ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Onur ORTATEPE EVSEL NİTELİKLİ ATIKSULARIN AEROBİK VE ANAEROBİK ŞARTLAR ALTINDA, AZOT VE FOSFOR GİDERİM VERİMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA 2013

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ EVSEL NİTELİKLİ ATIKSULARIN AEROBİK VE ANAEROBİK ŞARTLAR ALTINDA, AZOT VE FOSFOR GİDERİM VERİMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI Onur ORTATEPE YÜKSEK LİSANS TEZİ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu tez 11/07/2012 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu ile Kabul Edilmiştir. Prof. Dr. Ahmet YÜCEER Doç. Dr. Çağatayhan Bekir ERSÜ Doç. Dr. Ramazan BİLGİN DANIŞMAN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz Çevre Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. Mustafa GÖK Enstitü Müdürü Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir. 2

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ EVSEL NİTELİKLİ ATIKSULARIN AEROBİK VE ANAEROBİK ŞARTLAR ALTINDA, AZOT VE FOSFOR GİDERİM VERİMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI Onur ORTATEPE ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman Jüri : Prof. Dr. Ahmet YÜCEER Yıl :2013, Sayfa:99 : Prof. Dr. Ahmet YÜCEER : Doç. Dr. Çağatayhan Bekir ERSÜ : Doç. Dr. Ramazan BİLGİN Yapılan çalışmada evsel nitelikli sentetik atıksu kesikli aktif çamur ve yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü kullanılarak arıtılmıştır. Reaktörlere verilen sentetik atıksu ortalama değerleri; KOİ 500 mg/l, TKN (NH 3 ve Organik Azot) 45 mg/l, NO 3 2,5 mg/l, toplam fosfor 8,5 mg/l dir. Deneysel çalışmalar sırasında kesikli aktif çamur reaktörü ve yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörleri eş zamanlı olarak işletilmiş ve aynı evsel nitelikli sentetik atıksu ile beslenmiştir. Kesikli aktif çamur reaktörü; uçucu askıda katı madde (UAKM) 3500 mg/l, askıda katı madde (AKM) 5000 mg/l, hidrolik bekletme süresi (HRT) 24 saat, çamur yaşı 20 gün, F/M oranı 0,06 gün -1, Çözünmüş oksijen (ÇO) 3,6 mg/l ortalama değerleri altında işletilmiştir. Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü; AKM mg/l, HRT 12 saat ve 35 0 C sabit sıcaklık değerleri altında işletilmiştir. Bu parametreler işletme sırasında sürekli olarak kontrol edilmiştir. Kesikli aktif çamur reaktöründe ortalama % 90, yukarı akışlı anaerobik filtre reaktöründe ortalama % 78 KOİ giderildiği görülmüştür. Kesikli aktif çamur ve yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörlerinin azot ve fosfor değerlerinin karşılaştırılması; TKN, NH 3, NO 3, NO 2 ve toplam fosforun giriş ve çıkış konsantrasyonlarına göre hesaplanmıştır. Çalışma sonunda kesikli aktif çamur reaktörü ortalama giderim verimleri; TKN % 91, toplam fosfor %63, yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörlerinde ise ortalama TKN % 12 oranında giderilirken, toplam fosforun %20 oranında artış gösterdiği gözlenmiştir. Yukarı akışlı anerobik filtre reaktöründe azot ve fosfor çıkış konsantrasyonlarının yüksek olmasından dolayı Kurak bölgelerde evsel nitelikli atıksuların, yukarı akışlı anerobik filtre reaktörü ile arıtıldıktan sonra zirai amaçlı sulama suyu olarak yeniden kullanılması düşünülmektedir. Anahtar Kelimeler: Kesikli aktif çamur, yukarı akışlı anerobik filtre, kurak bölgelerde atıksuların yeniden kullanılması, azot giderimi, fosfor giderimi. I

4 ABSTRACT MSc. THESIS THE TREATMENT OF NITROGEN AND PHOSPHORUS PERFORMANCE COMPARISON WITH BATCH FLOW ACTIVATED REACTOR AND UPFLOW ANAEROBIC FILTER REACTOR Onur ORTATEPE ÇUKUROVA UNIVERSITY INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL ENGINEERING Supervisor : Prof. Dr. Ahmet YÜCEER Year :2013, Pages:99 Jury : Prof. Dr. Ahmet YÜCEER : Assoc.Prof.Dr. Çağatayhan Bekir ERSÜ : Assoc.Prof.Dr. Ramazan BİLGİN In this study, synthetic domestic watsewater is treated with batch flow activated sludge and upflow anaerobic filter reactor. The reactors are fed with synthetic domestic wastewaters which have the value of COD (chemical oxygen demand) 500 mg/l, TKN (NH 3 and organic nitrogen) 45 mg/l, NO 3 2,5 mg/l, total phosphorus 8,5 mg/l. During the study, the batch flow activated sludge and upflow anaerobic filter reactor are run simultaneously and supplied with the same synthetic domestic watsewater. The batch flow activated sludge reactor is run under the average of MLVSS 3500 mg/l, MLSS 5000 mg/l, hydraulic retention time (HRT) 24 hour, Solids residence times (SRT) 20 days, F/M ratio 0,06 day -1, DO (dissolved oxygen) 3,6 mg/l. The upflow anaerobic filter reactor is run under the average of MLSS mg/l, HRT 12 hour and 35 0 C constant temperature. These parameters are always checked during the running. It is observed that, from the activated sludge %90 and from the upflow anaerobic filter reactor % 78 COD is removed. The comparison of nitrogen and phosphate values of the batch flow activated sludge and upflow anaerobic filter reactors are calculated according to the inlet and outlet concentration of; TKN, NH 3, NO 3, NO 2 and total phosphorus. The batch flow activated sludge reactor average removal rate: TKN % 91, total phosphorus %63. The upflow anaerobic filter reactor average removal rate for TKN % 12 but total phosphorus increased % 20. In conculusion, upflow anaerobic filter reactor, nitrogen and phosphorus discharge concentration is higher than batch flow activated sludge reactor. Therefore the effluent can be reused in arid regions for irrigation, due to high nutrient content. Keywords: Batch flow activated sludge, upflow anaerobic fitler, wastewater reuse, nitrogen removal, phosphorus removal. II

5 TEŞEKKÜR Lisans ve yüksek lisans eğitimim ve tez çalışmam boyunca her türlü olanağı sağlayarak yardımlarını benden esirgemeyen ve fikirleriyle bana yol gösteren danışman hocam Çevre Mühendisliği Bölüm Başkanı Sayın Prof. Dr. Ahmet YÜCEER e sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Eğitimim ve tez aşmam boyunca fikirleri bana ışık tutan hocalarım Sayın Prof Dr. Mesut Başıbüyük e, Sayın Doç. Dr. Çağatayhan Bekir ERSÜ ye, Sayın Yard Doç Dr. Turan YILMAZ a ve teşekkür ederim. Çalışmamda gerekli olan ekipmanlar ve tezim süresince bana destek veren Arş. Gör. Dr. Orkun İbrahim DAVUTLUOĞLU na, Arş. Gör. Dr. Ayşe ERKUŞ a, Arş. Gör. Dr. Fatih ERKUŞ a ve Arş. Gör. Behzat BALCI ya teşekkür ederim. Çalışmam sırasında benden yardımlarını esirgemeyen tüm yüksek lisans öğrencisi arkadaşlarıma teşekkür ederim. Bana yüksek lisans eğitimi imkanı veren Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü ne ve çalışmalarım esnasında tüm bölüm olanaklarından yararlanmamı sağlayan Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Başkanlığı na, teşekkürlerimi sunarım. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ...I ABSTRACT... II TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER... IV ÇİZELGELER DİZİNİ...VII ŞEKİLLER DİZİNİ... IX SİMGELER VE KISALTMALAR... XII 1. GİRİŞ Evsel Nitelikli Atıksuyun Özellikleri Evsel Nitelikli Atıksularda Azot ve Fosforun Önemi Çevre Mühendisliği Uygulamalarında Azot Azot Döngüsü Nitrifikasyon Denitrifikasyon Çevre Mühendisliği Uygulamalarında Fosfor Fosfor Döngüsü Evsel Nitelikli Atıksuların Arıtılması Aerobik (Havalı) Arıtma Prosesleri Aktif Çamur Yöntemi Aktif Çamur Yönteminde Organik Maddenin Parçalanması Kesikli Aktif Çamur Yöntemi Kesikli Aktif Çamur Yönteminde Azot Giderimi Kesikli Aktif Çamur Yönteminde Fosfor Giderimi Anaerobik (Havasız) Arıtma Anaerobik Arıtma Mekanizması Anaerobik Arıtma Yöntemleri Anaerobik Filtre Reaktörleri Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktöründe Azotun Davranışları IV

7 Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktöründe Fosforun Davranışları Dünya da Su Kaynakları ve Kullanım Şekilleri Türkiye de Su Kaynakları ve Kullanım Şekilleri Atıksuların Yeniden Kullanılma İhtiyacı Kentsel Amaçlı Yeniden Kullanım Endüstriyel Amaçlı Yeniden Kullanım Çevre ve Rekreasyon Amaçlı Yeniden Kullanım Yeraltı Suyunun Beslenmesi Amaçlı Yeniden Kullanım İçme Suyu Kaynaklarının Artırılması Amaçlı Yeniden Kullanım Tarımsal Amaçlı Yeniden Kullanım Atıksuların Yeniden Kullanımında Dikkat Edilmesi Gereken Faktörler Atıksuların Tarımsal Amaçlı Yeniden Kullanımı Atıksuların Tarımda Yeniden Kullanılması Planlanırken Dikkat Edilmesi Gereken Faktörler Su Kaynağının Özellikleri Miktar Kalite Tuzluluk Sodyum İçeriği Eser Elementler Bakiye Klor Nutrientler Endokrin Bozucular Ekonomik Açıdan Uygunluk Mikrobiyolojik Açıdan Sağlık Riskleri Toksikolojik Açıdan Sağlık Riskleri Sosyokültürel Konular ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR MATERYAL VE METOD Materyal V

8 Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Sentetik Atıksu Metot Analitik Yöntemler Deneysel Çalışma BULGULAR VE TARTIŞMA Reaktörlerin İşletmeye Alınması Deneysel Bulgular Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Bulguları Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Bulguları SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ VI

9 VII

10 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 1.1. Ham Evsel Nitelikli Atıksuyun Kirlilik Dereceleri... 4 Çizelge 1.2. Ham Evsel Nitelikli Atıksuyun Karakteristiği... 5 Çizelge 1.3. Farklı ülkelerdeki ham evsel nitelikli atıksu değerlerinin karşılaştırılması... 6 Çizelge 1.4. Sucul ortamlarda NH4+, NO 2 ve NO 2 iyonlarının fazla miktarda bulunması sonucu oluşabilecek kirlilik türleri... 8 Çizelge 1.5. Havalandırma havuzlarında Nitrifikasyon yapabilme yeteneğine sahip organizma grupları Çizelge 1.6. Çevre mühendisliği uygulamalarında en çok rastlanan fosfor bileşikleri Çizelge 1.7. Enerji ve karbon kaynaklarına göre mikroorganizmaların genel sınıflandırılması Çizelge 1.8. Aerobik ve anaerobik bakteriyel metabolizma Çizelge 1.9. Dünyadaki Toplam Su Miktarlarının Yüzdesi Çizelge Dünya da Yıllara Göre Su Tüketim Miktarları Çizelge Ülkemizde Tüketilebilir Su Potansiyeli Miktarları ve Yüzdesi Çizelge Arıtılmış Atıksu Kullanım Uygulamaları Çizelge 2.1. HUASB reaktöründe evsel nitelikli atıksuyun arıtılmasında ait parametreler Çizelge 2.2. Farklı reaktörlerdeki azot giderim oranları Çizelge 2.3. HUSB ve UASB reaktörlerinin ortalama değerleri Çizelge 3.1. Sentetik Atıksu Bileşimi Çizelge 4.1. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü İşletme Parametreleri Çizelge 4.2. Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü İşletme Parametreleri Çizelge 4.3. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Bulguları Çizelge 4.4. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü TKN Bulguları Çizelge 4.5. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü NH3 Bulguları Çizelge 4.6. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Organik Azot Bulguları Çizelge 4.7. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Nitrat Azotu (NO 3 ) Bulguları VIII

11 Çizelge 4.8. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Nitrit Azotu (NO 2 ) Bulguları Çizelge 4.9. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Toplam Fosfor Bulguları Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Bulguları Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü TKN Bulguları Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü NH 3 Bulguları Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Organik Azot Bulguları Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Nitrat Azotu (NO 3 ) Bulguları Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Nitrit Azotu (NO 2 ) Bulguları Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Toplam Fosfor Bulguları Çizelge 5.1. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Ortalama Değerleri IX

12 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 1.1. Ötrofikasyonun sucul ortamdaki döngüsü... 9 Şekil 1.2. Azot döngüsü Şekil 1.3. Atıksu içerisinde bulunan amonyum iyonunun nitrifikasyon basamakları Şekil 1.4. Nitrifikasyon bakterilerinden a)çomaksı Şeklindeki Nitrobacter b)nitrosomonas Şekil 1.5. Atıksu içerisinde bulunan amonyak ve amonyum iyonunun farklı ph aralığında bulunma yüzdesi Şekil 1.6. Ani nitrifikasyon sırasında bulunan protozoa türleri Şekil 1.7. Fosfor Bileşikleri Şekil 1.8. Fosfor Döngüsü Şekil 1.9. Piston Akımlı Aktif Çamur Reaktörü Şekil Tam Karışımlı Aktif Çamur Reaktörü Şekil Klasik Aktif Çamur Prosesinin Şematik Gösterimi Şekil Organik maddenin biyolojik bir hücreye transferi Şekil Kesikli aktif çamur prosesi Şekil Aktif Çamur aerobik fosfor giderim profili Şekil Biyolojik fosfor giderim prosesinde BOİ ve Ortofosfatın değişimi Şekil Anaerobik dönüşüm prosesleri Şekil Askıda çoğalan sistemler Şekil Biyofilm üzerinde çoğalan sistemler Şekil ph değişimine bağlı amonyak ve amonyum değişimi Şekil Polifosfatın kimyasal yapısı ve yüksek enerjili ortofosfat grubu Şekil Biyolojik fosfor arıtımında, Anaerobik ve Aerobik metabolizmaların davranışları Şekil İleri Biyolojik Fosfor Giderim Prosesi şematik gösterimi Şekil 2.1. Anaerobik filtre reaktöründe farklı hidrolik bekletme sürelerindeki KOİ ve AKM giderim verimleri Şekil 3.1. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü X

13 Şekil 3.2. Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü ve biyogazın toplandığı ölçeklendirilmiş silindir ve asitli su tankı düzeneği Şekil 4.1. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörlerinde KOİ giderim verimlerinin karşılaştırılması Şekil 4.2. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörlerinde TKN giderim verimlerinin karşılaştırılması Şekil 4.3. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörlerinde NH3 Azotu giderim verimlerinin karşılaştırılması Şekil 4.4. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörlerinde Nitrat (NO 3 ) giderim miktarlarının karşılaştırılması Şekil 4.5. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörlerinde Fosfor giderim miktarlarının karşılaştırılması XI

14 SİMGELER VE KISALTMALAR A.Ç. AKM BOİ BOİ 5 BOİ u ÇBS (SRT) ÇHİ (SVI) ÇO F/M HRT KOİ MLSS MLVSS NH 3 NO 2 NO 3 OLR TÇM TKM TKN TOK TP UAKM : Aktif çamur : Askıda katı madde : Biyolojik oksijen ihtiyacı : Beş günlük biyokimyasal oksijen ihtiyacı : Nihai biyokimyasal oksijen ihtiyacı : Çamur bekletme süresi (Sludge retention time) : Çamur hacim indeksi (Sludge volume index) : Çözünmüş oksijen : Besin maddesinin organizma miktarına oranı (Food/Microorganism) : Hidrolik bekletme süresi (Hydraulic retention time) : Kimyasal oksijen ihtiyacı : Karışık sıvıda katı madde (Mix liquor suspended solids) : Karışık sıvıda uçucu katı madde (Mix liquor volatile suspended solids) : Amonyak azotu : Nitrit azotu : Nitrat azotu : Organik yükleme oranı (Organic loading rate) : Toplam çözünmüş katı : Toplam katı madde : Toplam kjeldahl azotu : Toplam organik karbon : Toplam fosfor : Uçucu askıda katı madde XII

15 XIII

16 1. GİRİŞ İçinde bulunduğumuz yaşam küresi, sadece insanlar için değil aynı zamanda diğer tüm canlılar içinde yaşam kaynağıdır. Çok hassas bir denge içinde olan bu eşsiz dünyanın başka alternatifi bulunmamaktadır. Günümüze kadar doğal kaynakların bilinçsiz kullanımı ile sürekli tahrip edilmesi, özellikle çevreye duyarlı olmayan endüstrileşme, hızlı ve plansız kentleşme eğilimleri vb. nedenler, sahip olduğumuz doğal zenginliklerin hızla tahrip olmasına, hatta bazı türlerin yok olmasına neden olmuştur. Ekolojik dengedeki bu bozulmalar başta küresel ısınma olmak üzere, yaşamın temel kaynağı olan suyun kalitesinin bozulmasına ve miktarının da her geçen gün azalmasına neden olmuştur. Suyun giderek azalan ve dolayısı ile kıymetlenen bir kaynak olması, su havzalarının önemini arttırmaktadır. Bu nedenle su havzalarının planlanması konusunda sistematik bir stratejinin olmaması ve su havzalarının küresel ölçekteki ekolojik değişimlerden hemen etkilenen bir yapı sergilemesi nedeniyle önemi bir kat daha artmaktadır. Su stresinin işaretlerini bugün her yerde görmek mümkündür. Yer altı sularının seviyeleri düşmekte, göller küçülmekte, sulak alanlar yok olmaktadır. (Öztürk, 2005) Bugün şehirlerimizde yaşanan sorunlardan bir tanesi de atıksulardır. Atıksu karakterizasyonu, uygun arıtma sistemlerinin tasarımı ve tesisin düzgün bir şekilde işletilmesi açısından çok önemlidir. Kentsel atıksular genellikle ham evsel atıksular ile ön arıtmadan geçmiş endüstriyel atıksulardan oluşmaktadır. Bu yüzden bu atıksular çok farklı özelliklere sahiptir ve ekonomik bir arıtma için karakterizasyonunun bilinmesi gerekmektedir. Evsel ve endüstriyel atıkların arıtılmadan veya gerektiği gibi arıtım yapılmadan deşarj yapılmasıyla alıcı ortamdaki çözünmüş oksijen miktarını azalmasına ve bunun sonucunda ekolojik dengenin bozulmasına neden olmaktadır. Atıksu deşarjlarıyla kirletilmiş yüzeysel suların kalitesi giderek düşmekte ve belirli bir süre sonunda bu sular, birçok kullanım amacına hizmet edemez hale gelmektedir. Atıklar sonucu, kayıp ve kirlenme dünyada olduğu gibi ülkemizde de çok kısıtlı alıcı ortamlar olan; su ve toprak kaynaklarında önemli sorunlar oluşturmaktadır. Bu 1

