mg/l ve 3 mg/l olduğunda, sistemin toplam AKM giderme verimleri sırasıyla yaklaşık %36, %34 ve %23 olarak gerçekleşmiştir. Deneysel veriler, saz yatağının toplam AKM giderme verimlerinin düşük olduğunu ve saz yatağı giriş atıksuyu NH 4 -N u konsantrasyonunun sistemin toplam AKM giderme verimine önemli bir etkisi olmadığını göstermektedir. Bununla birlikte sistemin toplam AKM giderme performansını değerlendirebilecek ölçüde yeterli veri elde edilemediği söylenebilir. 12 NH4-N, KOİ, AKM Giderme Verimi, % Giriş NH4-N Konsantrasyonu, mg/l NH4-N Giderme Verimi KOİ Giderme Verimi AKM Giderme Verimi Şekil 8. Sentetik atıksu ile yapılan deneysel çalışmalarda elde edilen NH 4 -N u, KOİ ve toplam AKM giderme verimleri 19

11 DEĞERLENDİRMELER VE ÖNERİLER Deneysel çalışmalar yatay yüzeyaltı akışlı saz yatağı sisteminin arıtma performansının önemli ölçüde hidrolik alıkonma süresine bağlı olduğunu göstermiştir. Maksimum %95 amonyum azotu giderme verimi sağlayan 8 gün, optimum hidrolik alıkonma süresi olarak belirlenmiştir. Saz yatağı sisteminin yüksek giriş NH 4 -N u konsantrasyonlarına (2 mg/l 3 mg/l) sahip atıksularla beslendiğinde, daha iyi azot giderme verimi sağlamasının nedeninin, bu atıksuların yataktaki saz köklerine ve köklerdeki mikroorganizmalara gelişimleri için yeterli oranda azotu sağlamış olabileceği sonucuna varılmıştır. Saz yatağı sisteminin KOİ, PO 4 -P u ve toplam krom giderme performansı düşük olduğu ve hidrolik alıkonma süresine bağlı olarak önemli bir değişiklik göstermediği gözlenmiştir. Sistemin KOİ giderme verimini sınırlayan en önemli faktörün çözünmüş oksijen konsantrasyonu olabileceği ortaya çıkmıştır. Buradan hareketle daha yeterli oksijen miktarı sağlayabilen kombine bir dikey-yatay akışlı yatak sistemi tasarımı ile KOİ giderme veriminin de arttırılabileceği tahmin edilmektedir. Bu çalışma ile deri endüstrisi atıksularının nihai arıtımı için yeni bir teknolojik yaklaşım sunulmakta ve saz yatağı sisteminin biyolojik olarak arıtılmış deri endüstrisi atıksularına uygulanabileceği gösterilmektedir. Ayrıca bu çalışma ile saz yatağının yüksek oranda amonyum azotu içeren atıksuları tolere edebildiği belirlenmiştir. Sistemin kimyasal arıtma çıkış suları ile beslenmesi durumunda, amonyum azotu giderme veriminin daha yüksek olacağı tahmin edilmektedir. Saz yatağı sistemleri, düşük ilk yatırım maliyeti, düşük enerji, ve işletme maliyeti gereksinimi ve hiçbir kimyasal maddde gerektirmemesi açısından doğal arıtma sistemleri arasında çok verimli ve oldukça ekonomik bir teknoloji olarak önerilebilir. KAYNAKLAR Bulc,T., Vrhovšek, D. and Kukanja, V. (1997). The use of constructed wetland for landfill leachate treatment.water Science and Technology, 35 (5), pp Burgoon P.S., Kadlec, R.H.and Henderson, M. (1999). Treatment of potato processing wastewater with engineered natural systems.water Science and Technology, 4 (3), pp De Maeseneer J.L. (1997). Constructed wetlands for sludge dewatering. Water Science and Technology, 35 (5), pp Daniels, R.P. (1996). An overview of reed bed technology. World Leather, November 9, p.49 Daniels, R.P. (1998) Investigation: the potential of reed beds for treating wastewaters from leather manufacture. World Leather, November 11, pp Green, M.B., Griffin, P., Seabride, J.K.and Dhobie, D. (1997). Removal of bacteria in subsurface flow wetlands. Water Science and Technology, 35, (5), pp Greenberg, A. E., Trussell, R. R. and Clesceri, L. S. (1985). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (16 th ed.) American Public Health Association, American Water Works Association and Water Pollution Control Federation. Kadlec R. H. (1997). Deterministic and Stochastic aspects of constructed wetland performance and design. Water Science and Technology, 35, 5, pp Karpiscak, M. M., Freitas, R. J., Gerba C. P., Sanchez, L. R., and Shamir, E. (1999). Management of dairy waste in the Sonoran Desert using constructed wetland technology. Water Science and Technology, 4, (3), pp

12 Kozub, D. D. and Liehr, S. K. (1999). Assessing denitrification rate limiting factors in a constructed wetland receiving landfill leachate. Water Science and Technology, 4, (3), pp Mungur, A.S., Shutes R.B.E., Revitt D.M. and House M.A. (1997).An assesment of metal removal by a laboratory scale wetlands. Water Science and Technology,35, (5), pp Ottavá V., Balcarová J. and Vymazal J. (1997); Microbial characteristics of constructed wetlands.water Science and Technology, 35,( 5), pp Tyrrel,W.R., Mulligan, D.R., Sly,L.I., and Bell L.C. (1997). Trialing wetlands to treat coal mining wastewaters in a low rainfall, high evaporation environment.water Science and Technology, 35, (5), pp van Oostrom, A. J. (1995). Nitrogen removal in constructed wetlands treating nitrified meat processing effluent. Water Science and Technology, 32, (3), pp