TÜRKİYE DE ARITILMIŞ ATIKSU VE BESİYERLERİN TARIMDA YENİDEN KULLANILMASI

Transkript

1 ÖZET TÜRKİYE DE ARITILMIŞ ATIKSU VE BESİYERLERİN TARIMDA YENİDEN KULLANILMASI Ebru SARIKAYA 1, Göksel N. DEMIRER 2, Selçuk Göçmez 3, Timur ESEMEN 4, Daniel KLEIN 5, Thomas DOCKHORN 6 1,2 Orta Doğ Teknik Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye, sarikaya.ebru@metu.edu.tr, goksel@metu.edu.tr 3 Adnan Menderes Üniversitesi, Toprak Bilimleri Bölümü, Güney Kampüsü, Aydın, Türkiye 4,5,6 Technische Universität Braunschweig, Institute of Sanitary and Environmental Engineering, Braunschweig-Germany, t.esemen@tubraunschweig.de, d.klein@tu-braunschweig.de, t.dockhorn@tu-braunschweig.de Ülkemizde artan nüfusun ihtiyaçlarını karşılamak için endüstriyel, kentsel ve tarımsal faaliyetiler hızla artmaktadır ve bu faaliyetler sonucunda ortaya çıkan kirleticiler doğal su kaynaklarını kirletmektedir. Bu nedenle su kaynaklarının korunması ve sürdürülebilir kullanılması önem kazanmaktadır. Sosyal faktörlerin yanı sıra ekonomik ve çevresel faktörler de su kaynakları yönetimini yeni bir yaklaşım olan atıksuların yeniden kullanılmasına yönlendirmektedir. Bu çalışmanın amacı mevcut su ve besiyer kaynaklarını tarımsal faaliyetlerde kullanmak için atıksuların geri kullanım teknolojilerinin uygulanabilirliğini ve potansiyelini belirlemektir. Bu kapsamda Türkiye deki mevcut su kaynakları, evsel ve endüstriyel su ihtiyaçları ve tüketim değerleri belirlenmiştir. Detaylı bir araştırmanın sonuncunda mevcut atıksu arıtma tesislerinin teknolojileri ve atıksu deşarj kaliteleri belirlenmiş ve ilgili yasal mevzuatlar çerçevesinde değerlendirmeler gerçekleştirilmiştir. Arıtılmış atıksuyun tarımsal faaliyetlerde yeniden kullanılması esnasında gerekli olan kriterleri sağlayacak on farklı modül hazırlanmış ve farklı senaryolar ışığında, atıksu arıtma sistemi maliyet ve arıtma performansı açısından karşılaştırılabilecek; sağlayacağı altyapı ile işletim sistemlerinde yapılacak değişikliklerin maliyet ve arıtma performansını nasıl etkileyeceği kolaylıkla görebilecek; özellikle tarımsal sulama için önem arz eden çıkış suyundaki toplam fosfor ve nitrojen miktarlarının sistemler arası değişikliği rahatça karşılaştırılabilecek; sulamanın yanı sıra arıtma sonucu ortaya çıkacak çamurunun miktarı, toplam fosfor ve nitrojen miktarının sistemler arası değişikliği rahatça karşılaştırılabilecek ve ülke, hatta bölge şartlarına göre işletim ve maliyet parametrelerindeki değişiklikler rahatlıkla modüler sistemlere işlenebilecek ve anında yarattığı değişiklikler gözlemlenebilecektir. Anahtar sözcükler: atıksu, atıksu arıtma teknoloji modülleri, tarımsal sulama, yeniden kullanım 1. GİRİŞ Ülkemizin içinde bulunduğu hızlı kalkınma süreci ve hızlı nüfus artışı sonucunda artan