YÜKSEK YAPILI BİTKİLERLE SU KALİTESİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ ve SU KALİTESİNİN BİTKİLER ÜZERİNDEKİ ETKİSİ

Transkript

1 TMMOB Çevre Mühendisleri Odası V. ULUSAL ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ YÜKSEK YAPILI BİTKİLERLE SU KALİTESİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ ve SU KALİTESİNİN BİTKİLER ÜZERİNDEKİ ETKİSİ 1, Suna Özden ÇELİK 2, Atakan ÖNGEN 2 (1) Prof.Dr., Trakya Üniversitesi, Çorlu Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Tekirdağ/Çorlu, aida@corlu.edu.tr (2) Araş.Gör., Trakya Üniversitesi, Çorlu Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Tekirdağ/Çorlu, celiksuna@yahoo.co.uk, aongen@corlu.edu.tr ÖZET Su havzalarının doğal yollarla arıtılması, fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçlerin karşılıklı etkileşimi sonucunda, bozulan su kalitesinin eski haline getirilmesini amaçlamaktadır. Kirlenmiş sulak alanlarda biyogen elementlerin varlığı ve fotosentetik organizmaların bu maddeleri bünyelerinde biriktirebilme kapasiteleri ( N, P gibi ) bu organizmaları doğal arıtım sürecinin aktif üyeleri haline getirmektedir. Araştırmanın yapıldığı alanda Phreagmites communis, Typha laxmanii, Typha angustifolice, Typha acutus, Bolboschanus compactus, Ιuncus litoralis, Ιuncus maritimus vb. türlerin temiz ve karışık formasyonlar oluşturduğu gözlemlenmiştir. Söz konusu alanın hidrokimyasal ve ekolojik yapısı bu formasyonların oluşmasında önemli etkenlerdir. Çalışma kapsamında, mevcut arıtma tesislerinin göle deşarj noktalarından, gölün orta bölgesinden ve gölün güney kıyılarında yaklaşık 6 km lik bir kıyı şeridinde yer etmiş olan Phragmites communis bitkisinin yer altı ve yer üstü kısımlarında yapılan analizler sonucunda aynı ortamın çeşitli alanlarındaki bitkinin organlarında toplanan minerallerin çok farklı oldukları gözlenmiştir. Yıl boyunca aynı noktalardan alınan 3 numune grubunda elementlerin birikim dinamiğinin bitki türüne göre değiştiği belirlenmiştir. Örneğin Phragmites communis in yer altı organlarının yüksek emme ve toplama kapasitesi, yer altı ve yer üstü organlarında farklı birikimlerin gözlenmesine etkendir. Anahtar Kelimeler : Doğal Arıtım, Yüksek Yapılı Su Bitkisi, Nütrient, Atıksu Arıtımı IMPROVING THE WATER QUALITY BY AQUATIC PLANTS AND THE EFFECT OF WATER QUALITY ON PLANT ABSTRACT Treatment of the water resin by natural ways aims at corrupted water quality gets turn as before with interaction of phsical,chemical and biologic process. Availability of biogen material in the polutted wetland and the biogen material accumulation capacity (such as N,P) of photosynthetic organisms gets these organisms on active member of natural treatment period. It has been observed that in the researching area, phreagmites communis,typha laxmanii, Typha angustifolice,typha acutus,bolboschanus compactus,tuncus maritimus e.g. species formed clean and mixed formation.hidrochemical and ecological form of researching area is the important factor in forming these formation.