17 sorunların üstesinden gelmenin en akılcı yolu atık üretmemektir. Bu mümkün olmadığında da atıkları arıtmak ve yeniden kullanmaktır. (Türkmen, 2006) Atıksuların yeniden kullanıldığı alanlar: 1. Zirai amaçlı sulama (tarımsal ürün yetiştirme) 2. Arazi iyileştirme amaçlı sulama (park, bahçe, yeşil alan sulaması) 3. Endüstriyel amaçlı kullanım (kazan ve soğutma suları vb.) 4. Yer altı suyu zenginleştirilmesi 5. Rekreasyon ve çevresel amaçlı kullanım (göl, bataklık ve balıkçılık faaliyetlerinde vb) 6. Evsel amaçlı kullanım alanlarında (tuvalet suları, yangın söndürme vb.) 7. İçme suyu olarak yeniden kullanımı Bazı sanayileşmiş ülkelerin belirli şehirlerinde ve gelişmekte olan ülkelerin bazılarında çok az miktarda su kaynağı bulunmaktadır. Özellikle kurak (arid) ve yarı kurak (semi arid) bölgelerde atıksular boşa harcanmayacak kadar değerlidir. Bu kapsamda atıksuların arıtımı artık tüm dünyada kaçınılmaz hale gelecektir. Yapılan çalışmada evsel nitelikli atıksuyun aerobik ve anaerobik şartlar altında azot ve fosfor giderim verimleri kıyaslanmıştır. Azot ve fosfor alıcı ortamlara direk olarak deşarj edildiklerinde ortamı olumsuz yönde etkilerler. Bunlardan en etkilisi alg patlaması olarak bilinen ötrofikasyon olayıdır. Bunun yanında azot ve fosfor, bitkiler için besin ( nutrient ) kaynağıdır. Özellikle gübreler yüksek miktarda azot ve fosfor içermektedirler. Tarımsal amaçlı kullanılan bu gübreler yüksek miktarda ürün eldesi ve verimlilik sağlamaktadır. Bu nedenle azot ve fosfor tarımsal amaçlı olarak, en çok ihtiyaç duyulan iki elementtir. Evsel nitelikli atıksuların azot ve fosfor açısından zengin olması, atıksuyun tarımsal amaçlı kullanılmasını gündeme getirmiştir. Arıtılmış atıksuyun alıcı ortama verilmesi yerine tarımsal amaçlı olarak kullanılması, hem su kaynaklarının korunmasını hem de alıcı ortamların kirletilmesinin önlenmesi açısından çok önemlidir. (Yüceer, 2009) 2

18 1.1. Evsel Nitelikli Atıksuyun Özellikleri Evsel nitelikli atıksular askıda, koloidal ve çözünmüş halde organik ve inorganik maddelerden oluşur. Atıksuyun konsantrasyonu, kullanılan suyun kirletilmeden önceki konsantrasyonuna ve suyun kullanılış amacına bağlıdır. Gerek iklimsel şartlar, gerekse de insanların yaşam standartları ve kültürleri atıksu karakteristiğini önemli ölçüde etkiler. Kişi başına günlük su tüketim değerlerinin değişmesi ve evsel kanalizasyonlara, endüstriyel atıksuların verilmesi de atıksu karakteristiğini değiştiren önemli parametrelerdir. Her ne kadar suya deşarj edilen atık miktarları toplumların özelliklerine göre farklılık gösterse de, bu fark çok yüksek değildir. Bununla birlikte atıksu karakteristikleri sadece şehirden şehre değil, her bir yerleşim birimi için mevsimden mevsime hatta saatten saate bile değişkenlik gösterebilir. Atıksulardaki kirleticilerin konsantrasyonuna bağlı olarak gösterdiği değişkenlik, atıksuyun sınıflandırılmasına neden olmuştur. Evsel nitelikli atıksu; zayıf orta veya kuvvetli derecede olarak sınıflandırılmıştır. Çizelge 1.1 de (ham) hiç arıtılmamış ve bir işleme uğramamış evsel nitelikli atıksu özellikleri verilmiştir. (Metcalf&Eddy, 2003) 3

19 Çizelge 1.1. Ham Evsel Nitelikli Atıksuyun Kirlilik Dereceleri (Metcalf & Eddy,2003) Kirleticiler Birim Konsantrasyon Zayıf Orta Kuvvetli Toplam Katı Madde mg/l Toplam Çözünmüş Katı Madde mg/l Uçucu Çözünmüş Katı Madde mg/l Toplam Askıda Katı Madde mg/l Uçucu Askıda Katı Madde mg/l BOI 5 (20C 0 ) mg/l Toplam Organik Karbon mg/l KOI mg/l Toplam Azot mg/l Organik Azot mg/l Serbest Amonyak Azotu mg/l Nitrit mg/l Nitrat mg/l Toplam Fosfor mg/l Organik Fosfor mg/l İnorganik Fosfor mg/l Klorür mg/l Sülfat mg/l Yağ ve Gres mg/l Uçucu Organik Bileşikler mg/l < >400 Çizelge 1.2 de, çizelge 1.1 deki gibi hiçbir arıtma işlemi uygulanmamış (ham) evsel nitelikli atıksuyun, standart olarak kabul edebileceğimiz ortalama değerleri verilmiştir. Çizelge 1.2 de görüleceği gibi, atıklar çok yüksek oranda karbon, azot, fosfor gibi organik besinlerden ve yüksek konsantrasyonda mikroorganizmalardan oluşmaktadır. Bunlar hemen çürümeye müsait olup, kanallarda akarken bile biyolojik bozunmaları devam eder. Böylece zaman içinde 4

20 atıksuyun bazı özellikleri de değişmektedir. Toplumlar arasında, özellikle de gelişmekte olan ve gelişmiş toplumlar arasında su tüketimi çok farklı olabileceğinden, değerler g/kişi-gün cinsinden verilmiştir. (Arceivala, 2002) Çizelge 1.2. Ham Evsel Nitelikli Atıksuyun Karakteristiği (Arceivala, 2002) Madde Atıksuda Bulunma Değeri (g/kişi-gün) BOİ 5 (20 0 C) KOİ xBOİ 5 Toplam Organik Karbon xBOİ 5 Toplam Katı Madde Askıda Katı Madde Alkalinite (CaCO 3 cinsinden) Kloridler 4-8 Toplam Azot 6-12 Organik Azot 0.4 x toplam azot Serbest Amonyak Azotu 0.6 x toplam azot Nitrit - Nitrat x toplam azot Toplam Fosfor Organik Fosfor 0.3 x toplam fosfor İnorganik Fosfor (ortho- ve polifosfat) 0.7 x toplam fosfor Toplam Bakteri (100 ml atıksu içinde) Koliform Bakteriler (100 ml atıksu içinde) Kanalizasyon sistemlerinin etkili çalışması durumunda, biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOİ) değeri genellikle 54 g/kişi-gün civarındadır. Gelişmekte olan bazı bölgelerde oluşan atıksuyun tamamı kanalizasyon sistemine verilmediğinden, BOİ değeri g/kişi-gün seviyesinde olabilir. Eğer kanalizasyonda birleşik sistem uygulanıyorsa, BOİ değeri %40 daha yüksek yani 77 g/kişi-gün seviyesinde 5

21 olmaktadır. Evsel nitelikli atıksular azot ve fosfor gibi besinlerin ana kaynağıdır. Birçok endüstri kuruluşunun atıksularında (gübre ve gıda endüstrileri hariç) çok az miktarda besin elementi bulunur. Gelişmen ve gelişmekte olan ülkelerin BOİ, azot ve fosfor değerleri karşılaştırılması Çizelge 1.3 de verilmiştir (Arceivala, 2002). Çizelge 1.3. Farklı ülkelerdeki ham evsel nitelikli atıksu değerlerinin karşılaştırılması (Metcalf&Eddy, 2003) (g/kişi-gün) Ülke Toplam Askıda Toplam Amonyak Toplam BOİ Katı Madde Kjeldahl Azotu Azotu Fosfor Brezilya Danimarka Mısır Almanya Yunanistan Hindistan İtalya Japonya Filistin İsveç Türkiye Uganda Amerika (USA) Evsel Nitelikli Atıksularda Azot ve Fosforun Önemi Teknolojik gelişmeler, hızlı nüfus artışı ve tüketim alışkanlıklarının artması ile birlikte; alıcı ortamlara verilen atıkların miktar ve çeşitliliğinde bir artış gözlenmiştir. Özellikle yeni kirleticilerin ortaya çıkması, su kaynaklarının, toprağın ve atmosferin yararlı kullanımını azaltmaktadır. İnsan aktiviteleri sonucunda, yüzeysel sularda, azot ve fosfor miktarının artması en yaygın sorunlardan biri olan ötrofikasyona neden olur. Ötrofikasyon 6

22 belirtileri daha çok yaz ayları boyunca alglerin çoğalması (Alg patlaması) sonucu ortaya çıkar. Alg patlaması sonucu sularda ki; bulanıklık artar, çözünmüş oksijen seviyesi düşer, balıklar ölür, flora ve fauna çeşitliliği azalır. Yüzeysel sulardaki alg miktarı ve bulanıklığın artması ile içme amaçlı olarak kullanılacak suların klorlama (Dezenfeksiyon) ihtiyacı da artacaktır. Bununla birlikte yüksek seviyede kurşun içeren dezenfektanların kullanılmasıyla insanlarda kanser riski de artacaktır. Sucul ortamda aşırı miktarda nutrient varlığı mikroorganizma aktivitesini arttıracaktır. Buna örnek olarak pfisteria insan sağlığına zarar verebilecek bir mikroorganizma türüdür (US.EPA,2001). Kullanılabilir su kaynaklarının her geçen gün azalması, mevcut su kaynaklarının korunmasının önemini arttırmaktadır. Türkiye de de mevcut su kaynaklarının korunması için azot ve fosfor kontrolü büyük önem taşımaktadır. Azot ve fosforun alıcı su ortamlarında meydana getirdiği kirlilik önemli boyutlara varabilmektedir. Bunun içinde azot ve fosforun giderilmesi için, gerekirse ileri arıtma yapılmalıdır. Özellikle gelişmiş ülkelerde azot ve fosforun ayrı ayrı giderilebildiği gibi, birlikte de giderilebileceği sistemler uygulamalı olarak ispatlanmıştır. Azot ve fosforun kontrolü için uygulanan kimyasal ve fiziksel proseslerin pahalı olması, kimyasal çöktürme halinde ortaya fazla miktarda çamur çıkması ve bu çamurun bertarafında karşılaşılan güçlükler, biyolojik arıtma tekniklerini ortaya çıkarmıştır ( Gülşen ve ark.,1997) Çevre Mühendisliği Uygulamalarında Azot Azot içeren atıksular alıcı ortama deşarj edildiklerinde alıcı ortamın su kalitesini bozarlar. Amonyum iyonu (NH + 4 ), nitrit iyonu (NO - 2 ), ve nitrat iyonu (NO - 3 ), sucul ortamda bulunan temel azotlu bileşiklerdir. Sucul ortamlarda, azotlu bileşiklerin oluşturduğu önemli kirlilik etkileri; Çözünmüş oksijen seviyesi azalması, Toksisite, 7

23 Ötrofikasyon, Methemoglobinemia, Uluslararası örgütler ve yönetmeliklerle, alıcı ortamlarda (göl, deniz, vs.) azotu belli seviyelerde tutabilmek için sınır değerler getirilmiştir. Çözünmüş Oksijen Seviyesi Azalması: Azot bileşiklerince zengin atıksular alıcı ortamlara deşarj edildiklerinde ortamdaki oksijenin azaldığı gözlenmiştir. Oksijen seviyesindeki bu azalma ortamdaki mikrobiyal faaliyetlerden kaynaklanmaktadır. Mikroorganizmalar için besin (nutrient) kaynağı olan azotun alıcı ortamlarda bulunması, ortamdaki mikrobiyal faaliyetleri ve mikroorganizma konsantrasyonunu arttırırlar. Sucul ortamdaki çözünmüş oksijen seviyesinin azalması; alglerin çürükçül bakterilerin tarafından ayrıştırılması sırasında çözünmüş oksijenin büyük bir kullanmaları ve amonyum iyonunun nitrifikasyona uğraması ile çözünmüş oksijenin azota bağlanmasıdır. (Gerardi, 2002) Toksisite: Azotun üç farklı bileşiği de sucul ortamda, özellikle balıklar için toksisteye neden olabilmektedirler. Nitrat, amonyum ve nitrit iyonları ile kıyaslandığında daha fazla toksik etkiye sahip olduğu bilinmektedir. Çizelge 1.4. Sucul ortamlarda NH4+, NO 2 ve NO 3 iyonlarının fazla miktarda bulunması sonucu oluşabilecek kirlilik türleri (Gerardi, 2002) Azotlu Bileşikler Kirlilik Türleri Sucul bitkilerin aşırı büyümesi NH / NO 2 Çözünmüş oksijen seviyesinin azalması Toksisite (NH + 4 için NH + 3 Toksisitesi) Sucul bitkilerin aşırı büyümesi - Çözünmüş oksijen seviyesinin azalması NO 3 Toksisite Methemoglobinemia Amonyum iyonu (NH + 4 ), birçok organizma grubu için nutrient kaynağı olsa dahi, sudaki ph seviyesinin artması ile ortamdaki amonyum iyonu amonyağa (NH + 3 ) dönüşür. Sucul ortamlarda yüksek konsantrasyonlarda bulunan amonyak canlılar için toksik etkiye sahiptir. Sucul ortamlarda ph 9,4 ve üzeri olduğunda amonyum iyonunun büyük bir kısmı amonyağa dönüşür. 8

24 Ötrofikasyon: Azot ve fosforun arzu edilmeyen seviyelerde alıcı ortamlarda bulunması sonucu oluşur. Fosfat (PO -2 4 ), ötrofikasyona neden olan birincil neden olsa da, azot atıkları da su kirliliğini ciddi boyutlarda arttırmaktadır. Azot ve fosforun alıcı ortamda fazla miktarda bulunması ortamdaki sucul bitkilerin (alg) hızlı bir şekilde çoğalmasını sağlar. Bakteri ve mantarlar ölen bitkilerin kalıntılarını, çözünmüş oksijeni de kullanarak ayrıştırır. Çözünmüş oksijen ve bitki kalıntıları; karbondioksit, su, amonyum iyonu, fosfat iyonu ve sülfat iyonuna dönüştürür. Bakteri ve mantarlar da yeni hücreler oluşturarak çoğalırlar. Büyük hacimdeki mikroorganizma konsantrasyonu sonucu ortamdaki çözünmüş oksijenin büyük bir kısmı da tüketilir. Ötrofikasyon sonucu sucul ortamda; çözünmüş oksijenin azalmasına bağlı canlı ölümlerine, su da renk, koku ve tat değişikliğine neden olur. Şekil 1.1. Ötrofikasyonun sucul ortamdaki döngüsü (Gerardi, 2002) Methemoglobinemia: Nitrat iyonuyla kirlenmiş içme suyu, insan vücuduna özellikle bebeklere kolaylıkla girebilmektedir. Bebek vücuduna giren nitrat iyonu sindirim sisteminde nitrite dönüşerek dolaşım sistemine de girebilmektedir. Nitrit iyonu hemoglobinde bulunan demir ile bağ oluşturur ve hemoglobin hücresinin akciğerlerden oksijen alımını engeller. Böyle bir durumda bebeğin vücudu mavi renge dönüşür. Bu nedenle bu hastalığa mavi bebek hastalığı da denmektedir. Vücuda alınan oksijenin yetersiz olması, bilinç yitimine veya ölüme neden olabilmektedir. (Gerardi, 2002) 9

25 Azot Döngüsü Azot elementi, proteinlerin yapısının temel elementi olmasından dolayı oldukça önemli bir besin tuzudur. Klorofil, RNA, DNA, birçok ko-enzim ve bazı vitaminler azot içeren biyomoleküllerdir. Azot elementi ayrıca, fotosentez, solunum, protein sentezi, genlerin oluşumu ve büyüme gibi önemli hayatsal fonksiyonlar için gerekli bir elementtir. Sucul sistemlerde çeşitli formlarda bulunan azot elementinin en yaygın formları nitrat (NO 3 ), nitrit (NO 2 ), serbest amonyak (NH 3 ), amonyum (NH4+), serbest azot gazı (N2), amino asitler ve proteinler gibi organik formlardır. Basit kimyasal reaksiyonlar ile bir formdan diğerine dönüşüm gözlenebilmekle beraber, daha sıklıkla biyolojik aktivitenin sonucudurlar. Sucul çevrelerdeki azot döngüsü Şekil 1.2 de şematik olarak gösterilmektedir. (Lekang, 2007). Şekil 1.2. Azot döngüsü (Lekang, 2007). 10