ihtiyacı karşılamak amacıyla endüstriyel, kentsel ve tarımsal etkinliklerde artışlar yaşanmıştır. Bu etkinliklerin sonucunda ortaya çıkan kirleticiler su kaynaklarımızın da kirlenmesine neden olmaktadır. Hızlı nüfus artışı nedeniyle ülkemizin nüfusu 2009 yılında 72 milyona ulaşmıştır. Bu nedenle su kaynaklarımızın hızla artan kentsel içme ve kullanma suyu, endüstriyel ve tarımsal su talebini karşılayabilmeleri için rasyonel kullanılması ve ciddi, etkili bir biçimde korunması gerekmektedir (Çevre Durum Raporu, 2007). Türkiye de su kaynaklarının ana kullanıcısı tüm dünyada olduğu gibi tarımdır verilerine göre tarım sektöründe 29.6 milyar m 3 su kullanılmakta ve 4.9 milyon hektar alan sulanmaktadır (TÜSİAD, 2008). Su kaynaklarının azalmakta ve tehlike altında olduğu günümüz koşullarında tarımın ihtiyaç duyduğu suyun karşılanmasında alternatif sulama kaynakları geliştirilmelidir. Atık suların yeniden kullanımı özellikle doğal kaynaklarla tarımın ihtiyaç duyduğu suyun karşılanmasının daha güç olduğu Akdeniz bölgesinde uygulanabilir bir seçenek sunmaktadır (Bozkurt ve Ödemiş, 2007). Atık suyun yeniden kullanımı teorik olarak, uygun koşullar sağlanması koşuluyla, mümkündür. Arıtılmış atık suyun kalitesi ile suyun geri kullanım amacına göre istenen su özellikleri birbiriyle uyumlu olmalıdır. Arıtılmış atık suyun yeniden kullanımı için seçilecek teknoloji; arıtılmış atık suyun özellikleri, geri kullanım amaçları için kalite kriterleri, güvenilirlik, işletme kolaylığı ve ekonomik imkan konuları göz önüne alınarak belirlenmelidir (Büyükkamacı, 2009). Ayrıca, tarımsal sulama için arıtılmış su geri kullanımında gerekli su miktarı, arıtılmış suların kalitesi ve sistem tasarımı konuları önemli olan noktalardır. Ürünün su gereksinimi, iklimsel koşullara bağlı olarak farklılık göstermekte ve mevsimsel sulama suyu ihtiyacının değişimi; yağmura, sıcaklığa, ürün tipine, bitkinin büyüme kademesine ve diğer faktörlere bağlıdır. Atıksuyun tarımsal sulamada kullanımı çalışmalarında işin sağlık boyutu çok büyük bir öneme sahiptir. Hijyen eksikliği kaynaklı hastalıklar birçok gelişmekte olan ülkede yüksek ölüm oranlarının nedeni olmaya devam etmektedir. Birçok araştırma bu hastalıkların patojenlerden kaynaklandığını göstermiştir. Bu patojenlerin birçoğunun da atıksuda varolduğu düşünülürse, atıksuların tarımsal sulamada kullanımı sırasında hijyene ve sağlık açısından gerekli tüm koşullara dikkat etmek önemli bir konu olarak kendini göstermektedir. Bununla birlike varolan patojenleri sıfır değerine azaltarak, hiçbir risk yaratmaksızın atıksuların tarımsal sulamada kullanımı mümkündür. Bu nedenle, bu koşulları sağlayacak yaklaşım ve teknolojilerin benimsenmesi ve uygulanması atıksuyun yeniden kullanımı sürecinde çok önemlidir (Neubert, 2009).

