Anaerobik Stabilizasyon Havuzlarýnda Aðýr Metal Giderimi: Bursa Örneði

Transkript

1 Cilt:12 Sayý:46 (2003), 1-7 Anaerobik Stabilizasyon Havuzlarýnda Aðýr Metal Giderimi: Bursa Örneði Aysýn GÝRAY KAYNAK BUSKÝ Arýtma Tesisleri Daire Baþkanlýðý, Batý Atýksu Arýtma Tesisi, Özlüce, BURSA Yücel TAÞDEMÝR Uludað Üniversitesi, Müh. Mim. Fakültesi, Çevre Müh. Bölümü, Görükle, BURSA ÖZET Bu çalýþma kapsamýnda, Bursa'daki iki adet atýksu arýtma tesisi incelenmiþtir. Bu tesisler, fiziksel arýtma üniteleri ve anaerobik stabilizasyon havuzlarýndan oluþmaktadýr. Arýtma tesislerinden alýnan numunelerde 14 farklý aðýr metalin analizi gerçekleþtirilmiþtir. Her iki tesise gelen aðýr metal konsantrasyonlarýnýn, toplam krom ve mangan hariç istatistiksel olarak birbirinden farklý olmadýklarý belirlenmiþtir. Ancak, ölçülen bu metal konsantrasyonlarýnýn kentsel nitelikli atýksulardaki deðerlere oranla yüksek olduklarý gözlenmiþtir. Her iki tesisin metal giderme verimleri çalýþýlmýþtýr. Bu 14 metal için ortalama giderim verimleri %7 ile %65 arasýnda deðiþmiþtir. Anaerobik stabilizasyon havuzlarýnda baþlýca aðýr metal giderim mekanizmasýnýn partiküler formdaki metallerin çökelmesi ile gerçekleþtiði belirlenmiþtir. Anahtar Kelimeler: Anaerobik stabilizasyon havuzlarý, aðýr metal, Bursa. Heavy Metal Removal in Anaerobic Stabilization Ponds: Bursa Case ABSTRACT In the scope of this study, two wastewater treatment plants in Bursa were investigated. These plants include both physical treatment units and anaerobic stabilisation ponds. Samples, which were obtained from the plants, were analysed for 14 different heavy metal species. Heavy metal concentrations coming to these two plants were not statistically different from each other ecept T. Cr and Mn. However, these measured metal concentrations were observed to be higher than the levels eisted in municipal wastewater. Metal removal efficiencies of both plants were also studied. Average removal efficiencies fluctuated between 7% and 65% for these 14 species. Main heavy metal removal mechanism in anaerobic stabilisation ponds have been achieved by sedimentation of particulate metal forms. Keywords: Anaerobic stabilisation ponds, heavy metal, Bursa. GÝRÝÞ Anaerobik stabilizasyon havuzlarýnda arýtma, anaerobik þartlar altýnda mikroorganizmalar tarafýndan parçalanabilir organik maddelerin metan ve karbondioksit gibi gazlara ve parçalanamayan katýlara dönüþtürülmesi ile gerçekleþmektedir (Tchobanoglous ve Burton, 1991). Su sýcaklýðýnýn C'nin altýnda olmasý halinde ise, sadece çökelme ile arýtma gerçekleþmektedir (Mara, 1976). Anaerobik stabilizasyon havuzlarý, iklim koþullarýnýn uygun ve arazi maliyetlerinin ucuz olduðu durumlarda (Arthur, 1983) veya yüksek katý içeren kuvvetli atýksular için ön arýtma ünitesi olarak tercih edilmektedirler (Mara, 1976). Stabilizasyon havuzlarýnýn, uzun bekletme sürelerine baðlý olarak, toksik maddelere ve þok yüklere karþý tamponlama kapasitesi yüksektir (Arthur, 1983). Stabilizasyon havuzlarý aðýr metal gideriminde kýsmen etkilidir. Ham atýksuda; kadmiyum, krom, bakýr, nikel ve çinko metallerinin her birinden maksimum 6 mevcutsa veya toplam metal konsantrasyonu 60 'yi geçmiyorsa, anaerobik havuzlar görevini fonksiyonel olarak yerine getirebilmektedir (Zickefouse ve Hayes, 1977). Anaerobik havuzlarda yeterince kükürtlü bileþik varsa, aðýr metaller sülfürler olarak çöktürülerek giderilmektedir (Alabaster ve ark., 1991). Aðýr metaller, insan faaliyetleri sonucu veya doðal kaynaklardan çevreye yayýlýrlar. Ham sularda eser miktarda bulunsalar da endüstriyel faaliyetler sonucu atýksulardaki konsantrasyonlarý artar (Þengül, 1993; Sawyer ve ark., 1994). Metallerin büyük bir bölümü canlýlarda birikim yapar. Birikim sonucu canlýlarýn bünyesinde yoðunlaþan bu elementler, etkili dozlara ulaþtýklarýnda, ciddi hastalýklara hatta ölümlere sebep olabilirler (Þengül, 1993; Kargý, 1995; Beyazýt ve Peker, 1998). Sucul ortamda bir organizma için toksisite, metalin tür ve konsantrasyonuna, organizmanýn türüne, suyun fiziksel ve kimyasal özelliklerine baðlý olarak deðiþir. Arýtma tesislerinde biyolojik arýtmada toksisite seviyesi; çözünürlük, elementin iyonik konsantrasyonu, çamur kütlesi, ph, hidrolik bekletme süresi ve çamur yaþý gibi þartlara baðlý olarak deðiþim gösterir (Beyazýt ve Peker, 1998). Yapýlan araþtýrmalar, selenyum, demir, mangan, kobalt gibi elementlerin doðal olarak yer kabuðundan sulara karýþtýðýný, magnezyum, potasyum, kalsiyum elementlerinin deniz suyunun doðal bileþenleri olup, hava ortamýna denizlerden geçtiðini, buna karþýlýk çinko, bakýr, kadmiyum, civa, antimon, gümüþ, arsenik, kurþun, krom, ve selenyum gibi kronik ve akut zehirliliði yüksek elementlerin insan faaliyetleri Ocak - Þubat - Mart 2003, Sayý: 46 1