2 In this study,analyses have been made in Phragmites communis plant s underground and overground parts which in descharge point of available treatment plant,mezo stratum of lake. It has been observed that accumulated minerals in the plants which in different area of same environment are various. It has been derived that the collection dynamics of three sample groups which have been taken in same place changed during a year as to plant species. For example,the high sucking and collection capacity of the underground parts of Phragmites Communis have been effected that the observing different collection in underground and overground parts of this plant. Key Words : Natural Treatment, Large Aquatic Plants, Nutrient, Wastewater Treatment 1.Giriş 1.1. Doğal Arıtım Evsel ve endüstri kaynaklı atıksular su havzalarının kirlenmesinde önemli yer tutmaktadırlar. Yüksek oranda organik azot bileşikleri içeren evsel atıksular ve karmaşık yapıya sahip bileşikler içeren endüstriyel atıksuların su havzalarına karışması sonucu suyun fiziksel ve kimyasal özellikleri yanında su ortamında bulunan mikroorganizmaların yapı ve miktarı, bir başka deyişle biyolojik özellikleri de değişime uğrar. Yüksek yapılı su bitkileriyle doğal arıtım süreci gerek evsel gerekse endüstriyel atıksuların arıtılması amacı ile 1980 li yılların başından itibaren sıkça kullanılmaya başlanmıştır.( Van Rijn, 1996). Araştırmacılar yaptıkları çalışmalar sonucunda doğal artım süreci ile su ortamında ki mevcut askıda maddeler, organik maddeler, nitrojen, fosfor, iz elementler ve bir takım mikroorganizmaların arıtımında başarı sağlanacağını kaydetmişlerdir ( Kadlec and Knight, 1996). Su havzalarının nütrientler bakımında zenginleşmesi ötrofikasyona neden olmakta buna bağlı olarak fotosentetik organizmaların bu nütrientleri ( N, P gibi) kullanabilme özellikleri onları kirlenmiş suların arıtımı sürecinin aktif bir üyesi haline getirmektedir. Söz konusu arıtma çalışmaları temelde fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçlerin ışığında şekillenmektedir. Özellikle su bitkileri ile arıtımın verimi suyun akım hızı, su derinliği, atıksu yükü, hidrolik bekleme süresi, rüzgar ile yer değiştirme, suyun sıcaklığı ve yoğunluğu ayrıca incelenen alanın topografik ve hidrojeolojik özelliklerine göre sürekli olarak değişim göstermektedir. Düşük yatırım ve işletme maliyetinin yanında gerek küçük yerleşimler için gerekse kalabalık yerleşimlerin kanalizasyon sularının arıtılmasında son işlem olarak kullanılabilirliği doğal artımın avantajlarındandır. Bunun yanında konvansiyonel atıksu arıtma teknolojilerine göre düşük işletim hızı bu prosesin dezavantajı sayılabilir (R.B.E. Shutes, 2001). Kirlenmiş göl, havza, akıntı hızının düşük olduğu dere ve nehirlerde yüksek yapılı su bitkileri oluşturdukları gruplarla kirleticilerin önünde doğal bir set oluştururlar. Ayrıca çoğu zaman su ortamının fotosentez sonucu olarak oksijen açısından zenginleşmesinde fitopilanktonlara nazaran daha etkilidirler Hacı Hasan Gölü Çalışmanın yürütüldüğü Hacı Hasan Gölü Abşeron yarımadasının merkezinde Bakü şehrinin batısında yer alıp 5 km lik kıyı şeridine ve 0,6-1 km lik genişliğe sahiptir. Göle Binekadi, Abşeron ve Karadağ bölgesinde dağınık olarak yerleşmiş bulunan karton-kağıt, bira, mobilya kombinesi gibi çeşitli endüstrilerin yanı sıra askeri birliklerin arıtma tesislerinden gelen atıksular da deşarj edilmektedir. Ayrıca gölün kıyı şeridinde kurulmuş olan köylerden de göle gerek kullanılmış su gerekse kanalizasyon atıkları deşarj edilmektedir. Hacı Hasan gölüne deşarj edilen bu atıklar daha sonra akıntı ile birlikte denize kadar ulaşmaktadır. 78