2 Yerel koşullar da göz önüne alınarak en etkin teknolojinin seçiminde karşılaştırmanın rahat ve esnek bir şekilde yapılabileceği bir araç kullanmak faydalı olacaktır. Bu çalışmayla modüler atıksu arıtma teknolojileri üzerinde durulmuştur. Geliştirilen her model belli bir teknolojiye odaklanmış ve üzerinde değişiklikler yapılarak karşılaştırmalar yapılabilmektedir. Modüler tasarım aracı kullanılarak bir birim veya toplam bir sisteme ait kütle ve enerji dengesinin yanı sıra yatırım ve işletme maliyetleri hesaplanabilmektedir. Mevcut sistemler veya yapılması planlanan sistemlerle ilgili işletme parametreleri değiştirilerek farklı senaryolar üzerinde çalışılabilecektir. 2. METODOLOJİ Türkiye deki Atıksu Arıtma Tesisi Potansiyeli Çevre ve Orman Bakanlığı tarafından 2009 yılında yayınlanan Çevresel Göstergeler Kitabına göre atıksu arıtma tesisi ile hizmet veren belediye sayısı 1994 yılında 71 iken bu rakam 2009 yılının ilk 6 aylık dönemi sonunda 6 kattan fazla artarak 452 ye ulaşmıştır yılında 145 olan atıksu arıtma tesisi sayısı ise, 2009 yılının ilk 6 aylık dönemi sonunda 232 ye ulaşmıştır. Atıksu arıtma tesisi ile hizmet verilen nüfusun toplam belediye nüfusuna oranı 2002 yılında %51, 2008 yılı sonu itibari ile de %65 olarak belirlenmiştir. Atıksu arıtma tesislerinden faydalanan nüfusun, 2017 yılına kadar nüfusu den büyük olan belediyelerde %100 e, 2000 den büyük olan belediyelerde ise %90 ın üzerine çıkartılması hedeflenmektedir. Atıksu arıtma tesislerinde arıtıma tabi tutulan atık suların %79 u biyolojik, %11 i mekanik, %10 u ileri yöntemler ile arıtılmaktadır (ÇOB, 2008). Şekil 1 de Türkiye deki Atıksu Arıtma Tesisi ile hizmet veren belediyelerin yılları arasındaki değişimi verilmiştir (ÇOB, 2008). Şekil 1:Atıksu Arıtma Tesisi ile Hizmet Veren Belediyeler (ÇOB, 2009) 2008 yılında 3225 Belediyeye uygulanan anket sonuçlarına göre, Türkiye deki toplam tesis sayısı 236, toplam kapasite m 3 /yıl, toplam arıtılan miktar m 3 /yıl, fiziksel arıtma tesisi sayısı 29, biyolojik arıtma tesisi sayısı 158, ileri (gelişmiş) arıtma tesisi sayısı 32 ve doğal arıtma tesisi sayısı 17 dir (ÇOB, 2008). Türkiye deki atıksu arıtma tesisleri dağılımına bakıldığında, bağlı bulunan tesislerin homojen bir dağılım izlemediği görülmektedir. Farklı atıksu arıtma tesislerinin modüler bazda değerlendirilmesi ve tercih yapılması açısından uygun bir ortam sağlayacaktır. Atıksu Arıtma Tesislerinin Modüler Tasarımı Tasarlanan modüler atıksu arıtma işletim sistemleri ile birden çok atıksu arıtma sistemi maliyet ve arıtma performansı açısından karşılaştırılabilecek; sağlayacağı altyapı ile işletim sistemlerinde yapılacak değişikliklerin maliyet ve arıtma performansını nasıl etkileyeceği kolaylıkla görebilecek; özellikle tarımsal sulama için önem arz eden çıkış suyundaki toplam fosfor ve nitrojen miktarlarının sistemler arası değişikliği rahatça karşılaştırılabilecek; sulamanın yanı sıra arıtma sonucu ortaya çıkacak çamur miktarının, toplam fosfor ve nitrojen miktarının sistemler

3 arası değişikliği rahatça karşılaştırılabilecek; ülke, hatta bölge şartlarına göre işletim ve maliyet parametrelerindeki değişiklikler rahatlıkla modüler sistemlere işlenebilecek ve anında yarattığı değişiklikler gözlemlenebilecektir. Bu modüler işletim sistemleri kullanılarak atıksu arıtma tesislerinin farklı birimleri, örneğin klasik aktif çamur, damlatmalı filtre veya dezenfeksiyon ünitesi, vb., ayrı ayrı tasarlanarak ve hesaplamaları yapılabilmektedir. Bununla birlikte birbirinden bağımsız hesaplanan ve tasarlanan bu birimler gerektiğinde birleştirilebilir ve belirli koşullar altındaki durumlar için farklı atıksu arıtma teknolojileri arasındaki farklılıklar karşılaştırılabilir olacaktır. Şekil 2 de geliştirilen modüler işletim sistemleri çerçevesinde yer alan teknolojiler yer almaktadır. Geliştirilen modüller ham atıksu