2 Ekoloji sonucunda oluþup, atmosfere ve alýcý ortamlara ulaþtýklarýný ortaya koymaktadýr (Þengül, 1993). Organizmalarýn büyümesi için bazý iz elementlere ihtiyaç vardýr. Bu amaçla en fazla gereken iz elementler, demir, çinko ve mangandýr. Bu elementler bazý enzimlerde kofaktör olup, metabolizmayý düzenleyici rol oynarlar. Bazý özel durumlarda gereken iz elementler ise, bakýr, kobalt, molibden, sodyum, klorür, kalsiyum, nikel ve selenyumdur. Bu elementlerden bakýr, enzim elektron aktarým zinciri elemanlarýnda yer alýr. Nikel ise metanojenler tarafýndan kullanýlýr (Kargý, 1995). Atýksuyun fiziksel ve kimyasal yapýsý metallerin giderimini etkilemektedir. Düþük ph deðerlerinde metaller ve organikler arasýnda bazý etkileþimler varken, yüksek ph deðerlerinde metaller hidroksitler olarak çökelirler (Cheng ve ark., 1975). Brown ve ark. (1973), evsel atýksu arýtma tesisinde kadmiyum giderim verimini düþük bulmuþ, bunun ph 7-9 aralýðýnda kadmiyum iyonlarýnýn yüksek çözünürlüðe sahip olmasýndan kaynaklandýðýný ileri sürmüþtür. Atýksuda bulunabilecek amonyum, sitrat, tartarat, EDTA (etilendiamintetraasetikasit) ve NTA (nitriloasetikasit) gibi kompleksleþtirici maddelerin varlýðýnda, metallerin toplam çözünürlüðü artacaðýndan, metallerin taþýnmasý ve hidroksitler þeklinde çöktürülerek giderilebilmesi önlenebilmektedir (Brown ve Lester, 1979; Çalýþkan, 2002). Çözünmüþ metallerin çökelmesine etki eden etmenler ise, bekletme süresi ve atýksu içindeki çözünmüþ organik maddenin varlýðýdýr (Nejmeddine ve ark., 2000). Bekletme süresi arttýkça çözünmüþ metallerin giderim verimi artmakta, atýksudaki çözünmüþ organik madde içeriði arttýkça çözünmüþ metallerin giderim verimi azalmaktadýr (Nejmeddine ve ark., 2000). Bu çalýþmadaki baþlýca amaç, Bursa Büyükþehir Belediyesi'ne ait mevcut atýksu arýtma tesislerindeki (Doðu Atýksu Arýtma Tesisi (D.A.A.T.) ve Batý Atýksu Arýtma Tesisi (B.A.A.T.)) ana ünite olan anaerobik stabilizasyon havuzlarýnýn aðýr metal giderim verimlerinin araþtýrýlmasýdýr. Bu kapsamda tesislere gelen atýksulardaki baþlýca aðýr metal türleri ve konsantrasyon seviyeleri belirlenmiþ ve tartýþýlmýþtýr. MATERYAL VE METOT Numune Alýmlarý ve Hazýrlanmasý D.A.A.T. ve B.A.A.T.'nin arýtma veriminin belirlenmesi için atýksu arýtma tesisi giriþinden ve çýkýþ yapýsýndan ISCO 3700 taþýnabilir numune alma cihazý ile her iki saatte bir 500 ml olmak üzere toplam 6 l numune, 24 saatlik kompozit halinde alýnmýþtýr. Kompozit numuneler, aðzý kapalý plastik bidonlar ile ve koruma önlemlerine dikkat edilerek, en kýsa sürede A.GÝRAY KAYNAK-Y.TAÞDEMÝR BUSKÝ (Bursa Su ve Kanalizasyon Ýdaresi), D.A.A.T. Laboratuvarý'na getirilerek analiz edilmiþtir. Alýnan su numuneleri, öncelikle CEM marka MARS-5 model mikrodalga cihaz ile özümlenerek (digestion) analize hazýrlanmýþtýr. Özümlemede amaç, numunenin içindeki organik maddenin parçalanarak giriþimini azaltmak ve metalleri serbest metal formlarýna dönüþtürmektir. Numune hazýrlama iþlemi þu þekilde özetlenebilir: 40 ml numune hücre kabýna alýnýp, üzerine 6 ml nitrik asit (HNO3) ve 4 ml hidroklorik asit (HCl) ilave edilir. Hücrelerin kapaklarý kapatýlarak, numuneler cihaza yerleþtirilir ve mikrodalga cihazýnda en yüksek basýnç (180 psi) ve sýcaklýða (160 0 C) 10 dakikada çýkarýlýr. Ýkinci adýmda numuneler, 10 dakika süre ile C sýcaklýk altýnda bekletilir. Son adýmda ise 10 dakika boyunca numune soðumaya býrakýlýr. Bu süre sonunda (30 dakika), numuneler ortam sýcaklýðýna soðutulur ve 100 ml'lik balon jojelere alýnýr. Özümlenmiþ numune çift distile edilmiþ su ile 100 ml'ye tamamlanarak ICP cihazýnda analize hazýr hale getirilir Analiz Metotlarý Aðýr metal analizlerinde VARIAN marka MPX Simultane model ICP cihazý kullanýlmýþ olup cihazýn analiz þartlarý ve ölçüm yapýlan