26 Nitrifikasyon Biyolojik nitrifikasyon, amonyum iyonunun oksidasyona uğrayarak nitrit ve nitrat iyonuna dönüşmesidir. Oksidasyon boyunca amonyum ve nitrit iyonuna nitrifikasyon bakterileri tarafından (Nitrosomonas ve Nitrobacter) oksijen bağlanır. Nitrifikasyonun gerçekleşmesi doğal denge için çok önemlidir. Özellikle bitkiler, azot ihtiyaçlarını nitrat iyonunu absorbe ederek karşılarlar. Şekil 1.3. Atıksu içerisinde bulunan amonyum iyonunun nitrifikasyon basamakları (Gerardi, 2002). Şekil 1.4. Nitrifikasyon bakterilerinden a)çomaksı Şeklindeki Nitrobacter b)nitrosomonas (Gerardi, 2002). Nitrifikasyon, atıksu arıtma tesislerinin işletilmesi ve planlanması açısından da önemli bir yere sahiptir. Aerobik arıtma tesislerinde, amonyum ve amonyak miktarları ph ve sıcaklığa bağlı olarak değişiklik gösterirler. Standart bir aktif çamur arıtma tesisinde 10 0 C C sıcaklık ve 7-8,5 ph aralığında, atıksudaki azotun %95 i amonyum iyonu halinde bulunur. Oksidasyon sırasında sudaki çözünmüş 11

27 oksijen, amonyum iyonu ve nitrit iyonuna bakteri hücresi içerisinde bağlanır. Çünkü biyokimyasal reaksiyonlar hücre içinde meydana gelir. (Gerardi, 2002). Şekil 1.5. Atıksu içerisinde bulunan amonyak ve amonyum iyonunun farklı ph aralığında bulunma yüzdesi (Gerardi, 2002). Amonyum iyonu, ürenin hidrolizi ve organik azot bileşikleri parçalanması ile oluşur. Organik azot bileşiklerinin hidroliz ve parçalanması sonucu amino grubu ortaya çıkar ve amonyum iyonu oluşur. Birçok organizma grubu amonyum iyonu ve nitrit iyonunu okside edebiliyor olsa da, özellikle aktif çamur sistemlerinde; Nitrosomonas ve Nitrobacter bakterileri tarafından oksidasyon gerçekleştirilir. Bu iki bakteri türü özel enzimlere ve hücre yapılarına sahip olduklarından nitrifikasyon için önemli bakterilerdir. Nitrifikasyon bakterileri diğer organizma gruplarından daha fazla oranda nitrifikasyon yapabilirler ancak bu hücre bölünmesi veya büyümesine bağlı değildir. Nitrifikasyon bakterileri, diğer organizma gruplarından yaklaşık kez daha fazla nitrifikasyon yapabilme kapasitesine sahiptirler. (Gerardi, 2002). 12

28 Çizelge 1.5. Havalandırma havuzlarında Nitrifikasyon yapabilme yeteneğine sahip organizma grupları (Gerardi, 2002). Organizma Tür Aktinomisetler Myocbacterim Nocardia Alg Chlorella Bakteri Arthrobacter Bacillus Nitrobacter Nitrosomonas Proteus Pseudomonas Vibrio Mantar Aspergillus Protozoa Epistylis Vorticella Nitrifikasyon bakterilerinden iki tür Protozoa, ani nitrifikasyon sırasında çok sayıda bulunan türlerdir. Bunlar Epistylis ve Vorticella dır. Şekil 1.6. Ani nitrifikasyon sırasında bulunan protozoa türleri (Gerardi, 2002) 13

29 Denitrifikasyon Denitrifikasyon terimi ilk olarak 1886 yılında Fransa da kullanılmıştır. Bu terim substratı parçalamak için nitrat iyonlarını kullanan bakteriler olarak adlandırılmıştır. Atıksular için denitrifikasyon; organik maddenin parçalanması için fakültatif bakterilerin (denitrifikasyon bakterileri) nitrat ve nitrit iyonunu kullanması olarak tanımlanabilir. Azot bileşiklerinin atıksudan uzaklaştırılması için genellikle denitrifikasyon ve nitrifikasyon birleşik sistemleri kullanılsa da, denitrifikasyon anoksik şartlar altında gerçekleşir. Bu nedenle denitrifikasyon elverişli işletme koşularının sağlanmasında katkıda bulunur. Örnek olarak aktif çamur arıtma sistemlerinde bulunan bakterilerin yaklaşık % 80 i anaerob fakültatif bakterilerdir. Bu organizmalar sahip oldukları enzimler sayesinde sudaki serbest oksijeni, nitriti ve nitartı kullanarak organik maddeleri parçalayabilirler. Fakültatif anaeroblar ilk olarak sudaki serbest oksijeni daha sonra ise nitriti ve nitratı kullanırlar. Organik parçalanma aerobik ve anaerobik şartlar altında gerçekleşebilir. Aerobik ortamda serbest oksijen molekülleri kullanılarak hücresel faaliyetler sürdürülür ve organik madde parçalanır. Örnek olarak glikozun parçalanması; C 6 H 12 O 6 + O 2 6CO 2 + 6H 2 O Atıksu ortamında serbest oksijen molekülü bulunmadığı, organik maddenin parçalanması için nitrit ve nitrat iyonu gibi bağlı oksijenin kullanıldığı durumlara anaerobik ortam denir. Eğer ortamdaki nitrit ve nitrat gibi bağlı oksijenlerde, hücresel faaliyetler için kullanılırsa, ortam anoksik şartlara dönüşür. C 5 H 10 O 5 + 4NO H + 5CO 2 + 7H 2 O +2N 2 Anoksik şartlar altında nitrit ve nitrat iyonları bir dizi biyokimyasal reaksiyonlar sonucu indirgenir. Bu biyokimyasal reaksiyonlar sonucu nitrit ve nitrat, 14

30 gaz fazına geçerek moleküler azot haline dönüşür. Denitrifikasyon süresince, nitrat iyonu önce nitrite daha sonra da moleküler azot gazına dönüşerek atmosfere yayılır. Nitrifikasyon, azotun atıksudan uzaklaşmasını sağlamaz, sadece amonyum iyonunu nitrat iyonuna dönüştürür. Ancak nitrifikasyonun ardından gerçekleştirilen denitrifikasyon, azot bileşiklerini, azot gazı formuna dönüştürerek atmosfere ulaştırır. Bununla birlikte moleküler azot olan azot oksitler, denitrifikasyon süresince nitrit ve nitrat iyonlarından oluşurlar. Denitrifikasyon sırasında oluşan azot gazı suda çözünmez formda olduğundan direk atmosfere yayılır. (Gerardi, 2002) Çevre Mühendisliği Uygulamalarında Fosfor Yüksek konsantrasyonlarda fosfor içeren atıksuların kontrolsüz şekilde alıcı ortamlara deşarj edilmesi sonucunda su kalitesinde önemli ölçüde bozulmalar oluşabilmektedir. Bu nedenle fosfor kirliliği, çevresel açıdan gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Sucul ortamlarda fosfor, fosfat formunda bulunur. Özellikle inorganik fosfat bileşikleri veya bunların dehidrate şekilleri olan polifosfatlar çevre mühendisliği uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Evsel nitelikli atıksular fosfor bileşiklerince zengindirler. Sentetik deterjanların kullanımı ile birlikte evsel nitelikli atıksulardaki fosfor miktarı 2-3 kat artarak 8-12 mg/l seviyesine gelmiştir. Deterjanların katkı maddelerinin %50 sinden fazlasını polifosfatlar oluşturmaktadır. Bu da evsel nitelikli atıksulardaki inorganik fosfor miktarını arttırmaktadır. İnorganik fosforun önemli bir kısmı da insan metabolizmasında proteinlerin parçalanması sonucu oluşur. Bir insanın günde atacağı fosfor miktarı 1,5gr/gündür. Evsel atıksuların 1-2mg/L sini organik fosfor, 4-9mg/L sini inorganik fosfor oluşturur. (Samsunlu, 2006) 15

31 Toplam Fosfor Toplam İnorganik Fosfor Organik Fosfor Ortofosfat Polifosfat Şekil 1.7. Fosfor Bileşikleri Polifosfatlar, birden fazla ortofosfat molekülünden su çıkması ile elde edilen dehidrate şekiller olduğundan, su ortamında zamanla hidrolize uğrar ve orto haline geri dönerler. Polifosfatın hidrolize olarak ortofosfat haline dönüşmesine örnek bir reaksiyon olarak, Tetrasodyum pirofosfatın, Di sodyum fosfata hidrolizi verilebilir. Na 4 P 2 O 7 + H 2 O 2Na 2 HPO 4 Bu dönüşüm olayının hızı, sıcaklığın bir fonksiyonudur ve sıcaklık kaynama noktasına yaklaştıkça hız artar. Hidroliz olayının hızı, aynı zamanda ph ın düşmesi ile arttırılabilir. Kompleks fosfatların hidrolizi; aynı zamanda bakteriyel enzimler vasıtası ile de olmaktadır. Bu nedenle temiz sularda dönüşüm hızı, atıksulara oranla daha az olmaktadır. (Samsunlu, 2006) 16

32 Çizelge 1.6. Çevre mühendisliği uygulamalarında en çok rastlanan fosfor bileşikleri (Samsunlu, 2006) Fosfat Bileşikleri Kimyasal Formülleri Ortofosfatlar Tri sodyum fosfat Na Di sodyum fosfat 3 PO 4 Na 2 HPO 4 Mono sodyum fosfat NaH 2 PO 4 Di amonyum fosfat (NH 4 ) 2 HPO 4 Polifosfatlar Sodyum hekzametafosfat Sodyum tripolifosfat Tetrasodyum pirofosfat Na 3 (PO 3 ) 6 Na 5 P 3 O 10 Na 4 P 2 O Fosfor Döngüsü Fosfor elementi çoğu sucul sistemlerde büyümeyi ve üremeyi sınırlayıcı olduğu düşünülen bir besin tuzudur. Fosfor elementi, sucul sistemlerde inorganik fosfat iyonundan (PO -3 4 ) organik moleküllere kadar (fosfolipidler, şeker ve DNA gibi) birçok kimyasal formda bulunur. En temel ve en önemli formu ise ATP formudur. Fosfat iyonunun çeşitli formları arasındaki kimyasal denge, ph, kalsiyum ve alüminyum gibi metal iyonlarının varlığına, ortamın yükseltgenme indirgenme potansiyeline, sediment tabakasının karışım düzeyi ve kirliliğin var olup olmamasına bağlı olarak ortamda bulunabilirler. Sucul bir ekosistemde, çevrede fosfor bileşiklerinin katıldığı fiziksel ve kimyasal tepkimeler tam olarak tanımlanamamıştır. Partiküllü organik, çözünmüş organik, partiküllü inorganik ya da çözünmüş inorganik formlarda bulunabilen fosfor elementinin sucul ortamlardaki döngüsü şematik olarak Şekil 1.8 de gösterilmiştir. (Lekang, 2007). 17

33 Şekil 1.8. Fosfor Döngüsü (Lekang, 2007) 1.4. Evsel Nitelikli Atıksuların Arıtılması Evsel nitelikli atıksuların organik madde miktarının yüksek olmasından dolayı yaygın olarak biyolojik arıtma yöntemleri kullanılır. Biyolojik arıtma atıksuyun içinde bulunan askıda veya çözünmüş organik maddelerin bakterilerce parçalanması ve çökebilen biyolojik floklarla sıvının içinde kalan veya gaz olarak atmosfere kaçan sabit inorganik bileşiklere dönüşmesidir. Biyolojik arıtma sistemleri değişik şekillerde sınıflandırılabilirler. Ortamda oksijen varlığına göre havalı (aerobik) ve havasız (anaerobik) olarak sınıflandırılan bu sistemler kullanılan mikroorganizmaların sistemdeki durumuna göre askıda ve sabit film (biyofilm) prosesleri olarak da sınıflandırılabilirler. 18

34 Evsel nitelikli atıksu arıtımında organik madde içeriğinin yanı sıra azot ve fosfor gibi besi (nutrient) maddeleri de biyolojik arıtımda giderilir. Çoğu durumda toksik olabilecek eser (iz) miktardaki organik maddeleri de gidermek önemlidir. (Öztürk, 2005) Aerobik (Havalı) Arıtma Prosesleri Bütün havalı (aerobik) atıksu arıtma proseslerinde atıklar a) sentez ve b) oksidasyon yolu ile yok olurlar. Diğer bir deyimle organik maddelerin bir kısmı yeni hücrelere dönüşürken (sentez) geri kalan kısmı gerekli enerjiyi üretmek için oksidasyona tabi tutulurlar. Atıksudaki BOİ nin giderimi, çökmeyen kolloidal katıların pıhtılaştırılması ve organik maddelerin kararlı hale gelmesi, başta bakteriler olmak üzere çeşitli mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilir. Mikroorganizmalar, kolloidal ve çözünmüş karbonlu organik maddeleri çeşitli gazlara ve yeni hücrelere dönüştürerek kullanırlar. Mikroorganizmalar, üremelerini ve diğer hayati fonksiyonlarını devam ettirmek için, Enerji kaynağına, Yeni hücre sentezi için karbona, Azot, fosfor, sülfür, potasyum, kalsiyum ve magnezyum gibi inorganik elementlere ihtiyaç duyarlar. Organik besi maddeleri de hücre sentezi için gereklidir. Mikrobiyal faaliyetler için gerekli karbon ve enerji kaynaklarına substrat adı verilir. 19

35 Çizelge 1.7. Enerji ve karbon kaynaklarına göre mikroorganizmaların genel sınıflandırılması (Öztürk, 2005) Sınıflandırma Enerji Kaynağı Karbon Kaynağı Ototrofik: Fotoototrofik Kemoototrofik Heterotrofik: Kemoheterotrofik Fotoheterotrofik Işık İnorganik yükseltgenmeindirgenme reaksiyonu İnorganik yükseltgenmeindirgenme reaksiyonu. Işık CO 2 CO 2 Organik Karbon Organik Karbon Organik maddeler yok olmaya başlayınca biyolojik hücrelerin bir kısmı gerekli enerjiyi sağlamak amacıyla kendi kendini oksitler (içsel solunum). Aerobik biyolojik oksidasyon reaksiyonları genel olarak aşağıdaki şekilde ifade edilebilmektedir: Organik madde (BOI, KOI) + O 2 + N+ P yolla parçalanamayan çözünebilir maddeler Hücre +CO 2 +H 2 O + biyolojik Hücre + O 2 CO 2 + H 2 O + N + P + parçalanmayan hücresel kalıntılar Bu biyolojik parçalanma olayı tüm havalı biyolojik arıtma sistemlerinde yer almaktadır. Aşağıda biyolojik reaksiyon 3 adımda gösterilmektedir. 1. Adım: Biyokütlenin üretimi ve organik maddenin oksidasyonu 8 (CH 2 O) + NH O 2 C 5 H 7 NO O H 2 O + Enerji 2. Adım: Biyokütlenin solunumu C 5 H 7 NO O 2 5CO 2 + NH 3 + H 2 O + Enerji 20

36 3. Adım: Nitrifikasyon NH O 2 HNO 3 + H 2 O + Enerji Havalı biyolojik artıma yöntemleri genellikle iki büyük sınıfa ayrılabilirler: Arıtmayı yapan bakterilerin askıda bulunduğu sistemlerdir. Buna örnek olarak aktif çamur sistemi ve çeşitleri (türevleri) gösterilebilir. Arıtmayı yapan bakterilerin sabit bir yüzey üzerine tutunarak büyüdüğü sistemler. Bunların başlıca örnekleri damlatmalı filtreler ve dönen biyodisklerdir. Atıksu arıtımında çok sık kullanılan biyolojik prosesler; Havalandırmalı lagünler, Damlatmalı filtreler, Döner biyodiskler Stabilizasyon havuzları Aktif çamur prosesleridir. Aktif çamur prosesleri veya onun modifikasyonları daha çok büyük tesislerde, kullanılmaktadır. (Öztürk, 2005) Aktif Çamur Yöntemi Aktif çamur süreci, arıtımı gerçekleştiren mikroorganizmaların askıda büyüme özelliklerine sahip olduğu bir aerobik biyolojik arıtma yöntemidir. Arıtım olgusu, oksijen ihtiyacına sahip olan maddelerin mikroorganizmaların metabolik faaliyetleri ile son ürünlere dönüştürülmesi ve yüksek kalitede çıkış suyunun eldesine yöneliktir. 21

37 1914 yılında Ardern ve Lockett tarafından İngiltere de geliştirilen proses, bir atığın aerobik olarak stabilizasyonunu gerçekleştirebilen aktif kütle üretiminin meydana gelmesi sebebiyle aktif çamur olarak adlandırılmıştır. Orijinal prosese benzer olan birçok versiyonu kullanılmaktadır. En çok piston akımlı ve tam karışımlı prosesler kullanılmaktadır. (Eckenfelder, 1998) Şekil 1.9. Piston Akımlı Aktif Çamur Reaktörü (Metcalf&Eddy, 2003) Şekil Tam Karışımlı Aktif Çamur Reaktörü (Metcalf&Eddy, 2003) Aktif çamur proseslerinde ızgaradan geçirilmiş veya çöktürülmüş atıksu son çöktürmeden gelen konsantre çamurun değişik miktarlarıyla (%20-100) karıştırılır. Bu karışım bir havalandırma tankına verilerek burada organizmalar ve atıksu havalandırılır. Bu işlem ile mikroorganizmaların oksijen ihtiyacı giderilirken muhteva iyi bir şekilde karıştırılmış olur. Bu şartlar altında organizmalar organik maddenin bir kısmını enerji elde etmek amacıyla karbondioksit ve suya dönüştürür, kalan kısmını ise oksidasyonda elde edilen enerjiyi kullanarak yeni hücreler üretmek için kullanırlar. 22