karakterizasyonu göz önüne alınarak tasarlanmış, kütle ve enerji dengeleri bu temel üzerine oluşturulmuştur. Atıksu Arıtımı Çamur Arıtımı Besiyer Kazanımı Dezenfeksiyon M1- Birincil Çökeltim M6-Anerobik Çamur Çürütme M8- Sıvılardan geri kazanım M10- UV Dezenfeksiyonu M2-Aktif Çamur M7- Aerobik Çamur Öürütme M9- Katılardan geri kazanım M3-Damlatmalı Filtre M4- Stabilizasyon Havuzu M4- Anerobik Arıtım Şekil 2:Tasarlanan modüler atıksu arıtma teknolojileri Tarımsal Su İhtiyacı Tarımsal su ihtiyacı hesaplamalarında tarım alanları, ürünlerin yetiştirilme yüzdeleri göz önüne alınmıştır. Ürünlerin aylara göre tarımsal su ihtiyacını hesaplayabilmek için gerekli parametreler şu şekilde sıralanabilir: ekim zamanı, kök derinliği, ürün verimi, yağış, sıcaklık, nem, rüzgâr, güneşlenme süresi, toprak nemi, maksimum yağmur infiltrasyon oranı ve maksimum kök derinliği. Çalışmada bütün bu parametrelerin bir bütün olarak kullanılabildiği ve ürünlerin aylık net su ihtiyacının hesaplanabildiği CROPWAT programı kullanılmıştır (FAO, 2006). Örnek Çalışma: Menemen Bölgesi Bu çalışmada anlatılan çalışmaların detaylı uygulaması İzmir in Menemen ilçesi için hazırlanmıştır yılı genel nüfus sayımı sonuçlarına göre ilçe nüfusu olup, Menemen Atıksu Arıtma Tesisi kişiye hizmet vermektedir (TUIK, 2011, IZSU, 2010). Menemen bölgesinin de içinde yer aldığı Gediz Havzası hem u bölgenin hem de civar bölgelerin su gereksinimini karşılamaktadır. Bu durum Gediz Havzası kaynaklarının aşırı kullanımına ve hızla tükenmesine yol açmaktadır (Gündoğdu & Kocataş, 2006). Mevcut atıksu arıtma tesisi azot ve fosfor arıtımını içeren havalandırmalı biyolojik aktif çamur tipindedir. Su veya çamurun geri kullanılmasına yönelik bir çalışma yürütülmemektedir. Mevcut atıksu arıtma tesisi M2c-Aktif Çamur (Çamur bekleme süresi:25 gün) olarak tanımlanabilir. Menemen bölgesi tarımsal alanları yaklaşık ha olup, detaylı ürün dağılımı Şekil 3 de verilmiştir (Menemen Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Enstitüsü, 2008). Ürün dağılımına bakıldığında %52 lik oranla en fazla ekilen ürünün pamuk olduğu görülmektedir.

4 1% 5% 9% 1% 1% 2% 2% 20% 7% 52% Mısır Pamuk Sebze Bağ Kavun Meyve Zeytin Bostan Yem bitkileri Narenciye Şekil 3: Menemen bölgesi tarım ürünleri dağılımı Modüler İşletim Sistemleri Çıktıları Şekil 4 de gösterilmiş olan çıktılar Menemen Atıksu Arıtma Tesisi nde yer alan aktif çamur sistemi (M2) için tasarlanan modüller olup, bütün hesaplamalarda eşdeğer nüfus (EN) dikkate alınmıştır. Giriş atıksuyu parametreleri Çizelge 1 de verilmiştir (İzmir Belediyesi, 2011). Çizelge 1: Menemen Atıksu Arıtma Tesisi giriş suyu kalite değerleri Giriş Kalite Değerleri KOİ (mg/l) BOİ (mg/l) AKM (mg/l) Toplam P (mg/l) Toplam-N (mg/l) ,6 Yukarıda da anlatıldığı gibi giriş parametreleri kullanılarak modüler tasarımlar yapılmakta ve işletme parametreleri (çamur bekleme süresi, sıcaklık, besiyer geri kazanımı, vb.) değiştirilerek enerji ve kütle dengesindeki değişimler ve bunların maliyetler üzerine yansımaları gözlemlenmektedir. Bu çalışmada yer alan modüller sırasıyla M2a (Çamur bekleme süresi=10 gün, N ve P arıtım ünitesi dahil değil, birincil arıtım ünitesi dahil), M2b (Çamur bekleme süresi=25 gün, birincil çökeltim ünitesi dahil değil, N ve P arıtım ünitesi dahil) ve M2c (Çamur bekleme süresi=15 gün, N ve P arıtım ünitesi dahil, birincil çökeltim ünitesi dahil). Böylelikle M2a ve M2b için giriş yükleri daha fazla olmuştur. Şekil 5 te çamur bekleme süresi 25 gün olan ve birincil çökeltim tankı olmayan aktif çamur sisteminin enerji ihtiyacı diğer iki modüle oranla daha fazladır. Çamur bekleme süresini 15 günden 10 güne çektiğimizde ise çamur yaşı 25 gün olan sisteme göre yaklaşık %10 enerji kazancı sağlanmaktadır. Aynı zamanda 10 günlük bir çamur bekletme süresi ile besiyer bakımından oldukça zengin bir çıkış suyu elde edilmektedir.