dalga boylarý Tablo 1'de özetlenmiþtir. Tablo 1. ICP cihazýndaki analiz þartlarý ve kullanýlan dalga boylarý. Cihaz parametre ve deðerleri Aðýr metaller ve kullanýlan dalga boylarý Torch gücü 1 kw Ag 328,068 Plazma gaz akýþý 15 l/dk Al 396,152 Taþýyýcý gaz akýþý 1,5 l/dk As 188,980 Tekrar okuma sayýsý 3 B 249,772 Tekrarý okuma süresi 5 s Cd 214,439 Enstrüman stabilizasyon süresi 15 s Cr 267,716 Numune besleme süresi 30 s Cu 327,395 Peristaltik pompa hýzý 15 rpm Fe 238,204 Yýkama süresi 10 s Mn 257,610 Korelasyon katsayýsý limiti 0,995 Ni 231,604 Pb 220,353 Sb 206,834 Sn 189,927 Zn 213,857 Toplam metal miktarýnýn tayininde D.A.A.T. ve B.A.A.T'i giriþ ve çýkýþýndan alýnan kompozit numuneler mikrodalga cihazda özümlendikten sonra ICP'de analiz edilmiþtir. Çözünmüþ metal formlarýnýn belirlenebilmesi için ise alýnan kompozit numuneler Cellulose Acetate tip 0,45 mm'lik filtre kaðýdýndan (Sartorius) süzülmüþ ve bu süzüntü suyu, mikrodalga cihazýnda özümlenerek ICP cihazýnda analiz edilmiþtir. ICP cihazýnda analize baþlamadan önce, þahit ile dedektör kalibrasyonu ve 5 ppm'lik Merck marka mangan ayar çözeltisi ile de dalga boyu kalibrasyonu yapýlýr. Kalibrasyondan sonra analizi yapýlacak element isimleri, seçilen element için uygun dalga boylarý, kullanýlacak standart kalibrasyon çözelti konsantrasyon ve sayýlarý ve numune sayýsý ICP programýna girilerek bir metot oluþturulur. Þahit, 2 Ocak - Þubat - Mart 2003, Sayý: 46

3 Anaerobik Stabilizasyon Havuzlarýnda Aðýr Metal Giderimi: Bursa Örneði Ekoloji Tablo 2. Endüstriyel sektörlerdeki kirleticiler (Nemerow, 1978; Þengül, 1991). Plastikkauçuk Tekstil Deri Metal Gýda Kirleticiler end. end. end. end. end. Organik kirlilik ph Sýcaklýk Katý madde Alkalinite Yað-Gres Deterjan,sabun Krom ve türevleri Bakýr Demir Nikel Kalay Siyanür Çinko Sülfür Tuzluluk Organik-inorganik asitler Alkali ve asidik boyalar Solventler Selüloz, polimer, Katalist silikat, fenol, standart kalibrasyon çözeltileri ve özümlenmiþ numuneler otomatik örnekleyicideki tüplere konur ve analiz baþlatýlýr. Cihazda önce þahit, sonra standart kalibrasyon çözeltileri ve son olarak da numuneler okunur. Kullanýlan standart kalibrasyon çözeltileri, Merck marka sertifikalý çözeltilerdir. Analizlerde kullanýlan standart kalibrasyon çözeltileri 0,05 ppm, 0,1 ppm, 0,25 ppm, 0,5 ppm ve 1 ppm 'lik konsantrasyonlarda hazýrlanýr ve içine %5 konsantrasyonda olacak þekilde deriþik HNO 3 ilave edilir. Eðer numune konsantrasyonu daha yüksek ise, bu durumda kullanýlan kalibrasyon çözeltisi konsantrasyonlarý 1 ppm, 2 ppm, 5 ppm ve 10 ppm'dir. Þahit numunesi, çift distile edilmiþ suya %5 konsantrasyonda deriþik HNO 3 ilave edilerek hazýrlanýr. Ýstatistiksel Metot Ýstatistiksel hesaplamada, bilinmeyen ve eþit deðiþkenli iki baðýmsýz ortalamanýn karþýlaþtýrýldýðý F ve t testleri kullanýlmýþtýr (Anderson, 1987). BULGULAR VE TARTIÞMA Bursa'da aðýrlýklý olarak faaliyette bulunan endüstriyel sektörlerden bazýlarý ve onlardan kaynaklanan kirleticiler Tablo 2'de özetlenmiþtir. Bursa'daki Organize Sanayi Bölgeleri dýþýnda aðýrlýklý olarak faaliyet gösteren endüstriyel sektörler; tekstil 80 adet, deri 90 adet, metal kaplama ve iþleme 26 adet, oto yýkama-yaðlama 160 adet, oto yan sanayi 6 adet, plastik-kauçuk 16 adet, gýda 8 adet, halýçamaþýr yýkama 13 adet, beton santrali 7 adet, yemek sanayi 31 adet'dir (Anonim, 2000). Pilot Organize Sanayi Bölgesi'nin kendi atýksu arýtma tesisi bulunduðu için, bu atýksular kanalizasyona verilmemekte ve arýtýlýp Nilüfer Çayý'na deþarj edilmektedir. Demirtaþ Organize Sanayi Bölgesi ise arýtma tesisi kurmak için fizibilite çalýþmalarýný yürütmekte, halihazýrda atýksularýný arýtmadan Nilüfer Çayý'na deþarj etmektedir. Bursa'daki D.A.A.T. ve BA.A.T.'ne gelen atýksular evsel ve endüstriyel nitelikli atýksularý içermektedir. BUSKÝ tarafýndan iþletilen iki arýtma tesisinde, organize sanayi bölgeleri dýþýnda faaliyet gösteren endüstrilerin atýksularý ve evsel atýksular arýtýlýp, Nilüfer Çayý'na deþarj edilmektedir. D.A.A.T. ve B.A.A.T' ndeki temel arýtma ünitesi anaerobik stabilizasyon havuzlarý olup, bu havuzlara ait bazý temel veriler Tablo 3'te sunulmuþtur. Tablo 3. Mevcut atýksu arýtma tesisleri iþletme deðerleri (Anonim, 2001). D.A.A.T. B.A.A.T. Debi (l/s) 1299,5 ± 