3 Gölün su kalitesini iyileştirmek amacı ile göle deşarj yapılan noktaların öncesinde klorlama ünitesi kurulmuş ancak gerek endüstrilerin gerekse yerleşim yerlerinin dağınık oluşu ve dereye gelen yükün fazlalığı nedeniyle klorlama ünitesi kirlilik yaratan parametreleri tek başına kontrol edebilecek bir sistem olmaktan çıkmıştır. Bu sebeple doğal ortamda bulunan yüksek yapılı su bitkileriyle arıtım sürecide alternatif olarak değerlendirilmiştir. Araştırmanın yürütüldüğü gölde Phragmites communis, Typha laxmanii, Typha angustifolice, Bolboschamus compactus, Bolboschamus marcitimus, Paspalum digitacia, Juncus acutus, Juncus litoralis, Juncus maritimus gibi türlerin karışık formasyonlar oluşturduğu gözlemlenmiş ve söz konusu alanın sürekli farklı yük ve farklı yapıda atıksu deşarjıyla yüz yüze olmasından dolayı hidrokimyasal ve ekolojik yapısının bu formasyonların oluşumunda önemli yer tuttuğu saptanmıştır. 2.Materyal ve Metot Çalışma süresince, endüstrilere ait arıtma tesislerinin göle deşarj yaptığı noktalardan (1. örnek), tesislerin deşarj noktasından yaklaşık 3 km uzaklıkta gölün orta kesimlerinden (2. örnek) ve gölün yaklaşık 5 km uzunluğunda ki güney kıyısında (3. örnek) gruplar oluşturmuş olan Phragmites communis bitkisinin yer altı ve yerüstü kısımlarından 1 yıllık zaman zarfında bitkiler üzerindeki analizler için 3 farklı zamanda numuneler alınarak gölün mevcut su kalitesini belirlemek için ise aylık periyotlarla izleme programı oluşturulmuştur. Laboratuvar çalışmalarında yürütülen analizlerin tamamı Standart Metotlara bağlı kalınarak yapılmış olup, Aquamate Water Analysis Spectrophotometers marka spektrofotometre kullanılarak mineral madde ve ağır metal analizleri gerçekleştirilmiştir. Gölde klorlanma ünitesinin girişinden ve çıkışından alınan numunelerde yapılan analizler sonucunda saptanan parametrelere ait değerler aralık olarak Tablo 1 de gösterilmiştir. Deneylerin yürütüldüğü 1 yıllık süre içerisinde bitkilerin yeraltı ve yerüstü organlarından alınan örneklerde kimyasal analizler yapılarak bitki bünyesinde bir takım minerallerin birikimi takip edilmiştir. İzlenen parametrelerin ölçüm değerleri Tablo 2 de gösterilmiştir. Tablo 1. Klorlamadan önce ve sonra göl suyunun hidrokimyasal yapısı Parametreler Klorlamadan önce Klorlamadan sonra ph Koku (5 puan üzerinden) 5 p durgun 4 p - durgun Bulanıklık (NTU) 7 3 Renk ( derece ile) 7 o 5 o Askıda Katı Madde (mg/l) Petrol Ürünleri (mg/l) BOI 5 (mg/l) COD (mg/l) NH + 4 -N(mg/l) NO 3 N (mg/l) < 2 <2 Tablo 2. Phragmites Communis bitkisinin yer altı ve yerüstü kısımlarında yıl boyunca birikmiş minerallerin miktarları Parametreler 1.Örnek (kg/ha) 2. Örnek (kg/ha) 3. Örnek (kg/ha) Yerüstü Yeraltı Yerüstü Yeraltı Yerüstü Yeraltı K P Ca Mg Na S