5 1730 MWh 173 MWh 1907 MWh 190 MWh H.H H.H Atıksu Ç.Y:10 gün İ.Ç Arıtılmış atıksu Atıksu Ç.Y:25 gün İ.Ç Arıtılmış atıksu 1183 t KOİ 107 t TN 59 t TP M2a Çamur 276 t KOİ 35 t TN 6 t TP 394 t KOİ 72 t TN 53 t TP 2760 t KOİ 118 t TN 65 t TP M2b Çamur 289 t KOİ 32 t TN 57 t TP 394 t KOİ 72 t TN 8 t TP 1820 MWh 182 MWh M2a: Aktif çamur, birincil çökeltim var, P ve N giderimi yok. Çamur bekleme süresi:10gün H.H M2b: Aktif çamur, birincil çökeltim yok, P ve N giderimi var. Çamur bekleme süresi:25 gün Atıksu Ç.Y:15 gün İ.Ç Arıtılmış atıksu M2c: Aktif çamur, birincil çökeltim var, N ve P giderimi var. Çamur bekleme süresi: 15 gün 1183t KOİ 107 t TN 59 t TP M2c Çamur 289 t KOİ 20 t TN 13 t TP 394 t KOİ 72 t TN 26 t TP H.H: İ.Ç: Havalandırma havuzu İkincil çökeltim tankı Atıksu Miktarı: 210 l/ed*gün Şekil 4: Aktif çamur modüler işletim sistem tasarımları (verilen yükler ve enerji verileri yıl bazındadır) Maliyet hesaplamalarında beton ve makinalar için sırasıyla için 30 ve 12 yıllık amortisman süreleri kullanılmıştır. Yıllık faiz oranı %5 kabul edilmiştir. Elektrik enerjisi için yapılan hesaplamalarda 0,11 /kwh kullanılmıştır. Çizelge 2: Üç farklı modülün yıllık maliyet karşılaştırması Modül 2a Modül 2b Modül 2c Toplam yatırım ( /yıl) İnşaat ( /yıl) Makina ( /yıl) maliyeti ( /yıl) Kimyasal maliyeti ( /yıl) Σ ( /yıl) Maliyet hesaplamaları göstermektedir ki uzun havalandırmalı sistem (M2b) hem toplam yatırım hem de enerji maliyetiyle diğer iki sistemden daha yüksek maliyet gerektirmektedir. Bu üç sisteme alternatif olarak daha düşük çamur yaşı, birincil çökeltim tankı ve anerobik çamur çürütme sistemi işletilebilir. Çizelge 3 de alternetif modül ve Menemen Atıksu Arıtma Sistemin mevcut durumu kıyaslanmıştır.