127,8 255,2 ± 119,1 Hidrolik Bekletme Süresi (HBS Gün) 2,8 ± 0,3 7,8 ± 3,4 Derinlik (m) ph (Ham atýksu) 7,9 ± 0,3 7,8 ± 0,2 Biyokimyasal Oksijen Ýhtiyacý (BoÝ 5 ) 241,2 ± 45,9 416,9 ± 133,5 Askýda Katý Madde (AKM Mg/l) 248,4 ± 88,5 282,4 ± 94,4 Hacimsel Organik Yükleme (g BoÝ 5 / m 3 gün) 83,4 ± 13,8 54,7 ± 13,8 Not: Tablodaki deðerler ortalama ± standart sapma deðerini göstermektedir ile tarihleri arasýnda yaklaþýk 2 ay boyunca, haftanýn beþ iþ günü D.A.A.T. ve B.A.A.T.'nde ham atýksu ve arýtýlmýþ sudan toplam 27 adet numune alýnmýþtýr. Alýnan numunelerde gümüþ, alüminyum, arsenik, bor, kadmiyum, toplam krom, bakýr, toplam demir, mangan, nikel, kurþun, antimon, kalay ve çinko olmak üzere 14 adet aðýr metalin analizi yapýlmýþtýr. Bu metallerden 11 tanesi özellikle ''BUSKÝ Atýksu Deþarj Yönetmeliði'' kanalizasyona deþarjý sýnýrlandýrýlmýþ parametreler olmasý nedeniyle seçilmiþtir. Bor ve antimon hariç kalan 9 aðýr metal ayný zamanda ''Su Kirliliði Kontrol Yönetmeliði, Tablo 25-Atýksularýn Atýksu Altyapý Tesislerine Deþarjýnda Öngörülen Atýksu Standartlarý'' tablosunda da bulunmaktadýr. Bu 11 parametreye ilave olarak alüminyum, demir ve mangan metalleri de analiz edilmiþtir. Her iki tesisten (D.A.A.T. ve B.A.A.T.) alýnan toplam 27 adet numune ile tesislere gelen metal kirleticilerinin seviyeleri belirlenmiþ ve Tablo 4 ve 5'de verilmiþtir. Bu tesislere yüksek konsantrasyonlarda gelen baþlýca aðýr metaller; alüminyum (2,77 ve 2,68 ), bor (1,28 ve 1,25 ), bakýr (4,66 Ocak - Þubat - Mart 2003, Sayý: 46 3

4 Ekoloji A.GÝRAY KAYNAK-Y.TAÞDEMÝR Tablo 4. D.A.A.T. nin giriþ ve çýkýþ suyundaki toplam ve çözünmüþ metal konsantrasyonlarý. Element Ham atýksu Arýtýlmýþ atýksu Çöz. metal oraný (%) Toplam Toplam Çöz. metal metal metal Çöz. metal Giriþ Çýkýþ Ag 0,023 ± 0,048 0,015 ± 0,031 0,017 ± 0,032 0,015 ± 0,030 77,3 ± 20,3 88,5 ± 16,4 Al 2,771 ± 1,774 0,173 ± 0,141 1,069 ± 0,650 0,158 ± 0,106 8,0 ± 7,0 18,3 ± 14,7 As 0,078 ± 0,076 0,044 ± 0,049 0,057 ± 0,049 0,034 ± 0,032 50,6 ± 29,7 62,4 ± 32,0 Bor 1,275 ± 0,662 0,792 ± 0,454 1,134 ± 0,594 0,754 ± 0,329 66,3 ± 24,2 75,1 ± 26,3 Cd 0,004 ± 0,008 0,002 ± 0,004 0,003 ± 0,007 0,001 ± 0,003 56,6 ± 32,7 63,8 ± 33,3 Top. Cr 1,209 ± 1,055 0,072 ± 0,062 0,423 ± 0,219 0,066 ± 0,049 8,6 ± 6,6 17,5 ± 11,9 Cu 4,656 ± 6,330 0,722 ± 0,726 3,042 ± 5,135 0,529 ± 0,467 28,5 ± 24,6 36,1 ± 26,2 Top. Fe 2,486 ± 1,702 0,346 ± 0,694 0,958 ± 0,597 0,229 ± 0,231 14,8 ± 14,5 23,4 ± 15,9 Mn 0,134 ± 0,050 0,074 ± 0,036 0,110 ± 0,021 0,070 ± 0,026 58,4 ± 24,7 63,8 ± 23,0 Ni 0,498 ± 0,783 0,135 ± 0,167 0,263 ± 0,499 0,081 ± 0,054 44,0 ± 24,3 53,7 ± 23,7 Pb 0,523 ± 0,872 0,054 ± 0,082 0,355 ± 0,788 0,047 ± 0,069 15,4 ± 12,9 25,8 ± 24,1 Sb 0,054 ± 0,044 0,034 ± 0,031 0,040 ± 0,024 0,029 ± 0,021 61,8 ± 22,0 64,7 ± 28,9 Sn 0,028 ± 0,021 0,013 ± 0,013 0,021 ± 0,020 0,013 ± 0,016 49,9 ± 29,8 57,9 ± 26,9 Zn 5,795 ± 6,794 1,538 ± 1,569 3,484 ± 4,124 1,075 ± 1,058 35,2 ± 24,5 38,6 ± 23,2 ve 5,94 ), demir (2,49 ve 3,11 ) ve çinkodur (5,80 ve 9,02 ). Parantez içindeki deðerlerden ilki D.A.A.T. ve ikincisi B.A.A.T. ortalama toplam metal konsantrasyonu deðerini vermektedir. Bu metallerin diðerlerine göre daha yüksek konsantrasyonda olmasýnýn sebebi, Bursa'da metal ve tekstil sektörlerinin yoðunluðundandýr. Bunun yanýnda gümüþ, arsenik, kadmiyum, antimon ve kalay her iki arýtma tesisinde oldukça düþük seviyededirler. Tablo 5. B.A.A.T. nin giriþ ve çýkuýþ suyundaki toplam ve çözünmüþ metal konsantrasyonlarý. Element Ham atýksu Arýtýlmýþ atýksu Çöz. metal oranlarý (%) Toplam metal Çöz. metal Toplam metal Çöz. metal Giriþ Çýkýþ Ag 0,015 ± 0,032 0,010 ± 0,026 0,014 ± 0,032 0,011 ± 0,029 54,7 ± 39,9 62,6 ± 34,2 Al 2,679 ± 1,597 0,290 ± 0,283 1,017 ± 0,651 0,212 ± 0,149 12,7 ± 13,2 25,0 ± 18,0 As 0,076 ± 0,066 0,038 ± 0,039 0,050 ± 0,052 0,032 ± 0,041 57,8 ± 26,6 59,0 ± 25,6 Bor 1,250 ± 0,527 0,914 ± 0,408 1,138 ± 0,410 0,885 ± 0,331 75,2 ± 26,5 79,2 ± 18,0 Cd 0,003 ± 0,004 0,001 ± 0,002 0,002 ± 0,003 0,001 ± 0,002 51,1 ± 39,1 62,2 ± 38,0 Top. Cr 0,136 ± 0,076 0,039 ± 0,033 0,075 ±0,029 0,038 ± 0,022 31,7 ± 20,4 54,9 ± 24,3 Cu 5,943 ± 9,887 1,068 ± 1,588 4,534 ± 5,887 1,063 ± 1,619 33,9 ± 25,6 45,1 ± 28,2 Top. Fe 3,114 ± 1,319 0,385 ± 0,391 1,236 ± 0,586 0,342 ± 0,120 13,4 ± 10,8 30,8 ± 12,6 Mn 0,250 ± 0,108 0,129 ± 0,047 0,210 ± 0,071 0,128 ± 0,042 57,0 ± 19,2 63,2 ± 16,2 Ni 0,852 ± 1,693 0,229 ± 0,449 0,620 ± 0,786 0,221 ± 0,446 46,9 ± 30,9 47,2 ± 28,2 Pb 1,065 ± 2,038 0,180 ± 0,501 0,722 ± 1,094 0,160 ± 0,459 12,6 ± 14,6 18,6 ± 25,0 Sb 0,046 ± 0,030 0,032 ± 0,027 0,040 ± 0,026 0,030 ± 0,026 65,8 ± 22,5 67,4 ± 29,5 Sn 0,027 ± 0,026 0,015 ± 0,022 0,022 ± 0,024 0,014 ± 0,020 42,9 ± 33,0 57,6 ± 37,5 Zn 9,018 ± 13,704 1,778 ± 1,275 6,686 ± 9,103 1,279 ± 1,127 38,6 ± 30,6 32,8 ± 22,0 D.A.A.T. ve B.A.A.T. 