4 N (mineral) Si Laboratuvar analizleri sonucunda klorlama ünitesinin çıkısında izlenen parametrelerde bir takım azalmalar saptanmıştır. Ancak gerek askıda maddelerin büyük bir kısmının gerekse çözünmüş maddelerin klorlama ünitesinden sonrada göle ulaştığı izlenmiştir. Tablo2 incelendiği zaman, yıl boyunca bitki bünyesinde biriken maddelerin değişim gösterdiği belirlenmiştir. Minerallerin Phragmites türünün yer altı ve yerüstü organlarında birikim dinamiğinin farklılığı bu bitkinin yeraltı organlarının yerüstü organlarına kıyasla yüksek emme ve toplama özelliğine sahip olmasından ileri gelmektedir. Su kalitesinin izlenmesi amacı ile gölün çıkış bölgesinden alınan su numunelerinde yapılan analizler sonucunda klorlama ünitesinden göle giren suyun bitkilerden oluşan doğal setleri geçmesi sonrasında da izlenen parametrelerde değişiklikler olduğu gözlenmiştir. İzlenen KOI, BOI 5 ve NH + 4 -N parametreleri sırasıyla mg/l, mg/l ve <5 mg/l olarak bulunmuş bu verilere bağlı kalınarak ortalama giderim verimi sırasıyla %60, %67, %67 olarak hesaplanmıştır. Analiz sonuçları Tablo 3 de gösterilmiştir. Tablo 3. Gölün çıkış bölgesinden alınan numunelere ait analiz sonuçları Parametreler Analiz Sonuçları ph Koku (5 puan üzerinden) 4 p durgun Bulanıklık(NTU) 7 Renk ( derece ile) 7 o Askıda Katı Madde (mg/l) BOI 5 (mg/l) COD (mg/l) NH + 4 -N (mg/l) <5 NO 3 N (mg/l) - Phragmites comminus bitkisinin 1 ton/ha lık kurutulmuş yerüstü kısımlarının ve yine kurutulan 50 ton/ha lık kökümsü kütlesinden, sudan ve topraktan aldığı minerallerin miktarını gösteren Tablo 2 de görülüyor ki, su bitkilerinin bünyelerinde mineralleri biriktirme kapasiteleri yüksektir ve doğal arıtımda önemli yer tutmaktadırlar. Bu özelliklerinin yanı sıra zamanla bitkilerin ölen kısımlarının çürümesiyle birlikte bünyelerinde biriken maddeler tekrar su ortamına geçme riskini gösterir. Bu nedenle her yıl vejetasyonun sonuna yakın bu bitkilerin hasat edilmesi gerekmektedir. Araştırma süresince göl suyundaki maddelerin bitkiler üzerinde birikmesinin kontrolü yanında ayrıca Phragmites comminus türü ile birlikte Bolboschamus compactus ve Typha laxmanii türlerinin de göldeki çiçeklenme dönemleri incelenmiş ve göl suyunun bu çiçeklenme üzerine etkisi 6 aylık bir periyot içinde izlenmiştir. Bu amaçla her bir türe ait alınan diğer örneklerle eş zamanlı 3 er örnek alınmış ve çiçeklenme fazları takip edilmiştir. Elde edilen sonuçlar Tablo 4 de gösterilmiştir. 80

5 Tablo 4. Bazı su bitkilerinin çiçeklenme fazına ortamın etkisi Bitki Türü Örnek Aylara göre bitkilerin çiçeklenmesi No IV. V. VI. VII. VIII. IX Bolboschonus Compastus Typha Laxmanii Phragmites Communis *Çizgiler çiçeklenme fazının uzunluğunu temsil etmektedir. Yukarıda da görüldüğü gibi araştırma için seçilmiş üç türün çiçeklenme fazları alınan birinci numunelerde son numunelere göre daha kısa sürmüştür. Bu da bulunan kimyasal madde konsantrasyonlarının, bitkilerin gelişiminde olumsuz etki ettiğini göstermektedir. Üç örnekte de yayılmış bitkilerin oluşturdukları assosiyasyonlarda tür yapısına göre farklılık göstermektedir. İlk örneğin alındığı bölgede az karışık bir grup (Phragmites comminus, Typha laxmanii, Sparganium neclestum) gözlemlenmişken 2. ve 3. örneklerde Phragmites comminus, Typha laxmanii, Juncus acutus, Juncus litoralis, Juncus maritimus, Bolboschomus compactus, Bolboschomus maritimus gibi farklı türlerin oluşturduğu grup dikkat çekmiştir. Yapılan çalışmalar, gölün hidrokimyasal yapısının sadece bitkinin reproduktif organlarının gelişme süresine, bitkilerin oluşturdukları gruplarının tür zenginliğine değil aynı zamanda özellikle yerüstü organlarında biyokütlenin toplanma dinamiğine de doğrudan etki ettiğini göstermiştir. İzlenen su bitkilerinin genel kütleye göre yer altı ve yerüstü organlarının gelişimini gösteren veriler Tablo 5 de gösterilmiştir. Tablo 5. Helofitlerde yer altı ve yerüstü organlarının karşılaştırılması (Genel kütleye göre %) Bitki Adı Örnek 1 (%) Örnek 2 (%) Örnek 3 (%) Yerüstü Yeraltı Yerüstü Yeraltı Yerüstü Yeraltı Bolboschonus Compastus Typha Laxmanii Phragmites Communis Halofitlerin yer altı ve yerüstü organlarının genel kütleye oranla gelişimlerini incelediğimiz zaman çiçeklenme fazında karşılaştığımız duruma benzer bir durum görmekteyiz. Ortamdaki madde konsantrasyonu bitkilerde biyokütlenin oluşumuna özelliklede yeraltı kütlesinin yerüstü kütlesine nazaran daha fazla gelişmesine neden olduğu gözlemlenmiştir. 