38 Bu karıştırmadan sonra bir çökeltme tankına verilir ve burada flok halinde olan mikroorganizmalar çöktürülerek çıkış suyundan giderilir. Çöktürülen mikroorganizmalar veya aktif çamur daha sonra havalandırma tankının sonunda prosesin başına geri devir yapılarak tekrar atık suyla karıştırılır. Bu proseste sürekli olarak yeni aktif çamur üretilir ve her bir günde üretilen fazla çamur (atık aktif çamur), ön çöktürmedeki çamurla birlikte uzaklaştırılır. Doğru şekilde dizayn edilen ve isletilen aktif çamur tesislerinden çıkan su yüksek kalitelidir. (Metcalf&Eddy, 2003). Şekil Klasik Aktif Çamur Prosesinin Şematik Gösterimi Aktif Çamur Yönteminde Organik Maddenin Parçalanması Evsel nitelikli ham atıksuyun organik madde miktarı oldukça yüksektir. Aktif çamur sisteminde mikroorganizmalar yeni hücreler oluşturmak için atıksudaki çözünmüş oksijeni kullanarak organik maddeyi parçalamaya başlar. Mikroorganizmalar birikmiş yapıda bulunan organik maddeleri, kompleks organik maddeler gibi parçalamaya çalışırlar. Bu nedenle mikroorganizmaların 23

39 kompleks organik maddeleri parçalayabilmeleri için yeterli miktarda çözünmüş oksijenle, belirli sürede bir arada bulunmaları gerekir. Başlangıçta bir çeşit mikroorganizma birikmiş organik maddenin bir kısmını, diğer mikroorganizma grupları ise geriye kalan organik maddeyi parçalar. Atıksudaki bu organik maddeleri parçalayan mikroorganizmalar sudaki çözünmüş oksijeni de kullanırlar. Bu aşamada oksijen tüketimi ve mikroorganizma miktarında artış olur. Ortamdaki organik madde miktarının azalmaya başlaması ile mikroorganizmaların bir kısmı ölüm fazına geçer. Bu nedenle organik maddenin azalmasıyla birlikte kullanılan oksijen ve mikroorganizma miktarlarında da azalma olur. Ancak sürekli reaktörlerde, sisteme sürekli organik madde girişi olacağından mikroorganizmalar organik maddelerden beslenmeye devam ederek yeni hücreler oluşturacaktır. Bazı mikroorganizmalar, sindirdiği organik maddelerden ürettikleri sindirim artıklarını hücre duvarında absorbe ederler. Daha sonra bu sindirim artıkları başka mikroorganizmalar tarafından besin kaynağı olarak kullanılabilmektedir. Bu birikmiş organiklerin sindirim prosesi; biyolojik popülasyonların kompleks organik maddeleri tamamıyla parçalayıncaya kadar devam eder (Junkins, 1983). Şekil Organik maddenin biyolojik bir hücreye transferi (Junkins, 1983) 24

40 Kesikli Aktif Çamur Yöntemi Kesikli akışlı reaktörler yaygın bir kullanıma sahip aktif çamur proseslerinin başında gelmektedir. Kesikli akışlı reaktörler, tüm aktif çamur ve atıksu karışımının reaktörde tutulduğu, tam karıştırılan, sıcaklık ve konsantrasyon değişimlerinin çok olmadığı, belli bir atıksu akışı olmayan ve kapalı devre çalışan sistemlerdir. Reaktörde belli bir giriş ve çıkış akımı olmamasından ve reaktörde tam karışım olmasından dolayı atıksu içindeki tüm maddeler eşit sürelerde arıtmaya tabi tutulurlar. Kesikli akışlı reaktörler, doldur-boşalt yöntemine göre işleyen ve doldurma, havalandırma, çöktürme işlemlerinin tümünün aynı reaktörde meydan geldiği giriş ile çıkış akımı olmayan ve kapalı olarak çalışan reaktörlerdir. Kesikli akışlı reaktörlerde arıtma işleminde arka arkaya gerçekleşen 5 aşama bulunmaktadır. Bu aşamalar sırasıyla şöyledir; 1) Doldurma 2) Havalandırma 3) Çökeltme 4) Boşaltma 5) Bekletme Bu beş aşamadan oluşan işleme çevrim denilmektedir. Doldurma işleminde reaktörde bulunan aktif çamurun üstüne atıksu eklenmesi ve karıştırma ile besleme yapılmaktadır. Bu aşama yaklaşık 5-10 dakika sürmektedir (Metcalf&Eddy, 2003). Reaktöre doldurma işlemi sırasında verilecek atıksu miktarının reaktör hacmine oranı 3/4 olmalıdır (Dulkadiroğlu, 2003). Doldurma işlemi sırasında atıksu, yapılacak uygulamaya göre reaktöre karıştırmadan eklenebileceği gibi havalandırma yapılmadan karıştırarak yada karıştırma ve havalandırma bir arada yapılarak doldurulabilir. Havalandırma aşamasında reaktördeki aktif çamur üstüne eklenen atıksuya tam karışım ve havalandırma işlemi uygulanmakta ve bu işlem sonucu atıksudaki organik maddeler aerobik olarak oksidasyon reaksiyonları meydana getirmekle 25

41 birlikte anaerobik olarak denitrifikasyon oluşmaktadır. Oksidasyon havalandırma sonucu meydana gelirken, denitrifikasyon karıştırma işlemi sonucu ortaya çıkmaktadır. Havalandırma aşaması süresi atıksuyun özelliklerine göre 1-30 saat arasında değişmektedir. Havalandırma işlemi sırasında karıştırma yüksek hızlarda yapılmamalıdır. Hızlı karıştırma çamurun çökelme özelliğini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu nedenle aktif çamur ve atıksu karışımının tüm reaktörde üniform dağılabileceği optimum bir seviyedeki hızla karıştırma işlemi yapılmalıdır. Çökeltme işleminde reaktörün havalandırma ve karıştırma işlemi durdurularak aktif çamur ve atıksu karışımının 45 dakika çökelmesi sonucu ayrılması sağlanmaktadır. Boşaltma işleminde çökeltmeden sonra reaktörün üst kısmında kalan supernatant tabakası, reaktörde herhangi bir çıkış yapısı olmaması nedeniyle, reaktörü yeniden besleme işlemine hazırlamak için sifonlama yoluyla dışarı alınır. Bu işlem yaklaşık 10 dakika sürmektedir. Bekletme işlemi reaktörün yeniden beslenmesi öncesi çamur stabilizasyonu sağlamak amacıyla yapılmakta olup opsiyonel bir işlemdir ve 30 dakika kadar sürmektedir. Bugüne kadar çeşitli modifikasyonları denenmiş olan kesikli akışlı reaktör sistemleri doldur-boşalt reaktörlere çok benzemekle birlikte en önemli farkı, atıksuyun reaktöre alınma süresinin tercihe bağlı olması ve bu işlemin reaksiyon sürecinin bir parçasını oluşturmasıdır. (Crites ve Tchobanoglous, 1998) 30 yıl önce Avustralya da geliştirilen kesikli boşaltma yapılan uzun havalandırma prosesi şekil 1.13 de şematik olarak gösterilmiştir. Fiziksel olarak tek bir havuz içeren proses, atıksuyun sürekli girişine imkan sağlarken, prosesten arıtılmış suyun çıkışı kesiklidir. Kesikli aktif çamur prosesi ve diğer klasik aktif çamur prosesleri arasındaki fark, klasik aktif çamur proseslerinde biyolojik arıtma kademeleri farklı tanklarda yapılırken kesikli aktif çamur da bütün kademelerin aynı tankta sırayla yapılmasıdır. Havalandırma ve çöktürme işlemleri aynı tankta yapıldığından çöktürme tankından havalandırma tankına çamur geri devrinin yapılmasına gerek yoktur. Normal işletmede 4 saatlik bir döngü kullanılır. Her bir döngü (1) havalandırma, (2) çöktürme ve (3) boşaltma olmak üzere, sırasıyla üç faza 26

42 bölünür. Nitrifikasyon ve BOI dönüşümü havalandırma fazı sırasında meydana gelir. (Crites ve Tchobanoglous, 1998) Denitrifikasyon çöktürme fazında meydana gelmektedir. Ekstra denitrifikasyon ve çöktürülmüş duru fazın sistemden deşarjı boşaltma fazında meydana gelmektedir. Fazla çamurun atılması tank içerisinin tam karışımlı olduğu durumda yani havalandırma fazında gerçekleştirilir. Çamurun havalandırma tankından atılması her gün atılan çamur miktarının hesaplanmasında kolaylık sağlar. Küçük yerleşimler için kullanılan sistemlerde (2000 veya daha az nüfus), çamur, yoğunlaştırma ve uzun süreli depolama amacıyla bir depoya alınır ve oluşan süpernatant tesis girişine geri döndürülür. Lagünlerin çamur depolama maksadıyla kullanılması halinde katı maddeler periyodik olarak kurumaya bırakılır ve arazide ya da bir çöp depolama alanında bertaraf edilir. Daha büyük tesislerde çamur çoğunlukla bir yoğunlaştırıcıya verilir. Yoğunlaştırılmış katılar bir fitre presle susuzlaştırılır. Yoğunlaştırıcıda ve filtre preste oluşan sıvı faz tesis girişine geri döndürülür. Susuzlaştırılan katılar toprak şartlandırıcısı olarak kullanmak için genellikle kompostlaştırılır. (Crites ve Tchobanoglous, 1998) Şekil Kesikli aktif çamur prosesi (Crites ve Tchobanoglous, 1998) 27

43 Kesikli Aktif Çamur Yönteminde Azot Giderimi Atıksularda azot genellikle amonyak veya organik azot olarak bulunur. Çok az miktarlarda da nitrit veya nitrat azotu bulunabilir. Azot gideriminde iki temel mekanizma asimilasyon ve nitrifikasyon-denitrifikasyondur. Azot bir besi maddesi olduğundan arıtma işlemindeki mevcut bakteriler amonyak azotunu asimile etmekte ve hücre kütlesi ile birleştirmektedir. Amonyak azotunun bir kısmı hücre ölümü ve bozunması nedeniyle atıksuya geri döner Havalandırma havuzuna giren amonyak azotu, aerobik ortamda nitrifikasyon bakterileri ile NO 3 e kadar yükseltgenir. Nitrifikasyon bakterileri CO 2 yi karbon kaynağı olarak kullanarak, enerjilerini NH4 ve NO2 nin oksitlenmesinden sağlayan aerobik ve ototrofik organizmalardır. Nitrifikasyon bakterileri, aktif çamur sistemlerinde mevcut karma kültürün bir parçası olup genellikle nitrifikasyon ve BOİ giderme eş zamanlı gerçekleşir. Optimum nitrifikasyon şartları: ph= 7,5-8,5 T= C Min. Çözünmüş O 2 =2mg/L Havalandırma havuzunda oluşan NO 3 yüksek konsantrasyonda (>1000mg/L) denitrifikasyon bakterileri üzerinde inhibisyon etkisi yapar (İleri, 2000). ph 7 ve üzeri olduğu durumlarda amonyak azotu (NH 3 )ma hakim olur (Metcalf&Eddy, 2003). 28

44 NH 4 + NH 3 + H + Ka = + [ NH3][ H ] + [ NH ] NH 3 = Nitrifikasyonda oluşan nitrat ve nitrit konsantrasyonları belirli bir seviyenin üzerinde toksik olduğu için denitrifikasyonla N 2 ye dönüştürülmelidir. Denitrifikasyon anoksik şartlar altında, oksijen yerine nitratın elektron alıcısı olarak kullanılması ile gerçekleşir. Aktif çamur sisteminde nitrifikasyonun gerçekleşebilmesi için önemli detaylar; [ NH ]/[ NH ] 3 Nitrifikasyonun amaçlanmadığı geleneksel aktif çamur sistemlerinde çözünmüş oksijen (ÇO) derişimleri mg/l sınırları arasındadır, ancak nitrifikasyon amaçlanırsa, bu da genellikle uzatmalı havalandırmalı sistemlerdeki durumdur, uygun nitrifikasyon için mg/l ÇO değeri olmalıdır. Nitrifiye edici bakterilerin büyüme hızlarının yavaş olması, bu bakterilerin inhibitörlere, tesis işletme koşullarına ve giriş atıksu kompozisyonuna karşı hassasiyetini getirmekte ve bu nedenle nitrifikasyon prosesi özel dikkat gerektirmektedir. Çözünmüş oksijen nitrifikasyon için gerekli bir besi maddesidir (nutrient). Araştırmacılar kritik bir çözünmüş oksijen derişiminin üstünde nitrifikasyon hızının etkilenmediğini belirtmektedirler yılında Whurmann nın değişik çözünmüş oksijen derişimlerinde yaptığı çalışmalarda 1.0 mg/l ÇO için % 10 nitrifikasyon sağlandığını, 4.0 ve 7.0 mg/l ÇO için azotun % 90'ının okside olduğunu bulmuştur. Downing ve Scragg 0.2 mg/l seviyesinde nitrifikasyonun durduğunu, Gujer ve Jenkins ise 1974 yılında nitrifiye edici organizmaların anaerobik ortamlarda uzun süre canlı kaldıklarını, ancak 29

45 düşük ÇO derişimlerinde aktivitelerinin etkilendiğini bulmuştur. Nitrifikasyondan sorumlu bakterilerden nitrobakterin 2 mg/l ÇO derişimlerinin altında aktivitesinin azaldığı, nitrosomonasın ise fazla etkilenmediği bulunmuş ve ÇO derişiminin nitrit ve nitrat oluşum mekanizmalarında değişik etkileri olduğu ve düşük derişimlerde nitrit birikimi olabileceği sonucuna varılmıştır (Balku, 2004) Kesikli Aktif Çamur Yönteminde Fosfor Giderimi Mikroorganizmalar hücre sentezi ve enerji transferi için fosforu kullanırlar. Bu şekilde giriş fosforunun % u biyolojik arıtmayla giderilir. Bazı isletme şartlarında mikroorganizmalar ihtiyaçlarından fazla fosforu bünyelerinde tutabilirler. Bu şekilde fazla fosforu bünyelerine alan mikroorganizmaların sudan alınmasıyla fosfor da giderilmiş olur. Biyolojik yolla fosfor giderimi birtakım ardışık proseslerin uygulanmasıyla mümkün olur. Bu prosesler şu şekilde sıralanabilir. 1. Bir grup bakteri fazla miktar fosfatı polifosfat olarak bünyelerinde tutma kabiliyetine sahiptir. Kesikli Aktif Çamur sisteminde, havalandırma havuzunda bulunan sıvı fazdaki fosfat organizmalar tarafından tutulur. Böylece fosfat konsantrasyonu azalır. Aerobik şartlar altında ortamda yeteri kadar karbon bulunmaması durumunda Acinetobacter sp. Polihidroksibütiratı (PHB) parçalayarak metabolize eder ve Adenozin Trifosfat (ATP) üretir. Oluşan ATP polifosfat halinde hücre içinde tutulur (İleri, 2000). Aerobik şartlarda: ADP(Adenozin Difosfat) + (PO 4 ) n+1 ATP+ (PO 4 ) n 30

46 Şekil 1.14 de Aktif Çamur sistemine, aşırı fosfor yüklemesi ile arıtım verimini yükseltmeyi amaçlayan bir çalışmadan alınan veriler bulunmaktadır. Deney ölçekli kurulan aktif çamur sisteminin, havalandırma havuzundan iki farklı zamanda alınan numunelerin fosfor giderimleri incelenmiştir. Görüldüğü gibi havlandırma havuzunda bulunan fosfat, organizmalar tarafından tutularak fosfat konsantrasyonunun giderek azalmasına neden olmaktadır (Tunçal, 2008). Şekil Aktif Çamur aerobik fosfor giderim profili. (Tunçal, 2008) 2. Uçucu yağ asitleri gibi anaerobik şartlarda üretilen fermantasyon ürünlerinin ortamda bulunması halinde, bu bakteriler fermantasyon ürünlerini asimile ederek hücrelerinde depolarken fosforu da açığa çıkarırlar. Takip eden aerobik/anoksik şartlar altında depolanan fermantasyon ürünleri okside edilerek enerji üretilirken, hücredeki polifosfatın depolanması artar. Bu nedenle fosfor giderimi için anaerobik bir fazdan sonra aerobik bir faz gereklidir. Anaerobik bir fazdan sonra aerobik fazın kullanılması, mikroorganizmaların fosfor alımını daha da artırmaktadır. Bu iki fazda fosfor konsantrasyonu ve çözünür BOI deki değişim Şekil1.15 de görülmektedir. 31

47 Şekil Biyolojik fosfor giderim prosesinde BOİ ve Ortofosfatın değişimi (Crites ve Tchobanoglous, 1998) Anaerobik (Havasız) Arıtma Anaerobik arıtmada, organik atıklar farklı mikroorganizma gruplarının ortaklaşa çalışmasıyla, anaerobik bakteri hücrelerine ve esas olarak metan ve karbondioksit şeklinde gaz forma dönüşürler. Anaerobik arıtma, uygun koşullar sağlandığında organik madde giderimine ihtiyaç duyulan çoğu alanda rahatlıkla kullanılabilir. Önceleri atıksu arıtma çamurlarının stabilizasyonunda kullanılan anaerobik arıtma teknolojisi, bir sonraki aşama olarak yüksek KOİ değerine sahip endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılmıştır. Günümüzde ise gerek evsel, gerek endüstriyel atıksu arıtımında anaerobik arıtmanın giderme verimleri ve işletme prensipleri üzerine çalışmalar yapılmaktadır. (Yılmaz, 2004). Anaerobik arıtmanın, aerobik arıtmaya göre özellikle enerji ihtiyacı ve atık çamur oluşumu yönünden üstünlükleri vardır. Anaerobik arıtmanın ilerleyen kademelerinde ortaya çıkan hidrojenin ya da son aşamada ortaya çıkan metanın enerji açısından kullanımının araştırılması günümüzün popüler konularındandır. Atıksu arıtımında özel bir alan olan anaerobik parçalanma bir fermentasyon prosesidir. Proses, organik maddenin son indirgenme ürünü olan metan üretimiyle karakterize edilir ve metan üretiminin yanı sıra karbondioksit de son ürün olarak oluşur. Anaerobik parçalanma sırasında oluşan bu iki gaz fazındaki bileşiklerin karışımı biyogaz olarak adlandırılır. Bu proseste oluşan biyogaz metandan dolayı 32