'lerine gelen ham atýksudaki ortalama toplam metal konsantrasyonu seviyelerinin benzerliðini tespit etmek için, t-testi uygulanmýþtýr. Ýstatistiksel hesap sonucunda, toplam krom ve mangan haricindeki 12 metalin konsantrasyonlarýnýn her iki tesiste de birbirinden farklý seviyelerde Tablo 6. Bazý aðýr metallerin kanalizasyona deþarj deðerleri. Aðýr metal BUSKÝ Atýksu Deþarj Yönetmeliði () Su Kirliliði Kontrol Yönetmeliði () Gümüþ 5 5 Arsenik 3 3 Bor 3 - Kadmiyum 2 2 Toplam Krom 5 5 Bakýr 3 2 Nikel 5 5 Kurþun 3 3 Antimon 3 - Kalay 5 5 Çinko 5 10 olmadýðý bulunmuþtur. Bu sonuç, her iki arýtma tesisine gelen atýksularýn metal içerikleri bakýmýndan, benzer sektörlerden kaynaklandýðýný ve yaklaþýk olarak ayný karakterde olduklarýný göstermektedir. Ham atýksudaki toplam krom D.A.A.T.'inde daha yüksek konsantrasyondadýr. Bunun nedeni, Samanlý bölgesindeki yaklaþýk 90 adet deri imalatçýsýnýn kromca zengin atýksularýnýn D.A.A.T.'ne gelmesidir. B.A.A.T.'nde ise, ham atýksuda manganýn konsantrasyonu daha yüksek seviyelerdedir. Mangan doðal sularda bulunmaktadýr. Bursa'da bir çok endüstri, üretimde proses suyu olarak yeraltý suyunu kullanmaktadýr. Yeraltý suyunu kullanan endüstrilerin yoðunluðu ve daðýlýmý konusunda herhangi bir çalýþma henüz yapýlmadýðý için, kentin doðu bölgesinde mi yoksa batý bölgesinde mi daha çok yeraltý suyu kullanýlýyor bilinmemektedir. Ancak mangan konsantrasyonunun B.A.A.T.'inde daha yüksek konsantrasyonda olmasý, belki de bu bölgede yeraltý suyu kullanýmýnýn daha fazla olduðunun bir göstergesi olabilir. Toksik etkileri nedeniyle kanalizasyon sistemine deþarjý sýnýrlandýrýlmýþ aðýr metallar ve deþarj sýnýr deðerleri Tablo 6'da verilmiþtir. Ham atýksudaki, metal konsantrasyonlarýnýn ''BUSKÝ Atýksu Deþarj Yönetmeliði'' ndeki atýksu parametrelerinin kanalizasyona deþarjýnda öngörülen üst sýnýr deðerleri bakýmýndan incelendiðinde, bakýr (3 ) ve çinkonun (5 ) sýnýr deðerlerini aþtýðý görülmektedir. Sýnýr deðerler, hem kanalizasyon sistemini hem de kanalizasyon sistemi sonundaki arýtma tesisinde biyolojik aktiviteyi olumsuz etkileyebilecek konsantrasyonlarý tanýmlamaktadýr. Ayrýca sýnýr deðer üzerindeki konsantrasyonlar biyolojik olarak yeterince arýtýlamayacaðý için, alýcý ortamlarda toksik etkiye neden olabilecektir. Bu nedenle, sýnýr deðerleri aþan metallerin kaynaklandýðý endüstriyel sektörlerin gerekli önlemleri almalarý saðlanmalýdýr. Fas kentinin atýksularýný arýtan ve stabilizasyon havuzlarýndan oluþan arýtma tesisindeki ham atýksu aðýr metal deðerleri (Nejmeddine ve ark., 2000) ile Ýsrail'deki stabilizasyon havuzlarýna gelen ham atýksu deðerleri (Drora ve ark., 1987) Tablo 7'de özetlenmiþtir. Fas kentinden kaynaklanan atýksular evsel nitelikli olup, kentte bulunan sektörler; gýda, ziraat ve el sanatýdýr. Ýsrail'deki atýksular ise, aðýrlýklý olarak evsel niteliktedir. Tablo 7 incelendiðinde, Bursa atýksu Tablo 7. Ham atýksulardaki ortalama toplam metal konsantrasyonlarý (). Parametre Nejmeddine ve ark. (2000) Drora ve ark. (1987) Lester (1983) Cd 0,017 0,002 0,002 0,024 Cu 0,034 0,034 0,030-0,660 Pb 0,070 0,054 0,010-0,630 Zn 0,549 0,224 0,060-8,940 4 Ocak - Þubat - Mart 2003, Sayý: 46