3.Sonuç Doğal arıtım sürecinin durgun veya durgun sayılabilecek sularda uygulanabilmesi için öncelikli olarak havzanın hidrojeolojik, topografik, iklimsel özellikleri ile birlikte su kütlesinin fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin incelenmesi gerekmektedir. Araştırmanın yürütüldüğü gölün endüstrilerin deşarj alanından uzaklaştıkça yüksek yapılı su bitkilerinin büyümesi ve farklı tür oluşturmaları için uygun bölgelere sahip olduğu ve gelişecek türlerin göle deşarj edilen atıksularla birlikte göldeki madde konsantrasyonlarındaki değişime bağlı olarak oluşacağı belirlenmiştir. Her ne kadar gelişen bitki türleri mineral maddelerin daha yoğun olduğu bölgelerde (1. örnek) çeşitlilik göstermese de minerallerin bünyelerinde tutulmasında oldukça büyük rol oynamaktadırlar. 81

6 Göl suyunun çıkışına yakın bölgelerin (3. örnek) makrofitlerin büyümesi ve grup oluşturabilmeleri için daha uygun olduğu gözlemlenmiştir. Bu bölgede su ve su-kıyı bitkilerinin tür zenginliğine ve gelişen biyokütle miktarına göre daha verimli oldukları belirlenmiştir. Bitkilerin bünyesinde biriken arzu edilmeyen maddelerin tekrar su ortamına geçişini engellemek için bu bitki gruplarının yerüstü organlarının her yıl vejetasyon sonunda hasat edilerek gölden uzaklaştırılmalıdır. Ayrıca göldeki makrofitlerin yanı sıra etkin bir iyileştirme sağlayabilmek için mikro ve zoofitlerin biyokimyasının da araştırılması, coğrafi habitatın belirlenmesi ve bu verilere dayalı kontrol mekanizmalarının belirlenmesi gerekmektedir. 4.Kaynaklar Luederitz V. et. al. (2001), Nutrient removal efficiency and resource economics of vertical flow and horizontal flow constructed wetlands, Ecological Engineering, 18: sf: Scholz M. (2003), Performance predictions of mature experimental constructed wetlands which treat urban water receivinghig h loads of lead and copper, Water Research, 37: Ying-Feng Lin (2002), Nutrient removal from aquaculture wastewater using a constructed wetlands system, Aquaculture, 209: R.B.E. Shutes, (2001), Artificial wetlands and water quality improvement Environment International, 26: , Espun a A., et al. (2003), Design optimisation of constructed wetlands for wastewater treatment Resource Conservation & Recycling, 37: Ayaz S. Ç., Akça L. (2001), Treatment of wastewater by natural systems Environment International, 26, Cheng S. (2002), Efficiency of constructed wetlands in decontamination of water polluted by heavy metals Ecological Engineering, 18: ,. Katanskaya B.M. (1981), Su havzalarında Yüksek yapılı su bitkilerinin incelenmesi Petersburg, , Hailov K.M. (1971), Denizlerde ekolojik Metabolizma D.Kiev, Konin K.H., (1982) Yüksek yapılı bitkilerin ekolojisi Moskova, Rusya, , Van Rijn (1996), The potantial for integrated biological treatment systems in recirculating fish culture : a review.,aquaculture, Vol:139, Kadlec, R.H & R.L Knight (1996), Treatment wetlands, CRC Lewis Publishers, Boca Raton. 893 p. 82