48 önemli bir enerji kaynağıdır. Anaerobik proseslerde organik maddelerdeki kimyasal enerjinin çoğu metan olarak geri kazanılırken, aerobik proseslerde ise bu organik maddelerdeki enerjinin çoğu bakteriyel metabolizma için kullanılır. Bu nedenle de aerobik arıtmada oldukça büyük miktarda bakteriyel hücre üretilmektedir. Aerobik dönüşümde 1 kg KOİ yi gidermek için ortalama 2 kwsa. lik elektrik sarf edilerek, 0.5 kg biyokütle üretilmektedir. Anaerobik dönüşümde ise 1 kg KOİ yi giderirken 0.5 m 3 biyogaz (yaklaşık 0.4 L sıvı yakıta eşdeğer) ve 0.1 kg biyokütle oluşmaktadır (Yılmaz, 2004) Anaerobik Arıtma Mekanizması Anaerobik arıtma sistemlerinde, diğer biyolojik arıtma sistemlerinde olduğu gibi en önemli mekanizma bakteriyel metabolizmadır. Bakteriyel metabolizma anabolizma ve katabolizmanın aynı anda oluşmasıyla gerçekleşir. Katabolizma, kısaca organik maddenin parçalanması, anabolizma ise organik maddenin hücre sentezinde kullanılması olarak tanımlanabilir. Mikroorganizmalar, bütün organizmalar gibi yaşam fonksiyonlarını yerine getirmek ve üremek isterler. Bunun için organik bileşenlerden elde edilen enerjiye ve yapı taşlarına ihtiyaç duyarlar. Mikroorganizmalar tarafından salgılanan enzimlerle enerji açısından zengin, yüksek yapılı organik bileşenlerin parçalanmasıyla düşük enerjiye sahip basit moleküller ve serbest enerji açığa çıkar. Bu serbest enerjinin bir kısmından ATP üretilir ve mikroorganizmanın hücresinde depolanır geri kalan enerji ise ısı enerjisi olarak açığa çıkar. ATP yapımında kullanılan bu enerji; serbest enerji veya Gibbs Reaksiyon Enerjisi [kj/ Reaksiyon] olarak adlandırılır. Bir reaksiyon, Gibbs Reaksiyon Enerjisi sadece negatif değerler aldığında gerçekleşir. Bu değer ne kadar büyükse, reaksiyonlar o kadar hızlı gerçekleşir. Organik maddelerin parçalanması sırasında açığa çıkan enerji aerobik ve anaerobik koşullar altında farklı şekillerde kullanılır. Örneğin Glikozun aerobik parçalanması sırasında toplam olarak kj/mol enerji açığa çıkar, bunun kj/mol ü organizmanın kullanması için açığa çıkan serbest enerjidir. Bu enerjiden 38 ATP üretilir. Anaerobik koşullarda ise ATP üretimi için oluşan serbest enerji 58 kj/mol dür, bu da yalnızca 2 ATP üretimine olanak 33

49 sağlamaktadır. Bu durum, anaerobik bakterilerin aerobiklere nazaran neden yavaş büyüdüklerini açıklamaktadır. Aerobik ve anaerobik metabolizmanın karşılaştırılması ise aşağıdaki şekilde ifade edilebilir: Çizelge 1.8. Aerobik ve anaerobik bakteriyel metabolizma (Speece, 1996) Aerobik Anaerobik Katabolizma %33 Katabolizma %97 Anabolizma %67 Anabolizma %3 Çizelgeden, anaerobik metabolizma sonucunda biyokütle oluşumunun aerobik metabolizmaya kıyasla ne kadar az olduğu açıkça görülmektedir. Bu da anaerobik arıtmada atık çamur stabilizasyonu sorununu minimuma indirmektedir. Ayrıca aynı miktarda ve kirlilik yükünde atıksuyun arıtımı için gereken reaktör hacmini düşürmektedir. Anaerobik koşullar altında, atıksudaki KOİ nin %90 ından fazlası son ürün olarak metana dönüşür. Oluşan bu enerji formu, biyokütle sentezinde kullanılmadığından, atık çamur bertarafı için gereken maliyet ve alan ihtiyacı düşer (Speece, 1996). Anaerobik reaktörlerde iki şekilde metan oluşur. Birincisi, hidrojen ve karbondioksitin birleşmesi, diğeri de formik asit, asetik asit ve metanolün, metan, karbondioksit ve suya dönüşmesidir. Anaerobik parçalanmanın devam edebilmesi için reaktörde metan oluşturan bakterilerle diğer bakteri grupları dinamik bir denge içinde olmalıdır. Ayrıca mikroorganizmaları inhibe eden toksik maddelerin, örneğin ağır metallerin ve sülfürün bulunmaması zorunludur. Ortam ph ı arasında olmalıdır ve PH ı 6.2 civarında tutabilecek miktarda alkalinite bulunmalıdır. Çünkü bu ph değerinin altında metan bakterileri faaliyet gösteremezler. Anaerobik reaktörlerde normal olarak 1000 mg/l ile 5000 mg/l arasında alkalinitenin ve 250 mg/l den daha az yağ asitlerinin bulunması gerekmektedir (Metcalf&Eddy, 2003). 34

50 Şekil Anaerobik dönüşüm prosesleri (Metcalf&Eddy, 2003) Anaerobik Arıtma Yöntemleri Anaerobik arıtma prosesinin verimini arttırmak için çesitli konfigürasyonlar denenmiştir. Yeni alternatiflerde esas amaç, biyokütlenin reaktör içerisinde kalma zamanının, dolayısıyla da atık ile mikroorganizmaların yeterli temas süresinin sağlanmasıdır. Anaerobik biyokütle birikimini ve reaktör içindeki bekletme zamanını arttırmak için, tamamen yeni yöntemler benimsenmelidir. Metanojenesis safhasının anaerobik arıtmaya katkısı çok büyük olsa da, prosesin en çok sorun yaratan en hassas kısmıdır. Bu yüzden de anaerobik arıtma prosesinin iyileştirilmesinde belli şartlar sağlanıp, alternatif teknolojiler benimsenirken metanojenesis safhası önem kazanmaktadır. Anaerobik reaktörler; mikroorganizmaların askıda çoğaldığı veya biyofilm üzerinde çoğaldığı reaktörler olarak iki grupta ele alınabilirler; 35

51 Askıda çoğalan sistemler: Klasik Anaerobik Çürütücüler (CSTR) Anaerobik Temas Reaktörleri Membranlı Anaerobik Reaktörler Yukarı Akışlı Çamur Örtü Reaktörler (UASB) Genleşmiş Granüler Çamur Örtü Reaktörler (EGSB) Biyofilm üzerinde çoğalan sistemler: Anaerobik Akışkan Yataklı Reaktörler (FB) Anaerobik Filtreler (AF) [Sabit Yatak] Ayrıca bu reaktörlerin çeşitli kombinasyonlarından oluşan Hibrit Reaktörler de mevcuttur. Hibrit reaktörlerde, bir reaktörün avantajı diğerinin dezavantajı yerine kullanılır. (Speece,1996). Şekil 1.17 Askıda çoğalan sistemler (Öztürk, 2007) 36

52 Şekil Biyofilm üzerinde çoğalan sistemler (Öztürk, 2007) Anaerobik Filtre Reaktörleri Anaerobik filtre ilk olarak 1969 yılında Young ve McCarty tarafından tanımlanmıştır ve çeşitli endüstriyel atıkların arıtımında etkili bir şekilde kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Son 30 yıldır ise yüksek hızlı arıtma sistemi olarak kuvvetli organik atıksuların arıtımında kullanılmaktadır. Anaerobik filtreler aşağı veya yukarı akışlı olarak dizayn edilirler. Filtrelerde; plastik, seramik ya da benzeri, çözünme ve baskı sonucu kırılmaya dayanıklı malzeme kullanılır. Dolgu malzemesinin yüzey alanı oldukça önemlidir. Aynı hacim için, artan yüzey alanında arıtma verimi artar. Dolgu malzemesi üzerinde ilk yüklemeden itibaren zamanla biyofilm oluşur. Atıksu bu biyofilm tabakasında ve dolgu malzemesi arasında bulunan boşluklarda oluşan anaerobik çamur granüllerinde arıtılır. Filtrelerde zaman zaman tıkanmalar meydana gelebilir, bu tıkanmaların neticesinde kaballanma olmasını önlemek için sisteme basınçlı gaz (azot ya da sistemde oluşan biyogaz) verilir. Filtrelerde yüksek KOİ değerine sahip atıksuların yanı sıra düşük yüklerdeki atıksular da arıtılır, hidrolik, organik ve toksik etkilere karsı dayanıklıdır, çamur bekleme süreleri yüksek, çamur üretimi düşük ve biyokütle kaybı azdır. Anaerobik filtrelerde geri devir yapılması KOİ giderme verimini önemli miktarda arttırmamasına rağmen sistemin özellikle alkalinite, nutrient ve ısı ihtiyacının azaltılması bakımından önemli bir uygulamadır. Anaerobik filtrelerin kısa sürede tıkanmasını önlemek için yüksek AKM içeren atıksuları filtreden önce ön çökeltmeye tabi tutmak uygundur. Young ve Yang anaerobik filtre dizaynındaki en önemli parametrelerin, 37

53 Hidrolik bekletme süresi, Dolgu malzemesi tipi, Akımın yönü, olduğunu belirtmişlerdir. ABD de ve Kanada da 1972 yılından itibaren inşa edilmiş çok sayıda kurulu yukarı akışlı anaerobik filtre vardır. Bu tesislerde hacimsel organik yük kg KOİ/m3-gün aralığında değişmektedir. Hidrolik bekleme süreleri de katı atık sızıntı suyu, arıtılan anaerobik filtrelerdeki günlük süre haricinde, 12 ile 96 saat aralığında yer almaktadır. Arıtılan atıklardaki giriş KOİ değerleri de mg/l (ön çökeltmeli atıksu) ile mg/l (fermentasyon atıksuyu) gibi geniş bir aralıkta değişmektedir. Elde edilen KOİ giderme verimleri atık tipine bağlı olarak genelde % aralığındadır. İşletme emniyeti ve sistem veriminin yükseltilmesi amacıyla birden fazla sayıda filtre veya anaerobik çamur yataklı filtre (hibrid reaktör) inşa edilerek seri bağlı işletilebilir. (Öztürk, 2007) Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktöründe Azotun Davranışları Anaerobik arıtmada çamur üretimi daha az olduğundan nutrient ihtiyacı da daha az olacaktır. Buna karşın anaerobik arıtma için gerekli nutrientlerin atıksuda yeteri kadar olmadığı durumlarla sıkça karşılaşılır. Bu gibi durumlarda atıksuya N, P gibi nutrientlerin takviyesi gerekir. Anaerobik arıtma için en ideal KOİ/N/P oranı, işletmeye alma döneminde 300/5/1-500/5/1 aralığında, sistem kararlı hale geldikten sonra ise 700/5/1 e kadar yükseltilebilmektedir. Eğer bu değerler atıksuda mevcut değilse üre, H3PO4 veya amonyum dibazik fosfat ilavesiyle sağlanabilir. Bilinen en önemli azotlu bileşik, organik bir atık olan üre; CO(NH 2 ) 2 dir. Üre anaerobik bakterilerce amonyak ve CO 2 e parçalanır. Azotlu bileşiklerin fermantasyonu sonunda formik, asetik, propiyonik ve laktik asit gibi yağ asitleri ile CO 2 ve H 2 gibi gazlar oluşmaktadır. (Öztürk, 2007). CO(NH 2 ) 2 + H 2 O CO 2 + 2NH 3 38

54 Amonyak, anaerobik arıtmada özellikle metan bakterileri üzerinde toksik etki yapar. Amonyak zayıf bir asittir ve sularda genelde amonyum iyonu (NH 4 +) şeklinde bulunur. Serbest amonyak (NH 3 -N) ile amonyum azotu arasındaki oran ph a bağlı olarak değişir. ph arttıkça serbest amonyağın (NH 3 -N) oranı artar. Metan bakterileri için asıl toksik etkiyi serbest amonyak (NH 3 -N) gerçekleştirir. Bu yüzden amonyağın inhibisyonu özellikle yüksek ph larda daha tehlikelidir. Yaklaşık olarak 100 mg/l konsantrasyondaki serbest amonyak (NH 3 -N) konsantrasyonu toksik etki göstermekle birlikte, eğer bu değere sistem alıştırılarak ulaşılırsa toksik etki görülmeyebilir. Sularda amonyak ve amonyumun ph a göre değişimi Şekil 1.19 da gösterilmiştir. Şekil ph değişimine bağlı amonyak ve amonyum değişimi (Öztürk, 2007) Nitrit ve Nitrat azotu anaerobik şartlar altında denitrifikasyona uğrayarak serbest azot formuna dönüşürler. Anaerobik sisteme giren amonyak azotu oksitlenemeyeceğinden dolayı nitrifikasyon işlemi gerçekleşmeyecektir. Ancak yapılan bazı çalışmalarda anaerobik sistem içerisindeki NH 4, bağlı oksijen olan NO 3 ve SO 4 ü kullanarak NH 4 ün N 2 gazına dönüştüğü belirlenmiştir. Bu işleme amonyaklaşma (ANAMMOX) denir (Yang, 2009). 39

55 2NH SO 4-2 N 2 + S + 4H 2 O Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktöründe Fosforun Davranışları Atıksulardaki fosforun biyolojik yolla giderilmesi, oluşan çamur miktarının az olması, fosfor konsantrasyonunun çok düşük seviyelere çekilebilmesi ve maliyet açısından daha elverişlidir. Atıksudan fosfor 3 yolla uzaklaştırılabilir. Fiziksel (Filtrasyon ve membran yöntemleri ile) Kimyasal (Kalsiyum, aluminyum ve demir gibi kimyasallar eklenerek kimyasal çökeltme yöntemiyle) Biyolojik ( İleri biyolojik arıtma yöntemiyle) Fosforun biyolojik yolla giderilmesi şu şekilde açıklanabilir: Anaerobik şartlar altında fermente organik maddeler hücre içinde PHA (polihidroksialkanoat) olarak depolanır. Hücre içinde asetat ve propiyonat PHA nın (polihidroksialkanoat) dört farklı şeklinde depo edilir: Polihidrokisbütirat (PHB, sadece asetattan üretilir), polihidrokisvalerat (PHV, asetat ve propiyonattan üretilir), polihidroksi-2-metilbürat (PH2MB, asetat ve propiyonattan üretilir), polihidroksi-2-methilvalerat (PH2MV, sadece propiyonattan üretilir). PHA ın üretilebilmesi için enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerji, hücre içinde depolanan polifosfatın parçalanması sonucu elde edilir. 40

56 Şekil Polifosfatın kimyasal yapısı ve yüksek enerjili ortofosfat grubu (Bond, 1999) Polifosfatın yüksek enerjili ortofosfat gurubunun parçalanması sonucu PHA nin ihtiyacı olan yüksek miktarda enerji açığa çıkar. Polifosfatın hidrolizi sonucu oluşan fosfat grubu hücre dışına atılır ve böylelikle ortamın fosfat konsantrasyonu artmış olur. Ayrıca az seviyede de olsa glikozun parçalanması ile de PHA üretilir (Bond, 1999). Şekil Biyolojik fosfor arıtımında, Anaerobik ve Aerobik metabolizmaların davranışları (Bond, 1999) 41

57 Acinetobacter organizmaları anaerobik şartlar altında asetat ve yağ asitlerini (VFA) parçalar ve polihidroksibütirat (PHB) olarak depo ederler. Anaerobik şartlarda hücre içindeki polifosfatlar hidroliz edilerek PHB sentezinde kullanılır. Parçalanan polifosfat sıvı faza geçerek ortamın fosfat konsantrasyonunu arttırır. Anaerobik ortamdan sonra aerobik ortama verilen atıksuda yeni hücre sentez reaksiyonları gerçekleşecektir. Bu durumda hücre içinde biriktirilen PHB ler parçalanarak yeni hücre sentezi ve enerji üretiminde kullanılacaktır. Böylece anaerobik ortamda sıvı faza geçen fazla miktarda fosfor, aerobik ortamda ATP üretiminde kullanılacağından yoğun bir şekilde tüketilecektir. Anaerobik prosesten sonra aerobik prosese verilen sularda daha fazla fosfor giderildiği yapılan çalışmalar sonucu kabul görmüştür. Fosforun giderilmesi için yapılan anaerobik-aerobik prosese de İleri Biyolojik Fosfor Giderimi (EBPR) denilmektedir. (Ersü, 2006) Anaerobik Şartlarda: H 2 O + (PO 4 ) n (PO 4 ) n-1 + HPO H + Anaerobik Aerobik Substrat Enerji + Biyomas Heterotroflar Fermentasyon Enerji + P Asetat PAO (Acinetobacter) O 2 PHB Depo Enerji + Biyomas Heterotroflar Şekil İleri Biyolojik Fosfor Giderim Prosesi şematik gösterimi (Ersü, 2006) 42