5 Anaerobik Stabilizasyon Havuzlarýnda Aðýr Metal Giderimi: Bursa Örneði Ekoloji arýtma tesislerindeki ham atýksuyun daha yüksek konsantrasyonlarda aðýr metal içerdiði görülmektedir. D.A.A.T. ve B.A.A.T.'nde bazý parametreler için oranýn 175 kata kadar çýktýðý hesaplanmýþtýr. Bu yüksek oranlar, Bursa'daki bazý endüstrilerin atýksularýný þehir kanalizasyonuna deþarj etmelerinden kaynaklanmaktadýr. Tablo 4 ve 5 'de her iki arýtma tesisi için ham atýksu ve çýkýþ suyundaki çözünmüþ metal yüzdeleri verilmiþtir. Ham atýksuda ve çýkýþ suyunda çözünmüþ metal yüzdelerinin her iki tesiste ayný olup-olmadýðýný tespit etmek için istatistiksel hesap yapýlmýþtýr. Hesap sonucunda sadece toplam kromun çözünmüþ metal yüzdesinin (ham atýksu ve çýkýþ suyunda) B.A.A.T'nde daha yüksek olduðu, diðer tüm elementlerin çözünmüþ metal oranýnýn birbirinden farklý olmadýðý sonucuna varýlmýþtýr. Bu her iki arýtma tesisine gelen ham atýksularýn çözünmüþ metal içerikleri bakýmýndan ayný karakterde olduklarýný göstermektedir. Sadece D.A.A.T.'ne gelen deri atýksularý nedeniyle toplam kromun çözünmüþ metal yüzdesi her iki tesiste birbirinden farlýlýk göstermektedir. Arýtýlmýþ sudaki çözünmüþ metal oranlarýnýn da her iki tesiste birbirinden farklý olmamasý, çözünmüþ metal giderim verimlerinin de birbirinden çok farklý olmadýðýný göstermektedir. Doðu ve Batý atýksu arýtma tesisi çýkýþýnda, çözünmüþ metal oranlarý sadece B.A.A.T'nde çinko parametresi haricinde, her metalde artmaktadýr. Bu da anaerobik stabilizasyon havuzlarýnda partiküler kýsmýn çökelmesi ile arýtmanýn saðlandýðýný göstermektedir. Literatürde de metal gideriminin aðýrlýklý olarak partiküler metalin çökelmesi ile saðlandýðý bu nedenle çýkýþ suyunda çözünmüþ metal yüzdesinin arttýðýný bulmak mümkündür (Nejmeddine ve ark., 2000). Çözünmüþ metal oranlarý deðiþik atýksular için farklýlýk gösterebilir. Bu durum atýksuyun kaynaklarýna ve suyun özelliklerine baðlý olduðundan, beklenen bir sonuçtur. Bazý literatür deðerleri Tablo 8'de verilmiþtir. Ham atýksudaki çözünmüþ metal yüzdeleri bakýmýndan Nejmeddine ve ark. (2000)'nýn Fas þehir atýksularýnýn arýtýldýðý atýksu arýtma tesisindeki atýksu karakteristiði ile Bursa þehri atýksu karakteristiði, kurþun haricinde benzerlik göstermektedir. Kurþunun çözünmüþ metal yüzdesi her iki tesiste de (D.A.A.T. ve B.A.A.T.) daha düþüktür. Drora Tablo 8. Çözünmüþ metal yüzdelerinin literatür deðerleri ile kýyaslanmasý. Parametre Nejmeddine ve ark. (2000) Ham atýksu çöz. metal yüzdesi Drora ve ark. (1987) Ham atýksu çöz. metal yüzdesi Cd Cu Pb Zn 31 9 ve ark. (1987)'nýn Ýsrail'deki Beer Sheva Arýtma Tesisi'nde yaptýðý çalýþmalarda elde edilen çözünmüþ metal yüzdeleri, kurþun ve bakýr haricinde, Bursa þehri atýksularýnýn çözünmüþ metal yüzdelerinden daha küçüktür. Bu sonuçlar göstermektedir ki, arýtma tesislerine gelen atýksular, deðiþen oranlarda çözünmüþ metaller içerebilmektedirler. Toplam metal giderim verimleri incelendiðinde (Tablo 9), D.A.A.T. ve B.A.A.T.'nde %40'ýn üzerinde giderimin saðlandýðý metaller olarak; alüminyum, toplam krom, toplam demir karþýmýza çýkarken, %20'nin altýnda giderme veriminin gerçekleþtiði metaller olarak da her iki tesiste bor ve mangan saptanmýþtýr. Her iki tesiste görülen farklý oranlardaki giderme verimleri üzerinde hidrolik bekletme süresi, AKM ve organik madde konsantrasyonunun etkileri olduðu açýktýr. Tablo 9. Toplam (Çözünmüþ+partiküler),çözünmüþ ve partiküler haldeki metal giderim verimleri (%). D.A.A.T. B.A.A.T. Metal Çözünmüþ Partiküler Toplam Çözünmüþ Partiküler Toplam Ag 0,6 71,0 24,0-47,8 9,5 Al 9,2 64,9 61,4 27,0 66,3 62,0 As 22,1 33,6 27,1 16,1 52,0 34,2 Bor 4,8 21,4 11,1 3,2 24,6 9,0 Cd 35,0 0,0 6,8 0,0 66,4 27,3 T. Cr 7,7 68,7 65,1 1,7 62,8 45,2 Cu 26,7 36,1 34,7 0,5 28,8 23,7 T. Fe 33,8 66,0 61,5 11,1 67,2 60,3 Mn 5,6 33,4 18,1 0,7 32,1 15,9 Ni 40,3 49,7 47,2 3,2 36,0 27,2 Pb 12,2 34,3 32,1 11,0 36,5 32,2 Sb 14,9 42,7 25,3 6,8 26,8 12,8 Sn 0,0 47,7 24,6 2,4 35,3 17,7 Zn 30,1 43,4 39,9 28,0 25,3 25,9 Giderim verimi üzerinde etkili olan diðer önemli bir parametre de çözünmüþ metal oranlarýdýr. Genelde yüksek verimler, düþük çözünmüþ metal deðerlerinde elde edilmiþtir. Alüminyum haricindeki aðýr metallerin çözünmüþ metal giderim verimleri ya D.A.A.T.'nde daha yüksektir (Cd, T.Cr, Cu, T.Fe, Ni, Sb) ya da her iki tesiste birbirine eþittir (Ag, As, B, Mn, Pb, Sn, Zn). Aðýrlýklý olarak partiküler metallerin çökelmesi ile, metal giderim verimi saðlandýðý için, partiküler metal giderim veriminin daha yüksek olduðu arýtma tesisinde, daha yüksek toplam metal giderim verimi görülmektedir. Dolayýsýyla her iki arýtma tesisinde partiküler metal giderim verimi yüksek olanlarýn, toplam metal giderim verimi de daha yüksek bulunmuþtur. Bir çok yazar anaerobik stabilizasyon havuzlarýnda metal giderim veriminin %50'nin altýnda olduðunu belirlemiþtir (Roberts ve ark., 1977; Stones, 1977). Bazý aðýr metallerin literatürdeki giderim verimleri Tablo 10'da özetlenmiþtir. Arýtma verimleri açýsýndan Brown ve ark. (1973), Drora ve ark. (1987) ve Nejmeddine ve ark. (2000)'nin stabilizasyon havuzlarýnýn kullanýldýðý atýksu arýtma tesislerinde yaptýklarý çalýþmalarda elde ettikleri verimler, bu çalýþmadan elde edilen deðerlerle Ocak - Þubat - Mart 2003, Sayý: 46 5