6 Çizelge 3: Menemen Atıksu Arıtma Tesisi Mevcut durumu (M2b) ve alternetif senaryo (M1= Birincil çökeltim tankıi M2c= Aktif çamur-ç.y:15 gün, M6= Çürütme tankı) Senaryo M 2b (mevcut durum) M 1+ 2c+ 6 Toplam çamur (t AKM/yıl) Elektrik enerjisi (MWh/yıl) elk. çürütücü tankı tüketimi (MWh/yıl) 0 45,6 elk.. - havalandırma tankı tüketimi (MWh/yıl) elk -. Birincil çökeltim tankı tüketimi (MWh/yıl) Toplam enerji ihtiyacı (MWh/yıl) maliyeti ( /yıl) Birincil çökeltim tankı maliyeti ( /yıl) Çürütme tankı maliyeti ( /yıl) Çamur bertaraf maliyeti ( /yıl) Toplam maliyet ( /yıl) Çizelge 3 de sunulan alternatif senaryo mevcut durumdan fazla iki farklı birim içermesine rağmen toplam maliyetlerinin neredeyse aynı olduğu görülmektedir. Bu da anaerobik bir çürütücü sisteme eklendiği takdirde kendini işletmeye başladığında amortize edeceğini göstermektedir. Arıtılan atıksuyun tarımda kullanılacağı göz önüne alınarak, yılın farklı dönemlerinde sulamada ihtiyaç duyulan besiyer miktarlarına bağlı olarak çamur yaşı değiştirilebilir ve böylelikle sistemler esnek bir şekilde işletilebilir. 3. SONUÇ VE DEĞERLENDİRME Modüler işletme sistemleri kullanılarak Menemen Atıksu Arıtma Tesisi için alternatif senaryolar geliştirilebilir. Toplam yıllık maliyet başlığı altında incelendiğinde görülmüştür ki farklı arıtım birimleri eklendiğinde mevcut durum maliyetine yakın maliyetlerde sistemler geliştirilebilmektedir. Bunun yanında eklenen çamur çürütücü ile yıllık atılan çamur miktarındaki düşüş (30 t/yıl) ve enerji maliyetlerindeki kazanç ( /yıl) ortaya çıkmıştır. Çalışılan alternatif senaryo sonucu yıllık 71 t TN ve 8 t TP nin tarımsal sulamada kullanılabileceği ortaya çıkmıştır. Bu da yapılan çalışmanın ekonomik açıdan da sağlanacak kazancı ortaya koymaktadır. Modüler işletim sistemleri kullanılarak yapılması planlanan atıksu arıtma tesisleri üzerinde çalışmalar yürütülebilir, arıtılmış atıksuyun kullanılacağı alana bağlı olarak parametrelerde gerekli değişiklikler yapılarak, sistem çıktıları karşılaştırılabilir ve böylelikle hem ekonomik hem de çevresel açıdan sağlayacağı farklılıklar değerlendirilebilir. Sonuç olarak modüler işletim sistemleri, atıksu arıtma seçeneklerinin karşılaştırılabilerek en etkin sistemi seçmekte yardımcı olmak için hazırlanan kullanıcı dostu bir araçtır.

7 REFERANSLAR Bozkurt Sefer ve Ödemiş Berkant, Geri Dönüşüm Sularının Damla Sulamada Kullanım Olanakları, 7. Ulusal Çevre Mühendisliği Kongresi, Yaşam Çevre Teknoloji, Ekim 2007, İzmir. Büyükkamacı Nurdan, Su Yönetiminin Etkin Bileşeni: Yeniden Kullanım, İzmir Kent Sorunları Sempozyumu, İzmir, Çevre ve Orman Bakanlığı, 2008, Atıksu Arıtımı Eylem Planı ( ) FAO Rome ( ): CropWat infores_databases_cropwat.html Gündoğdu, V., & Kocataş, A. (2006). Gediz Nehir Havzası Yönetim Planı Oluşturulmasına Yönelik Bir Yaklaşım. Aquatic Sciences, 23, IZSU (2011): İzmir Büyükşehir Belediyesi; Menemen Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Enstitüsü (2009): Güncellenebilir arazi bilgi sisteminin sulama şebekesi düzeyinde toprak ve su yönetiminde kullanılması, TÜBITAK Project Nr.: 106 O 070 Neubert Susanne, Wastewater reuse: how integrated and sustainable is the strategy?, Water Policy, Vol.11, 37 53, T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı, Türkiye Çevre Durum Raporu, Çevresel Etki Değerlendirmesi ve Planlama Genel Müdürlüğü Çevre Envanteri Dairesi Başkanlığı, Ankara, TUIK (2011): Türkiye İstatistik Kurumu; Türk Sanayicileri ve İşadamlari Derneği (TUSİAD), Türkiye de Su Yönetimi: Sorunlar ve Öneriler, Eylül 2008.