58 1.5. Dünya da Su Kaynakları ve Kullanım Şekilleri Dünyadaki toplam su miktarı 1 milyar 400 milyon km3 tür (1 km3 = 1 milyar m3 ). Bu suyun %97,5 i denizlerdeki ve okyanuslardaki tuzlu sulardan ibarettir. Geriye kalan sadece %2,5 lik kısım tatlı suları teşkil etmekte olup bunun çok az bir kimsinin çeşitli maksatlar için kullanılabilir olduğu belirlenmiştir. Dünyadaki toplam suyun yılda yaklaşık km 3 ü denizlerde ve toprak yüzeyinde meydana gelen buharlaşmalar ile atmosfere geri dönmekte ve hidrolik çevrim içerisinde yağış olarak tekrar yeryüzüne düşmektedir. Dünya yüzeyine yağışla düşen su miktarı yılda ortalama olarak km 3 civarında olup, bunun km 3 ü akışa geçerek nehirler vasıtasıyla denizlere ve kapalı havzalardaki göllere ulaşmaktadır. Bu miktarın km3 ü ise teknik ve ekonomik olarak kullanılabilir durumdadır. Bunların dışında göllerdeki, toprak içinde absorbe haldeki, bitki bünyesinde tutulan su vb. vardır ki bunların yüzdeleri hakkında incelenen kaynaklar arasında bilgiye rastlanmadığı için bu bilgilere değinilememektedir. Dünyadaki toplam su miktarının yüzde olarak dağılımı Çizelge 1.9. de gösterilmektedir. Dünya nüfusunun halen 1/3 ü yeterli ve sağlıklı su kaynaklarına sahip olmamakla birlikte, kullanılabilir suyun dengeli dağıldığını da söylemek mümkün değildir. Dünyada 1940 yılında toplam 1000 km 3 olan su tüketimi; 1960 yılında 2000 km 3 e, 1990 yılında ise 4130 km 3 e ulaşmıştır li yılların başında bu tüketim 5162 km 3 ü bulmuştur. Çizelge görülebileceği gibi 1940 ile 2000 yılları arasında nüfusun artması, su tüketim alışkanlıklarının değişmesi, hızlı endüstrileşme gibi nedenlerle su tüketimi katlanarak artmıştır ve 2000 yılları arasında su tüketiminin diğer yıllara oranla daha az arttığı gözlenmektedir. Bunun nedenlerinde endüstrilerde yeni teknolojilerin kullanmasının özendirilmesi, tarımda yeni teknolojilerin keşfedilmesi, su kaynaklarının korunması, tüketim için önlem alınması, çevre bilincinin ve yeniden kullanımın artması gibi faktörleri saymak mümkündür. (DSİ, 2005) 43

59 Çizelge 1.9. Dünyadaki Toplam Su Miktarlarının Yüzdesi (DSİ, 2005) km 3 % Dünyadaki Toplam Su Miktarı 1.4 Milyar 100 Denizler ve Okyanuslardaki Tuzlu Su Miktarı Milyar 97,5 Tatlı Su Miktarı 0,035 Milyar 2,5 Yılda Buharlasan Su Miktarı ,036 Yılda Yağışla Düşen Su Miktar ,007 Nehirlerle Akışa Geçen Miktar ,003 Teknik ve Ekonomik Kullanılabilir Su Miktarı ,00064 Dünyada tüketilen suyun %73 ü sulamada kullanılmaktadır yılı itibari ile sulanan tarım alanlarının toplamı 240 milyon hektar iken bu miktarın yaklaşık yılda % 0,8 oranında artarak 2015 yılında 290 milyon hektara ulaşması beklenmektedir. Çizelge Dünya da Yıllara Göre Su Tüketim Miktarları (DSİ, 2005) Yıl Dünya da Toplam Su Tüketimi (km 3 ) Türkiye de Su Kaynakları ve Kullanım Şekilleri Türkiye; dünyanın yarı kurak bölgesinde yer almaktadır. Dünya yüzeyine düşen yağış, yılda ortalama 800 mm civarında iken; Türkiye de yıllık ortalama yağış, 643 mm dir. Bu değer yılda 501 milyar m 3 suya tekabül etmektedir. Bu suyun 274 milyar m 3 ü toprak ve su yüzeyleri ile bitkilerden olan buharlaşmalar yoluyla atmosfere geri dönmekte, 69 milyar m 3 lük kısmı yeraltı suyunu beslemekte,

60 milyar m 3 lük kısmı ise akışa geçerek çeşitli büyüklükteki akarsular vasıtasıyla denizlere ve kapalı havzalardaki göllere boşalmaktadır. DSİ den edinilen bilgiler incelendiğinde 274 milyar m 3 su miktarı tamamen buharlaşarak geri dönmekte gibi bir anlam çıkmaktadır ki bunu kabul etmek doğru bir yaklaşım olmayacaktır. Çünkü bir miktar su toprak içinde absorbe olarak kalmaktadır. Bir miktar su ise bitkilerin büyümesi için gerekli suyu sağlamak üzere bitki bünyesinde tutulmaktadır. Bu nedenle bir miktar su yüzdesini de bu yüzdelerden ayrı tutarak çeşitli sular olarak ayırmak gerekmektedir. Ancak kaynaklarda bu su ayrı olarak belirtilmediği için bu konuda net bir rakam verilememektedir. Türkiye de yağışla yeryüzüne düşen su miktarlarının yüzde olarak ifadesi Çizelge 1.11 de gösterilmektedir. (DSİ, 2005) Günümüz teknik ve ekonomik şartları çerçevesinde, muhtelif gayelere yönelik olarak tüketilebilecek yerüstü suyu potansiyeli yurt içindeki akarsulardan 95 milyar m 3, komşu ülkelerden yurdumuza gelen akarsulardan 3 milyar m 3 olmak üzere yılda 98 milyar m 3 civarındadır. Yeraltı suyu potansiyeli ise yapılmış olan etütlere göre 12 milyar m 3 olarak hesaplanmıştır. Bu durumda, günümüzdeki şartlar çerçevesinde ülkemizin tüketilebilir yüzey ve yeraltı suyu potansiyeli yıllık toplamı 110 milyar m 3 olmaktadır. Ülkemizdeki tüketilebilir su miktarlarının yüzdesi Çizelge de gösterilmektedir. Çizelge Ülkemizde Tüketilebilir Su Potansiyeli Miktarları ve Yüzdesi (DSİ, 2005) Milyar m 3 % Toplam Tüketilebilir Su Miktarı Akarsulardan Gelen Tüketilebilir Su Miktarı 98 89,09 Komsu Ülkelerden Gelen Su Miktarı 3 2,72 Yeraltı Suyu Miktarı 12 10,91 45

61 Ülkemizde başta DSİ olmak üzere su kaynaklarının geliştirilmesinden sorumlu olan kamu kurum ve kuruluşlarının 2002 yılı bası itibari ile geliştirdikleri projeler ile su tüketimi 40 milyar m 3 e ulaşmış bulunmaktadır. Bunun 6 milyar m 3 ünü yeraltı suyu teşkil etmektedir. Bu suyun 30 milyar m 3 ü sulama, 5,8 milyar m 3 ü içme-kullanma ve 4,2 milyar m 3 ü de endüstri sektöründe tüketilmektedir. Yıllık toplam su potansiyeli nüfusumuza bölündüğünde kişi basına yılda m 3 su düşmektedir yılında nüfusumuzun 95 milyona ulaşacağı tahmininden hareketle kişi başına düşen kullanılabilir su miktarının 2020 yılında m 3 /yıl olacağı söylenebilir. Devlet İstatistik Enstitüsü (DİE) 2030 yılı için nüfusumuzun 100 milyon olacağını öngörmüştür. Bu durumda 2030 yılı için kişi başına düşen kullanılabilir su miktarının m 3 /yıl civarında olacağı söylenebilir ve 2000 yılları arasında kişi başına düşen su miktarında keskin bir düşüş olduğu gözlenmektedir. Mevcut büyüme hızı, su tüketim alışkanlıklarının değişmesi gibi faktörlerin etkisi ile su kaynakları üzerine olabilecek baskıları tahmin etmek mümkündür. Ayrıca bütün bu tahminler mevcut kaynakların 25 yıl sonrasına hiç tahrip edilmeden aktarılması durumunda söz konusu olabilecektir. Dolayısıyla Türkiye nin gelecek nesillerine sağlıklı ve yeterli su bırakabilmesi için kaynakların çok iyi korunup, kullanılması gerekmektedir (DSİ, 2005) Atıksuların Yeniden Kullanılma İhtiyacı Nüfusun yoğun olduğu yerlerde, kaliteli suyun kısıtlı olduğu ve kurak bölgelerde atıksu önemli bir su kaynağı olabilir. Atıksu arıtılarak sulamada yeniden kullanılabilir. Atıksuyun içilmek üzere arıtılması teknik açıdan mümkün olmakla birlikte her toplumun kabul edebildiği bir konu değildir. Atıksuların endüstriyel proses suyu amaçlı kullanılması, tarımda sulama suyu amaçlı kullanılması ya da içme suyu amaçlı kullanılması teknik açıdan mümkündür. Çizelge 1.12 de arıtılmış atıksuların kullanım alanları ve kullanım uygulamaları gösterilmektedir (Metcalf&Eddy, 2003). Atıksuyun yeniden kullanım şekilleri: 46

62 Kentsel Endüstriyel Çevre ve rekreasyon amaçlı Yeraltı Suyunun beslenmesi amaçlı İçme suyu kaynaklarının artırılması amaçlı Tarımsal Kentsel Amaçlı Yeniden Kullanım Kentsel amaçlı yeniden kullanımda tuvaletlerdeki sifonlarda, yangın hatlarında vb. yerlerde arıtılmış atıksuların kullanılması amaçlanır. (Kretschmer, 2004) Endüstriyel Amaçlı Yeniden Kullanım Su kısıtlılığının ve nüfusun artması ile endüstriyel amaçlı yeniden kullanım çok önemli su sağlama yöntemlerinden biri haline gelmiştir. Endüstriyel yeniden kullanım su proseslerde kullanılabilir: Soğutma kuleleri, radyoaktif atıkların seyreltilmesi, petrol rafinerileri, kimya fabrikaları, kazanlar ve metal fabrikaları Çevre ve Rekreasyon Amaçlı Yeniden Kullanım Çevresel amaçlı yeniden kullanım sulak alanların restorasyon amaçlı kullanımın artırılması işlemlerini içerir. Rekreasyon amaçlı kullanımda arıtılmış atik su golf sahalarında, yüzme alanlarında kullanılabilir Yeraltı Suyunun Beslenmesi Amaçlı Yeniden Kullanım Arıtılmış atıksu yeraltı suyunun yeniden beslenmesi amacı ile kullanılabilir. Sulama da bu olaya katkıda bulunur. 47

63 İçme Suyu Kaynaklarının Artırılması Amaçlı Yeniden Kullanım İçme sularının artırılması için arıtılmış atıksular, yüzey suları ve yeraltı suları ile karıştırılır ve ilave bir arıtım ile birlikte su dağıtım sistemlerine verilir Tarımsal Amaçlı Yeniden Kullanım Tarımsal faaliyetler için yeniden kullanım su kaynakları yönetiminin bir başka yöntemidir. Arıtılmış atıksuların tarımda yeniden kullanılmasının pek çok avantajı vardır. Öncelikle arıtılmış atıksuların tarımda kullanılması üretimi artırır. Bunun nedeni arıtılmış atıksu bünyesinde, bitkilerin ihtiyaç duyduğu pek çok nutrient bulundurur. Böylelikle sulama sonrasında ilave nutrient ihtiyacı düşer. Bu da bitkilerin ürün oluşturma miktarının artmasını sağlar. Fakat bütün bunlar yapılırken sağlıkla ilgili pek çok konunun dikkate alınması gerekmektedir. Çünkü atik sular nutrientlerin yanında pek çok sağlığı bozucu mikroorganizmaları da bünyesinde bulundurmaktadır. Tarımsal faaliyetler için kullanılması gereken su miktarı toplam temiz su tüketiminde büyük bir yüzdeye sahiptir. Yeraltı sularının tarımsal amaçlı, pompa ile çekilmesi de dahil olmak üzere dünyada toplam su tüketiminin yaklaşık % 70 i sulama için kullanılmaktadır (Kretschmer, 2004). 48

64 Çizelge Arıtılmış Atıksu Kullanım Uygulamaları. (Metcalf&Eddy, 2003) Yeniden Kullanım Alanı Uygulamalar Çevresel Dere akımı düzenleme Bataklık ve sulak alanlar Rekreasyonel alanlar (parklar, göller) Balıkçılık ve Su kültürü Kar yapma Tarım ve Bahçe Sulama Yem ve tohum mahsulleri Yenilebilir Mahsuller Temel besleme suyu Çim ve ormanlar Fidanlık Buzlanmaya karşı koruma Yeraltı Suyu Reşarjı İçilebilir Akiflerin Reşarjı Tuzlu su girişi kontrolü Depolama Kentsel Yangından Korunma Tuvalet sifonu Sokak/Araba Yıkama Toz kontrolü İklimlendirme Endüstriyel Soğutma Kazan besleme İnşaat Proses Suyu Baca gazı temizleme İçme Amaçlı Direkt İçme Dolaylı İçme 49

65 Atıksuların Yeniden Kullanımında Dikkat Edilmesi Gereken Faktörler Yüksek kalitede temiz su sağlanamaması ve yüksek maliyet, atıksuların arıtımında iyi kalitede çıkış suyu elde edilebilmesi, atıksu kullanımında yeniden kullanımın en verimli yöntem olması, planlama yapılırken uygulanacak yöntemler, yeniden kullanım projesi amacının belirlenmesi, bilgi toplama, pazar araştırması yapılması, potansiyel kullanıcının tanımlanması, potansiyel kullanıcıların su kalitesi, miktarı ve yasa gereksinimleri, alternatiflerin araştırılıp karsılaştırılması, alternatiflerin analiz edilmesi, teknik konuların incelenmesi, para konuların incelenmesi, çevresel ve sosyal analizlerin yapılması, rapor hazırlama ve planın yerine getirilmesi, arıtılmış atıksu pazar araştırması ve bilgi hazırlama, atıksu kalitesi ve miktarı, potansiyel kullanıcıların ve kullanım alanlarının envanterinin çıkarılması, sağlıkla ilgili gereksinimler, hastalık oluşumunun, su kalitesi problemlerinin (yeraltı suyunu korumak kısıtlamaların olduğu yerlerde) önlenmesi için düzenlemelerin yapılması, arıtılmış atıksuyun kullanımını sağlayacak potansiyel tarımsal kullanımların tanımlanması, ilerideki arıtma seviyelerinin kabulü ile gelecekteki ihtiyaçların belirlenmesi, gelecekteki su sağlama ile ilgili maliyetlerin tahmin edilmesi, kullanımına olan ilginin araştırılması, arıtılmış atıksuyun potansiyel kullanımı (ürün tipi gibi), şimdiki ve gelecekteki miktarların belirlenmesi, zamanlama ve güvenilirlik ihtiyaçları, kalite gereksinimlerinin belirlenmesi, şimdiki ihtiyacın arıtılmış atıksu ile karşılanması gibi faktörlere dikkat edilmelidir (Arceivala, 2002) Atıksuların Tarımsal Amaçlı Yeniden Kullanımı Dünya nüfusunun artması ile birlikte su tüketimi ve buna paralel olarak oluşan atıksu miktarı artış göstermektedir. Yeterli su kaynakları olmayan ülkelerde bu artış, su sıkıntısına neden olmaktadır. Bu sıkıntı, insanları yeni su kaynakları arayışına yönlendirmektedir. Su sıkıntısı oluşturan başlıca iki sektörden biri tarım, diğeri ise endüstridir. Endüstriyel sektörde uygulanan yenilikler ile birlikte pek çok gelişme 50

66 kaydedilmesine rağmen tarımsal faaliyetlerde su sıkıntısını azaltacak yeterli gelişme henüz kaydedilememiştir. Binlerce yıldır insan atıklarının tarımda kullanılması bilinen bir uygulama olmuştur. Çok eski yıllarda insan dışkıları toprağın gübrelenmesi maksadıyla Çin ve diğer Asya ülkelerinde kullanılmıştır. 16 ve 17. yüzyıllarda Almanya ve İngiltere de bu atıkların arıtılması için bitki büyümesinde kullanılmıştır. Bu yöntem 1800 lü yıllarda tüm Avrupa da, Kuzey Amerika, Avustralya da atıksuların arıtılması için oldukça yaygın ve bilinen bir yöntem halini almıştır ve atıksuların tarımda kullanılması giderek benimsenen yöntemlerden biri haline gelmiştir (Lallana,2001) li yıllarda atıksular ile sulama yapılması oldukça dikkat çeken bir uygulama olmaya başlamıştır. Bunun nedenlerinden biri kentleşmenin hızlı şekilde büyümesi ve atıksulardaki kirliliğin dikkat çekici şekilde artışıdır. Diğer bir neden ise pek çok şehirde sulama için gerekli temiz su kaynaklarının yetersiz oluşudur. Bu faktörler ve sağlık risklerinin zamanla daha iyi anlaşılmasının ardından arıtılmış atıksu tarımda sulama amaçlı kullanılması gün geçtikçe artmıştır. Arıtılmış atıksuların tarımda yeniden kullanımı uygulaması özellikle su kıtlığı olan ülkelerde önemli bir su kaynağı yönetim biçimidir (Yüceer, 2009). Çünkü tüketilen suyun büyük bir kısmı sulama maksatlı çekilmektedir. Bu sayede sulama amaçlı çekilen temiz suyun miktarı azaltılabilir. Atıksuların tarımsal faaliyetler için yeniden kullanılması ekonomik açıdan uygundur. Çevresel açıdan ise kullanımı oldukça güvenilirdir. Tarımda evsel atıksuların arıtılarak yeniden kullanımının avantajlarından bazıları şunlardır: Toprağın su, nutrient, organik madde ihtiyacını karşılanması, Temiz suların korunmasını sağlanması, Atıksuların deşarjı için gerekli yatırımlarda ekonomik açıdan yararlı olması. Ancak atıksuların yeniden kullanımındaki beş endişe nedeniyle su kaynağı olarak düşünülmesinde halen zorluk çekilmektedir. Bu beş endişe; kullanımdaki yararlar hakkında yeterli bilgi bulunmayışı, sağlık riskleri bulundurma olasılığı, kültürel önyargıların bulunuşu, yeniden kullanım projelerinin ekonomik olup 51