6 Ekoloji Tablo 10. Bazý çalýþmalardan elde edilen arýtma verimleri (%). Parametre Nejmeddine ve ark. (2000) Drora ve ark. (1987) Brown (1973) Cd Cu Pb Zn kýyaslandýðýnda, oldukça makul seviyelerde örtüþtükleri görülmüþtür. Wang ve ark. (1999), AKM konsantrasyonu ve çözünmüþ organik madde konsantrasyonunun artmasý ile adsorbsiyonun azalacaðýný, bakýr adsorbsiyonunun nikele göre daha kolay gerçekleþtiðini, ancak bakýrýn, çözünmüþ organik madde konsantrasyonundan daha fazla etkilendiðini, bakýr için en fazla adsorbsiyonu ph 5-6, nikel için en yüksek adsorbsiyonu ph 7-8 þartlarýnda belirlemiþtir. Bu verilere göre deðerlendirildiðinde, B.A.A.T.'inde AKM konsantrasyonunun daha fazla olmasý nedeniyle, bakýr ve nikelin toplam metal giderim verimlerinin B.A.A.T.'inde daha düþük olmasý ve her iki tesiste de ph deðerinin 7-8 aralýðýnda olmasý nedeniyle, nikel giderim veriminin bakýr giderim verimine kýyasla yüksek olmasý makuldür. Al-Asheh ve Daunjak (1999) metallerin kanola tahýlý tarafýndan sorpsiyonu üzerinde çalýþmýþlar ve ph, sýcaklýk ve metal konsantrasyonunun artmasý ile sorpsiyonun arttýðýný belirlemiþlerdir. Giderim verimlerine göre metal sýralamasýný Pb>Cd>- Cu>Ni þeklinde bulmuþlardýr (ph 4 ve metal konsantrasyonu 100 ppm olan metal karýþýmý). ph 5-5,2 ve 100 ppm'lik metal konsantrasyonunda giderim verimlerine göre metal sýralamasý Cd>Zn>Ni gerçekleþmiþtir. Bir çok araþtýrmacý, aðýr metallerin çamur partikülleri tarafýndan gideriminde en etkili faktörün ph olduðunu rapor etmiþlerdir(nelson ve ark., 1981; Tien ve Huang, 1991; Sreekrishnan ve ark.1993; Tyagi ve ark.,1993). Bu nedenle her metalin çökelme, kompleks oluþturma ve çözünme deðerleri farklý olabileceðinden yukarýda verilen sýralamalarý her ph'ta görebilmek mümkün deðildir. Ayrýca, adsorplayýcýnýn karakteristiðini de göz önüne almak gerekir. Dolayýsýyla farklý ph deðerlerinde yapýlan bu çalýþmalarda, giderim verimi sýralamasýnda da farklýlýklarýn olmasý doðaldýr. Diðer bir çalýþmada, Liu ve ark. (2001); konsantrasyonlarýndaki metallerin EPS (Etracellular polymeric substances) ile adsorbsiyonunda, Zn +2 %99, Cu +2 %98, Cr +3 %97, Cd +2 A.GÝRAY KAYNAK-Y.TAÞDEMÝR %85 ve Ni +2 %37 verimle giderildiðini belirlemiþtir. Liu ve ark. (2001)'nýn verimleri, Ni haricinde, bu çalýþmada elde edilen verimlere göre daha yüksektir. Çalýþkan (2002), laboratuvar ölçeðinde ve 5 günlük çamur yaþý ile iþlettiði aktif çamur sisteminde, giderim verimlerini Cu +2 için %84, Cr +6 için %33 olarak belirlemiþtir. Bu çalýþmada her iki tesiste de bakýr için daha düþük giderim verimleri hesaplanmýþtýr. Çalýþkan (2002)'ýn çalýþmasýnda +6 deðerlikli kromun giderimi deðerlendirilmiþtir. Bu çalýþmada giderim verimi belirlenen krom ise toplam kromdur. Cr +6 'ya göre toplam kromda D.A.A.T'nde daha yüksek verim elde edilmiþtir. Krom -2'den +6'ya kadar deðiþen deðerlikler alabilir, ancak en çok +3 ve +6 deðerliklerinde bulunur. Cr +6 genellikle suda çözünmüþ olarak bulunurken, Cr +3 partiküllere adsorbe halde bulunur (Çalýþkan, 2002). Cr +6 'nýn suda çözünmüþ olarak bulunmasý nedeniyle, bu çalýþmada toplam kromda daha yüksek giderme verimi elde edilmesi makuldür. SONUÇLAR *Bursa'da aðýrlýklý olarak faaliyette bulunan sektörler, tekstil ve metal endüstrileri olduðu için, her iki arýtma tesisine de alüminyum, bor, bakýr, demir ve çinko metalleri daha yüksek konsantrasyonlarda gelmektedir. * D.A.A.T'ne deri endüstrisi atýksularý geldiði için, ham atýksuda toplam krom konsantrasyonu B.A.A.T.'ne göre daha yüksektir. * 14 tane metal iyonu bu çalýþma kapsamýnda incelenmiþ ve toplam metal giderim verimlerinin yaklaþýk %7 ile %65 arasýnda deðiþtiði belirlenmiþtir. * D.A.A.T. ve B.A.A.T., anaerobik stabilizasyon havuzlarýnda makul oranlarda metal arýtma verimleri gözlenmiþtir. Özellikle her iki tesiste de; alüminyum, toplam krom ve toplam