67 olmadığının tespitinde yeterli ölçüm yöntemlerinin bulunmayışı ve kontrolsüz olarak yapılan uygulamalarda olumsuz deneyimlerin bulunmasıdır (Lallana,2001). Su sıkıntısı çeken bölgelerde bu uygulamaların zorunlu hale gelmesi ile olası halk sağlığı riskleri de göz önünde bulundurulduğunda yeniden kullanım alanında çeşitli rehberlerin oluşturulması zorunlu hale gelmiştir. Sonuç olarak, WHO, Dünya Bankası, EPA, UNDP gibi örgütler rehberler üzerinde çalışmaya başlamışlardır. Bu konuda 1989 yılında WHO ilk rehberini oluşturmuştur. (Kretschmer, 2004) Atıksuların Tarımda Yeniden Kullanılması Planlanırken Dikkat Edilmesi Gereken Faktörler Atıksuların tarımda yeniden kullanılması söz konusu olduğunda bazı dikkat edilmesi gereken konular ortaya çıkar ki bunlar kısaca; su kaynağının özellikleri, ekonomik açıdan uygunluk, sağlık konuları, zirai verimlilik ve sosyokültürel faktörler olarak sayılabilir Su Kaynağının Özellikleri Miktar Toprağa düşen yağmurun mevsimsel olarak değişiklik göstermesi kurak bölgelerde su kaynakları yönetilirken dikkat edilmesi gereken bir konudur. Mevsimsel ihtiyaca göre programlama yapılmalıdır. Tarım en önemli su tüketen sektörlerden biri olduğu için su kaynakları yönetilirken suyun miktarının mevsimsel olarak değişikliğine ve ihtiyaca göre planlama yapılmalıdır. Çünkü tarımda yeterli sulama bitkilerin büyümesi için gereken kritik faktörlerden biridir. Bu nedenle arıtılmış atıksuların tarımda yeniden kullanımı planlanırken kurak mevsimlerde yeterli miktarda sulama suyu ayırmaya önem gösterilmelidir. (Türkmen, 2006) 52

68 Kalite Su kaynakları yönetiminde su belli amaçlar için ayrılırken suyun miktarı kadar kalitesi de önemlidir. Hedeflenen amaç için yeterli kalitede ve yeterli miktarda su elde etmek ülkelerin su yönetim politikaları belirlenirken dikkat edilmesi gereken en önemli konulardandır. Bu özellikle kurak ülkelerde çok büyük bir önem kazanır. Yeterli temiz su kaynağı olmayan ülkeler arıtılmış atıksuları istenen kalitede olmadığı zamanlarda temiz su ile arıtılmış atıksuyu karıştırarak istenen kalitede su elde etmeye çalışmaktadırlar. Böylelikle hem istenen kalitede hem de yeterli miktarda su elde etmektedirler. Arıtılmış atıksuların sulamadaki kalite parametreleri söz konusu olduğunda dikkat edilmesi gereken faktörleri ise kısaca tuzluluk, sodyum oranı, eser elementler, bakiye klor, nutrientler ve mikrobiyolojik sağlık riskleri olarak saymak mümkündür. Bakteriler konusunda arıtılmış atıksuların sulamada kullanılmasında dikkat edilecek en önemli parametreler toplam koliform ve fekal koliform miktarlarıdır. Ayrıca sulama suyunun kalitesi söz konusu olduğunda sprinkler sulama yönteminin kullanılması ile arıtılmış atıksuda bulunabilen mikroorganizmalar aeresoller vasıtasıyla bitkilere taşınır. Sulama yapılırken bu konuların da dikkate alınması gerekmektedir. (Türkmen, 2006) Tuzluluk Tuzluluk sulamada kullanıma uygunluğun belirlenmesindeki en önemli parametrelerdendir. Tuzluluğa karşı tolerans bitkiden bitkiye değişir. Tuz konsantrasyonu yüksek olan su ile sulama yapıldığında tuzlar toprakta birikip bitkilere zarar verebilir. Bu nedenle tuzluluğu yüksek olan su ile sulama yapılması söz konusu olduğunda tuzluluğa karşı toleransı yüksek bitkiler seçilmelidir. Tuzlulukta en önemli iyonlar sodyum, klorür ve bor iyonlarıdır. Tuzluluk arttıkça toprağın ozmotik potansiyeli düşer. Bu bitkilerin bünyelerine su alma oranlarını düşürür ve bunun sonucunda bitkiler bünyelerine yeterli su alabilmek için büyük ölçüde enerji harcarlar. Su almak için fazla enerji harcayan bitkiler büyümek için gerek duydukları enerjiye yeterince sahip olamazlar. Bu durum kurak iklim 53

69 şartlarında yeterli sulama suyu temin edilememesi ve bitkilerin su ihtiyaçlarının artması nedeniyle daha da zordur. (Türkmen, 2006) Sodyum İçeriği Sulama suyundaki sodyum içeriği önemli bir parametredir. Çünkü yüksek seviyede sodyum ve düşük tuzluluk toprağın fiziksel şartlarının zayıflamasına neden olur. Bu da permeabiliteyi düşürür. Topraktaki sodyumun etkisi SAR (Sodyum Adsorpsiyon Oranı) ile anlatılır. SAR değeri topraktaki sodyumun kalsiyuma oranıdır. SAR değerinin ölçümü ile sulama suyunun sulamaya uygunluğu belirlenir. Yüksek SAR değeri yüksek tuzluluğun işaretidir. Toprakta sodyumun kalsiyuma oranı 3:1 değerini astığında toprak agregaları dağılma eğilimi gösterir. Toprak agregalarının dağılması ile toprak partikülleri giderek küçülür ve bu da toprak porlarının küçülmesine neden olur. Toprak porlarının küçülmesi sonucu toprak gözeneklerinde bitkilerin büyümesi için gerekli ve yeterli oranda su tutulamaz. Yani suyun infiltrasyon oranı düşer. Eğer sodyum konsantrasyonu yüksek arıtılmış atıksular ile sulama yapılması planlanıyor ise toprağın alkalinitesi ayarlanarak kalsiyum oranı dengelenmelidir. Sodyum oranının yüksek olduğu topraklarda toprak tanecikleri kuruyup, çatlayarak birbirinden ayrılma eğilimi göstermektedirler. Oluşan bu yapı sonucu çamurlaşan toprak sulansa dahi su üst yüzeyden alt kısma geçememektedir. Bu nedenle bitkilerin büyümesi için gerekli su toprağa geçemediğinden bitkilere ulaşamamakta ve ürün oluşumu azalmaktadır. (Türkmen, 2006) Eser Elementler Sulama suyunda eser elementler dikkat edilmesi gereken konulardandır. Eser elementlerden en önemlileri kadmiyum, bakir, molibden, nikel ve çinkodur. Eser elementler ph si düşük topraklarda aktif ve toksik olduklarından düşük ph li topraklarda eser elementlere özel önem gösterilmelidir. 54

70 Bakiye Klor 1 mg/l den düşük serbest bakiye klor bitkiler için zararlı değildir, ancak hassas bitkiler 0.05 mg/l den düşük seviyelerde bile zarar görebilir. Bazı bitkiler bünyelerinde kloru biriktirebilir ancak bu da sodyum gibi yaprakların yanmasına neden olur. 5 mg/l den yüksek konsantrasyondaki klor çoğu bitkiye zarar verir Nutrientler Sulamada bitki büyümesi açısından en önemli nutrientler azot, fosfor, potasyum, çinko, bor ve sülfürdür. Bu sayılanlardan bitki büyümesindeki en önemli rol azotundur. Bitkilerin büyümesi için sulama suyunda yeterli miktarda azot bulunmalıdır. Fakat aşırı miktarda bulunması durumunda ise bitkilerin büyümesi ve olgunlaşması gecikir. Aşırı miktarda fosfor bitkiler için olumsuz etki yaratmaz ancak yüzey sularına karışırsa olumsuz etki oluşturur. (Türkmen, 2006) Endokrin Bozucular Günümüzde arıtılmış atıksuların yeniden kullanımı söz konusu olduğunda endokrin bozucular en dikkat çekici dezavantajlardan biri olarak sayılmaktadır. Endokrin bozucular atıksuda bulunan hormonlar vasıtası ile alıcı ortama ulaşırlar. İnsanlar üzerine bilinen herhangi bir zararlı etkileri olmamalarına rağmen su ortamında yüksek konsantrasyonda bulunmaları dişi balık oranının artmasına neden olmaktadır. Son yıllarda yapılan çalışmalarda sucul ve diğer ortamlarda (çevresel ortam) tıbbi ilaçlardan kaynaklanan mikro kirleticilerin görülmesi ve bunların bu ortamlarda yaşayan canlılara olan olumsuz etkilerinin ortaya konması, endişeleri arttırmıştır Özellikle 2004 yılında Hindistan ve Pakistan da yaşayan 3 akbaba türünde meydana gelen beklenmedik hızlı ölüm nedeninin, büyük ve küçük baş hayvanlarda geniş çapta kullanılan diklofenak adlı ağrı kesiciden kaynaklandığının ortaya konması bilim dünyasında büyük sürpriz ve şaşkınlık yaratmıştır. Yapılan çalışmalarda 55

71 organizmalar üzerinde tıbbi ilaçlardan kaynaklanan ve tespit edilen bazı etkiler, cinsiyet oranlarının değişmesi, cinsiyet tersinimleri, popülasyonların azalması, yumurtlama ve canlı kalma oranlarının azalmasıdır. Günümüzde tıbbi birçok kimyasalın kullanımı sonucu, bunların çevresel ortamlardaki taşanımı, bozunumu, dönüşümü, miktarları ve nihai akıbetleri konularında sınırlı bilgi mevcuttur. (Kabak, 2008) Ekonomik Açıdan Uygunluk Arıtılmış atıksular ile sulama yapılması planlanırken bu konunun mali açıdan uygun olup olmadığı araştırılmalıdır. Bu nedenle bu proje yapılmadan önce bir maliyet ve fayda analizi yapılır. Çünkü yeterli yağış alan ve temiz su kaynakları yeterli olan bölgelerde suyu arıtıp sonra sulamada kullanmak ekonomik açıdan uygun olmayabilir. Böyle bir masraf gereksiz olabilir. Ancak su sıkıntısı çeken bölgelerde çok miktarda su gerektiren tarım için arıtılmış atıksu kullanılması daha uygun olur Mikrobiyolojik Açıdan Sağlık Riskleri Arıtılmış atıksuların tarımda yeniden kullanılmasını kısıtlayan en önemli etken, atıksu ile sulamanın sağlık sorunlarına neden olabileceği endişesidir. Atıksular genelde, patojenik mikroorganizmaları bünyelerinde ihtiva ederler. Çünkü modern arıtma yöntemleri (örneğin aktif çamur sistemi) patojenik mikroorganizmaların giderileceği düşünülerek dizayn edilmezler. Bu patojenik mikroorganizmalar ancak dezenfeksiyon ile giderilirler ki bu da gelişmekte olan ülkeler için ilave maliyet anlamına gelir. Dezenfeksiyon yapılmayan atıksularda bakteri, protozoa, helmint, virüs gibi canlılar hayatta kalabilirler. Patojen canlılar atıksudan giderilmeden tarımda sulama maksatlı kullanıldıklarında yiyeceklerle insana bulaşarak hastalık meydana getirirler. Özellikle pişmeden yenen yiyecekler bu açıdan büyük tehlike oluşturur. Ayrıca atıksu ile sulanan arazide çalışan isçiler de diğer arazilerde çalışan isçilere oranla daha fazla risk altında çalışmaktadırlar. Riskli bölgelerde çalisanlar dört grupta incelenebilir. 56

72 Tarım arazisinde çalışan isçiler ve aileleri, Mahsul toplayıcılar Tüketiciler (mahsul, et ve süt) Atıksular ile sulama yapılan arazilerin çevresinde yasayan insanlar Nematod yumurtalarının miktarı büyük ölçüde durultma işlemiyle azaltılır. Yumurtalar yavaş yavaş dibe çökeceği için, atıksuyun havuzda çok uzun süreyle bekletilmesi gerekir. Yumurta miktarının azalma oranı A, bekletme süresi t S ile, aşağıdaki oranlarda bağlantılıdırlar. A(%) = 100 [ exp(0.0085t T)] Görüldüğü gibi, 500 adet Nematod yumurtasını litrede 1 den aza indirmek için genellikle en az 15 gün gerekmektedir. Bu sürede yumurta miktarı kontrol edilmelidir (Kretschmer, 2004) Toksikolojik Açıdan Sağlık Riskleri Evsel atıksular genellikle insan sağlığı açısından toksik seviyede kimyasal içermezler. Ancak evsel atıksulara endüstriyel atıksuların bulaşması söz konusu olduğunda toksik maddeler insanlara zarar veren seviyelere ulaşabilir. Toksik madde ihtiva eden atıksular ile sulama yapıldığında bu maddeler bitkiler vasıtasıyla besin zincirine katılıp insan bünyesinde birikebilirler. Örneğin Cd, evsel atıksularda toksik seviyede bulunmaz. Ancak bitkilerde birikerek insanlara ve hayvanlara zarar verici seviyelere ulaşabilir. Bitkilerde birikmeye benzer şekilde hayvanlarda biriken toksik maddeler de et veya sütün tüketilmesi vasıtasıyla besin zincirine katılarak insanlarda toksik seviyelere ulaşabilirler. (Kabak, 2008) 57

73 Sosyokültürel Konular Atıksuların yeniden kullanımı ile ilgili bir projenin hayata geçirilmesinden önce sosyokültürel açıdan engellerin ortadan kaldırılması gerekmektedir. Öncelikle halkın çoğunluğunun atıksuların arıtıldıktan sonra yeniden kullanılacağı fikrini kabul etmeleri gerekmektedir. Temiz kaynakların korunması bunun gerekliliğinin kabulü proje başlangıcında aşılması gereken en önemli engellerden biridir. Halkın kabulü olmaksızın, uygulanamayacak bir proje için arıtma, tasfiye, ishale masrafları yapmanın uygun olmayacağı açıktır. Halkın atıksuların arıtıldıktan sonra yeniden kullanımı konusuna karşı yaklaşımı bölgesel olarak farklılıklar göstermektedir. Bu konuda gelenekler, din ve tarımda uygulama yöntemleri ön plana çıkmaktadır. Örneğin İslam Dini ne mensup ülkelerde arıtılmış atıksuların tarımda yeniden kullanılması daha zor kabul gören bir konudur. Böyle olmasına rağmen kuraklık ve su kıtlığı nedeniyle Orta Doğu da yer alan pek çok İslam ülkelerinde sulama amaçlı yeniden kullanım oldukça yaygın bir yöntemdir. Hatta Ürdün yeniden kullanım konusunda öncü ülkeler arasında yer almaktadır.(kretschmer,2004) 58

74 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Onur ORTATEPE 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Azot ve fosfor konsantrasyonlarının atıksu ve alıcı ortamlardaki artışı, yeni arıtma teknolojilerini de beraberinde getirmiştir. Yapılan çeşitli çalışmalarda anaerobik ve aerobik arıtma sistemlerinin bir arada kullanıldığı ileri arıtma teknikleri, azot ve fosforun yüksek verimlerde giderilebildiğini ortaya koymaktadır. Ancak yapılan ekstra prosesler arıtma maliyetini de arttırmakta ve bu nedenle daha ekonomik teknolojiler üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Fang ve ark., (1995) kesikli akışlı reaktörlerde azot giderimi amacıyla ortama karbon kaynağı ekleyerek yüksek KOİ giderim verimi sağlanabileceğini göstermişlerdir. Bu amaçla çalışmalarında, içerilerine çok gözenekli ve yüzey alanı geniş lifli yapıda dolgu maddeleri ile doldurulmuş iki aerobik kesikli akışlı reaktör kullanmıştır. Sisteme ilave karbon kaynağı eklenerek evsel atıksuyla beslemiş ve sistemin azot ve fosfor giderimi ile KOİ giderme verimlerini incelemişlerdir. Sonuç olarak 0.22 guakm/gkoi çamur üretme oranında ve oda sıcaklığında yapılan bu çalışmada %97.1 NH3-N, %97.3 toplam N, %75.2 toplam P giderimleri ile %89.9 KOİ giderme verimi elde etmişlerdir. Sommariva ve ark., (1996) Biyolojik fosfor giderim yöntemlerinden biri olan A/O prosesi laboratuvar ölçekli olarak çalışılmıştır. Reaktöre giren atıksu sırası ile aerobik ve anaerobik tanklardan geçirilmiştir. Fosfor içeriğinin 100mg/L nin üzerinde olduğu durumlarda fosfor giderim veriminin %90 ın üzerine çıktığı tespit edilmiştir. Romanski ve ark., (1997) laboratuvar ölçekli yapılan çalışmada, evsel nitelikli atıksulardan fosforun giderilmesi için aktif çamur yöntemi kullanılmıştır. Kurulan aktif çamur reaktörü içinde önce anaerobik sonra aerobik kısım oluşturulmuştur. Reaktöre verilen sentetik atıksu içerisinde asetat, pepton ve maya ekstraktı kullanılarak aktif çamur faunası zenginleştirilmiştir. Böylece fosfor gideriminin de artacağı ön görülmüştür. Anaerobik kısımda karbon ve enerji kaynağı olarak daha çok asetatın kullanıldığı ve yüksek konsantrasyonlarda bulunan asetatın hücre içinde depolanmış fosfatı açığa çıkardığı görülmüştür. Böylece anaerobik ortamda sıvı faza geçen fosfat, aerobik ortamda giderilmektedir. 59