demir parametrelerinde %40'ýn üzerinde arýtma verimi saðlanmýþtýr. * Arýtma verimi daha çok partiküler formdaki metallerin çökelmesiyle saðlanmaktadýr. Bu nedenle çýkýþ suyunda çözünmüþ metal yüzdeleri toplam içinde artmaktadýr. TEÞEKKÜR Çalýþmamýza verdiði destekten dolayý Bursa Büyükþehir Belediyesi, Bursa Su ve Kanalizasyon Ýdaresi (BUSKÝ) Genel Müdürlüðü' ne teþekkür ederiz. KAYNAKLAR Alabaster GP, Mills SW, Osebe SA, Thitai WN, Pearson HW, Mara DD, Muiruri P (1991) Combined Treatment of Domestic and Industrial Wastewater in Waste Stabilization Pond Systems in Kenya. Water Science and Technology, 24, 1, Al-Asheh S, Duvnjak Z (1999) Sorption of Heavy Metals by Canola Meal. Water, Air and Soil Pollution, 114, Anonim (2000) BUSKÝ Endüstriden Bilgi Alma Formlarý Deðerlendirme Sonuçlarý. Ýþletmeler Daire Baþkanlýðý, Bursa. Anonim (2001) BUSKÝ Atýksu Arýtma Tesisleri 2001 Yýlýna ait Aylýk Ýþletme Raporlarý. Arýtma Tesisleri Daire Baþkanlýðý, Bursa. 6 Ocak - Þubat - Mart 2003, Sayý: 46

7 Anaerobik Stabilizasyon Havuzlarýnda Aðýr Metal Giderimi: Bursa Örneði Ekoloji Anderson R (1987) Practical Statistics for Analytical Chemists. Van Nortrand Reinhold. New York, USA. Arthur JP (1983) Notes on the design and operation of waste stabilization ponds in warm climates of developing countries. Technical paper No: 7 World Bank, Washington D.C. Beyazýt N, Peker Ý (1998) Atýksularda Aðýr Metal Kirliliði ve Giderim Yöntemleri. In: Atlý V, Belenli Ý (Eds), Kayseri I. Atýksu Sempozyumu Bildirileri, Haziran 1998, Kayseri, Brown HG, Hensley CP, McKinney GL (1973) Efficiency of Heavy Metals Removal in Municipial Sewage Treatment Plants. Enviromental Letters, 5, Brown MJ, Lester JN (1979) Metal Removal in Activated Sludge; the role of Bacterial Etracellular Polymers. Water Research, 13, Cheng MH, Patterson JW, Minear RA (1975) Heavy Metals Uptake by Activated Sludge. Journal of Water Pollution Control Federation, 47, (2), Çalýþkan S (2002) Bakýr ve Krom Metallerinin Seçicili ve Konvansiyonel Aktif Çamur Proseslerine Etkileri. Uludað Üniversitesi Fen Bilimleri Enst, Çevre Mühendisliði Anabilim Dalý, Yüksek Lisans Tezi, Bursa. Drora K, Aharon A, Yaakov SB (1987) The Fate of Heavy Metals in Wastewater Stabilization Ponds. Water Resources, 21, 10, Kargý F (1995) Çevre Mühendisliði'nde Biyoprosesler, 2. Baský. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Basým Ünitesi, Ýzmir. Lester JN (1983) Signifiance and Behaviour of Heavy Metals in Waste Water Treatment Processes I. Sewage Treatment and Effluent Discharge. Sci. Total. Environ., 30, Liu Y, Lam MC, Fang HHP (2001) Adsorptions of Heavy Metals by EPS of Activated Sludge. Water Science and Technology, 43, 6, Mara DD (1976) Sewage Treatment in Hot Climates. ELBS John Wiley & Sons Ltd., Pitman Press, Bath, Great Britain. Nejmeddine A, Fars S, Echab A (2000) Removal of Dissolved and Particulate Form of Metals by a Anaerobic Pond System in Marrakesh. Environmental Technology, 21, Nemerow LN (1978) Industrial Water Pollution- Origins, Characteristics and Treatment. Addison - Wesley Publishing Company, USA. Roberts P, Hei HR, Webber A, Kradhenbahl HR (1977) Metals in Municipal Waste Water and Their Elimination in Sewage Treatment. Prog. Water Technology, 8, Sawyer CN, McCarty PL, Parkin GF (1994) Chemistry for Environmental Engineering. Fourth Edition, McGraw-Hill Book Co., Singapore. Stones T (1977) Fate of Metals During Sewage Treatment. Effl. Water Treatment J., 17, Þengül F (1991) Endüstriyel Atýksularýn Özellikleri ve Arýtýlmasý. Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Ýzmir. Þengül F (1993) Çevre Kimyasý. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Ýzmir. Tchobanoglous G, Burton FL (1991) Wastewater Engineering Treatment - Disposal - Reuse, Third Edition, McGraw- Hill Inc., New York, USA. Wang J, Huang CP, Allen HE, Poesponegoro I, Poesponegoro H, Takiyama LR (1999) Effects of Dissolved Organic Matter and ph on Heavy Metal Uptake by Sludge Particulates Eemplified by Copper (II) and Nickel (II): Three-Variable Model. Water Environment Research, 71, 2, Zickefouse C, Hayes BBJ (1977) Operational Manual: Waste Stabilization Ponds. Office of Water Programme Operations, EPA, Washington, USA. Ocak - Þubat - Mart 2003, Sayý: 46 7