75 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Onur ORTATEPE Umble ve Ketchum., (1997) çalışmalarında sürenin arıtma performansı üstüne etkilerini araştırmışlardır. Kesikli akışlı reaktör sisteminde atıksuya uyguladıkları 12 saatlik çevrim süresi sonunda %98 BOİ5 giderimi, %89 NH4-N giderimi ve %90 toplam AKM giderimi sağlamışlardır. Yalmaz ve Öztürk., (2001) kesikli akışlı reaktör sistemi kullanarak atıksulardaki amonyak giderimini araştırmışlardır. Çalışmalarının sonunda çeşitli atıksular kullanarak sistemin amonyak giderim veriminin her defasında %95 in üstünde olduğunu göstermişlerdir. Lettinga ve ark., (2002) 4 saatlik hidrolik bekletme süresi ile 13 C de anaerobik filtre ve hibrid reaktörde gerçek evsel atıksu için AKM giderimi çalışmışlardır. Anaerobik filtrede, hibrid reaktöre göre toplam ve çözünmüş KOİ giderim veriminin belirgin bir farkla yüksek olduğunu ve performansının daha stabil olduğunu belirtmişlerdir. Ayrıca biyogazdaki metan konsantrasyonunun anaerobik filtrede %70.7 ± 2.9 ve anaerobik hibrid reaktörde ise % 58.9 ± 3.2 olduğunu ve anaerobik filtrenin biyogaz üretiminin hibrid reaktöre göre daima daha yüksek olduğunu belirtmişlerdir. Her iki reaktörde de hidroliz basamağı benzer hızlarla ilerlerken, metanojenesis ve asidifikasyon kademelerinin anaerobik filtrede daha hızlı gerçekleştiğini belirtmişlerdir. Wang, benzer özelliklere sahip atıksuyla anaerobik çamur örtü reaktörüyle 3 saat bekletme süresi ve 12 C de yaptığı çalışmalarda KOİ giderim veriminin %42 düzeyinde kaldığını belirtmiştir. Anaerobik filtrenin 4 saatlik hidrolik bekletme süresi ve 13 C de toplam KOİ, askıda KOİ, süspanse KOİ ve çözünmüş KOİ giderimi sırasıyla % 55, % 82, % 35 ve % 38 olarak bulmuşlardır. Ayrıca çıkıştaki atıksu çamurunun daha iyi çökelme ve susuzlaştırma kapasitesine sahip olduğunu belirtmişlerdir. Anaerobik filtrenin, evsel atıksuların düşük sıcaklıktaki ön arıtımına daha uygun olduğunu belirtmişlerdir. Tönük., (2004) havasız yukarı akışlı çamur yataklı reaktörde, evsel nitelikli atıksuyun arıtma potansiyelini araştırmıştır. Ayrıca Türkiye nin sıcak iklim kuşağında yer alan bölgeleri için paket arıtma sistemi geliştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Çalışma sonunda, evsel nitelikli atıksuların hiçbir kimyasal ilave yapılmadan %70 lik bir verimle arıtıldığı saptanmıştır. 60

76 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Onur ORTATEPE Uygur ve ark. (2004), ardışık kesikli işletme ile sentetik atıksudan nutrient giderimi farklı hidrolik alıkonma sürelerinde çalışılmıştır. Nutrient giderme prosesi anaerobik, anoksik, oksik, anoksik, oksik ve çökeltme fazlarını içerir. Her bir basamağın hidrolik alıkonma zamanları, değişirken çamur yaşı 10 günde sabit tutulmuştur. KOİ, azot ve fosfat gideriminde her bir basamağın hidrolik alıkonma sürelerinin optimum alıkonma süreleri bulunmuştur. En yüksek gözlenen organik karbon, azot (NH 4 ve NO 3 -N) ve fosfat (PO 4 -P) giderme verimleri sırasıyla %96, %87, %81 ve %90 olarak bulunmuştur. Uğurlu ve Akın (2004), çalışmalarında denitrifikasyon mekanizmasının reaktördeki fosfor giderimine ve KOİ giderme verimine etkilerini araştırmışlardır. 400 mg/l KOİ ye sahip sentetik atıksu içerisinde 700 mg/l asetat, 110 mg/l glukoz, 53 mg/l NH 4, 21 mg/l fostat ve diğer maddeler bulunmaktadır. Deneyler eşzamanlı olarak yapılmıştır. 193 gün süren bu çalışmada kullanılan aktif çamur yaşı 25 gün olarak bulunmuş ve ortalama olarak 4000 mg/l AKM konsantrasyonu seçilmiştir. Birinci set çevrimindeki aşamalarda reaktör anaerobik doldurma/çürütme için 4 saat, anoksik periyot için 30 dakika, aerobik periyot için 6 saat ve çökeltme için 1,5 saat olmak üzere toplam 12 saatlik bir çevrim süresinde işletilmiştir. İkinci set çevrimindeki aşamalarda ise reaktör anaerobik doldurma/çürütme için 4 saat, aerobik periyot için 6 saat, çökeltme için 2 saat olmak üzere toplam 12 saatlik bir çevrim süresinde işletilmiştir. Çalışmada kesikli akışlı reaktör için nitrat %98, fosfat %80 ve genel olarak KOİ giderimi %97 olarak belirlenmiştir. Anoksik fazda nitrat giderimi çok üst düzeyde olması nedeniyle bu çalışmada doldurma ve boşaltma fazları için anoksik ve aerobik koşulların daha avantajlı olduğu görülmüştür. Sonuç olarak kısa süreli uygulanan bir anoksik aşamanın azot giderimi için aerobik faza geçilmeden etkili olabileceği belirlenmiştir. Sumino ve ark., (2006) Atıksudan azot giderimi için, nitrat indirgenme ve anaerobik amonyum oksidasyonunun tek reaktör içinde gerçekleştirildiği bir çalışma yapmışlardır. Reaktörlerdeki C/N oranı ve organik karbonun etkileri incelenmiştir. Heterotrofik denitrifikasyon baktrilerinin büyümesi için C/N oranı 1 olan sentetik atıksu ile reaktör beslenmiştir. Azot giderim veriminin %80 - %94 aralığında değiştiği tespit edilmiştir. 61

77 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Onur ORTATEPE Kalyuzhnyi ve ark., (2006) Yapılan çalışmada; Deamox (Denitrifying Amonium Oxidation) yöntemiyle atıksuda bulunan yüksek konsantrasyonlardaki azotun giderilmesi çalışılmıştır. Deamox yöntemi, yeni bulunan Anammox yönteminin ototrofik denitrifikasyon şartları altındaki reaksiyonu olarak tanımlanabilir. Sülfit elektron alıcısı olarak kullanılarak nitrit üretilmiştir. Deney ölçekli yapılan çalışmada azot yükü 1000mg/L/gün olan atıksuda %90 azot giderim veriminin sağlandığı belirlenmiştir. Kaliappan ve ark., (2007) Laboratuvar ölçekli yapılan çalışmada hibrit yukarı akışlı anaerobik çamur yataklı (HUASB) reaktöründe evsel nitelikli atıksuyun giderilmesi çalışılmıştır. Reaktörde dolgu malzemesi olarak plastik halkalar kullanılmıştır ve hidrolik bekletme süresi 3,3 saat olarak alınmıştır. KOİ giderim verimi % arasında, BOİ girdim verimi ise % arasında bulunmuştur. Çizelge 2.1. HUASB reaktöründe evsel nitelikli atıksuyun arıtılmasında ait parametreler (Kaliappan, 2007) Giriş Suyu Parametreler Konsantrasyonları (mg/l) (mg/l) TKN Klorür Sülfat Fosfat Potasyum 43,4 49, ,8 16,6 13,5 17,1 Çıkış Suyu Konsantrasyonları 47 53, ,2 19,1 14,1 18 Isaka ve ark., (2007) Anammox yöntemiyle azot giderimi için yapılan çalışmada, anammox bakterileri için bir adet anaerobik filtre reaktörü kurulmuştur. Filtre reaktöründe dolgu malzemesi olarak işlenmemiş polyester kumaş maddesi kullanılmıştır. Deneyler 37 C de ve C sıcaklıkta yapılmıştır. Yüksek konsantrasyonda azot giderim verimi elde etmek için giriş atıksu azot konsantrasyonu, hidrolik bekletme süresi ve azot giderim verimleri incelenmiştir. Reaktöre giren amonyum ve nitrit konsantrasyonlarının, azot giderim verimini arttırdığı belirlenmiştir. Hidrolik bekletme süresisnin 180 dakika olduğu durumda neredeyse reaktördeki bütün amonyum ve nitritin (çıkış suyunda anammox reaksiyonunda üretilen nitrit bulunmaktadır) giderilmiştir. Hidrolik bekletme süresi 62

78 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Onur ORTATEPE 180 dakikadan 90 dakikaya düştüğünde reaktöre yüklenen azot miktarının da artması ile, azot dönüşüm oranı yükselmiştir. Aynı dönüşüm hidrolik bekletme süresi 60 dakikaya düşünce de gözlenmiştir. Hidrolik bekletme süresi 40 dakika olunca azot dönüşüm oranı 10,1 kg-n/m 3 /gün e kadar ulaşmıştır. Ortalama azot dönüşüm oranı C sıcaklıkta ise 8,1 kg-n/m 3 /gün olarak bulunmuştur. Ancak azot düönüşümü için en iyi performans 37 C de olduğu bulunmuştur. Giriş suyundaki nitrat konsantrasyonunun 280mg/L nin altında olduğu durumlarda, kısa hidrolik bekletme sürelerinde ve düşük sıcaklıklarda bile reaktör verimli bir şekilde çalışabilmektedir. Çizelge 2.2. Farklı reaktörlerdeki azot giderim oranları (Isaka, 2007) Reaktör Azot dönüşüm oranı Sıcaklık (kg-n/m 3 /gün) ( 0 C) Anaerobik Filtre 11,5 37 Anaerobik Filtre 8, Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Akışkan Yataklı 6,9 36 Ardışık Kesikli Sabumon., (2007) Ardışık kesikli anaerobik reaktörde yapılan çalışmada, organik madde ile amonyumun anaerobik ortamdaki ilişkisi incelenmiştir. Anammox prosesi ile amonyumun anoksik şartlarda nitrata dönüştüğünü bulmuştur. NO 3, NO 2 ve SO 4 son elektron alıcısı olarak kullanılarak amonyumu okside edebilirler. Çalışmada organik madde varlığında anaerobik ortamda amonyumun giderilidğini ortaya koymuştur. Alvarez ve ark., (2008) 21 0 C ve 14 0 C sıcaklık aralığında ham evsel nitelikli atıksuyun anaerobik ortamdaki giderimini pilot ölçekli olarak çalışmışlardır. Hibrit yukarı akışlı çamur yataklı reaktör (HUSB) ve yukarı akışlı anaerobik çamur örtü reaktörü (UASB) olmak üzere iki farklı reaktör kıyaslanmıştır. HUSB reaktörü için hidrolik bekletme süresi 5,7 ve 2,8 saat aralığında, UASB reaktörü için 13,9 ve 6,5 63

79 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Onur ORTATEPE saat aralığında çalışılmıştır. Deneyde elde edilen sonuçlar Çizelge 2.3 de gösterilmektedir. Çizelge 2.3. HUSB ve UASB reaktörlerinin ortalama değerleri (Alvarez, 2008) Parametreler HUSB Reaktörü UASB Rekatörü Hidrolik Bekletme Süresi (saat) Çamur Yaşı (gün) AKM giderimi (%) KOİ giderimi (%) 4,1 28,8 56,8 29,2 10,8 79,1 59,4 44,5 Yang ve ark., (2009) Anaerobik reaktörde eş zamanlı amonyum ve sülfat giderimini laboratuvar ölçekli olarak çalışmışlardır. Anammox prosesi boyunca, anammox bakterileri enerji sağlamak için nitratı son elektron alıcısı olarak kullanarak amonyumu oksitlemiştir. Amonyum ve nitritin en yüksek giderim verimi % olarak bulunmuştur. Prosesin başında amonyum ve sülfat NH 4 Cl ve NaSO 4 olarak sentetik atıksuya eklenmiştir. 60 gün sonunda çıkış suyu ortalama amonyum ve sülfat miktarları 30 ve 60 mg/l konsantrasyonlarında, ortalama amonyum ve sülfat giderim oranları sırasyıla % 40 ve % 30 olarak bulunmuştur. 2NH SO 4 3SO NH 4 3S NO H NO 2 + 2NH 4 N 2 + S + 4H 2 O 4NO S H 2 O + 8H + N 2 + 3S + 4H 2 O 2N 2 + 4H 2 O Melidis ve ark., (2009) Pilot ölçekli ve ham atıksuyla beslenen anaerobik filtre reaktöründe sırasıyla 25 C - 30 C ve 35 C sıcaklıkta 0,23 0,28 0,36 gün hidrolik bekletme sürelerinde 165 gün çalıştırılmıştır. Ortalama KOİ ve AKM giderim verimleri sırasıyla %52 ve %57 olarak bulunmuştur. Ayrıca en yüksek biyogaz üretimi 0,23 günlük hidrolik bekletme süresi ve 35 C sıcaklıkta tespit edilmiştir. 64

80 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Onur ORTATEPE KOİ Giderim Verimi % Sıcaklık ( 0 C) AKM Giderim Verimi % Sıcaklık ( 0 C) Şekil 2.1. Anaerobik filtre reaktöründe farklı hidrolik bekletme sürelerindeki KOİ ve AKM giderim verimleri (Melidis, 2009) Khelifi ve ark. (2009), çalışmalarında tam karışımlı sürekli akışlı aerobik reaktör kullanarak tekstil atıksularının arıtımında bakterilerin moleküler araçlar vasıtasıyla izlenmelerini sağlamışlardır. Çalışmada polimorfizm metodu kullanmışlar ve sonuç olarak bakteriyel çeşitliliğin azalmasına bağlı olarak boyar madde gideriminin de büyük ölçüde değiştiğini belirlemişlerdir. Ayrıca %85-90 olarak bulunan KOİ giderme veriminin bakteriyel popülasyonun azalmasına bağlı olarak %30-55 düzeylerine düştüğünü göstermişlerdir. Martin ve ark., (2010) C sıcaklık aralığında, filtre malzemesi olarak plastik halkaların kullanıldığı anaerobik filtre reaktöründe evsel nitelikli atıksu arıtım verimini incelemişlerdir. Reaktör sentetik olarak hazırlanan evsel nitelikli atıksu ile 65

81 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Onur ORTATEPE beslenmiştir. Hidrolik bekletme süresi 10-17,1 saat aralığında KOİ giderim veriminin %80 e vardığı yapılan deneysel çalışmalar sonucunda bulunmuştur. 66

82 3.MATERYAL VE METOT Onur ORTATEPE 3. MATERYAL VE METOD 3.1. Materyal Çalışmalar Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği A.B.D. laboratuarlarında yapılmıştır. Çalışmada işletilmek üzere laboratuar ölçekli kesikli aktif çamur reaktörü ve yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü deney düzenekleri kurulmuştur Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Kesikli aktif çamur reaktörü için hazırlanan aerobik deney düzeneği, pleksiglas malzemeden yapılmıştır. Dikdörtgen şeklindeki düzenek cm boyutlarında ve 8L hacme sahiptir. 1 adet hava pompası ile havalandırılan reaktörde oksijen transferinin verimli bir şekilde sağlanabilmesi için hava taşları (difüzörler) kullanılmıştır. Reaktörün içinde akımın homojen olarak dağılmasını sağlamak için bir adet karıştırıcı ile sistem sürekli olarak karıştırılmaktadır. Reaktörden üst faz suyu sifon yöntemiyle boşaltılıp yerine sentetik atıksu ilave edilerek sistem kesikli olarak çalıştırılmıştır.- 67

83 3.MATERYAL VE METOT Onur ORTATEPE Şekil 3.1. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Bu çalışmada pleksiglas malzemeden yapılmış bir adet yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü kullanılmıştır. 7,5 cm iç çap ve 50 cm yüksekliği olan anaerobik filtre reaktörü 1-1cm ebatlarındaki seramik yatak malzemesi ile doldurulduktan sonra boşluk hacmi 1L dir. Reaktör içindeki sıcaklığı 35 0 C de sabit tutabilmek için reaktörün dışına 40 cm yükseklikte su ceketi yerleştirilmiştir. Bu ceketlerde su dolaşımı, inkübatörlü ısıtmalı soğutmalı su sirkülatörü ile yapılmaktadır. Reaktör içinde akımın homojen olarak dağılmasını sağlamak için reaktör tabanından 5 cm yüksekliğe 0,2 cm çapta delikler açılmış birer pleksiglas plaka yerleştirilmiştir. Reaktörde üretilen biyogaz, ölçeklendirilmiş pleksiglas kolonda toplanmıştır. Üretilen biyogaz miktarını günlük olarak takip edebilmek için asitli su ile yer değiştirme prensibine göre çalışan bir düzenek kurulmuştur. Düzenek; ölçeklendirilmiş pleksiglas kolon, asitli su tankı ve ara bağlantı hattından oluşmaktadır. Ölçeklendirilmiş pleksiglas kolon; 7,5 cm iç çap ve 45cm 68

84 3.MATERYAL VE METOT Onur ORTATEPE yüksekliğindedir. Asitli su tankı cm boyutlarında 30 cm derinliğinde ve sert plastik malzemeden yapılmıştır. Asitli su tankının üst kısmı atmosfere açıktır. Reaktörü beslemek için hazırlanan sentetik atıksu peristaltik pompa ile reaktörün altından sabit debi ile verilmektedir. Reaktör tabanından beslenen sentetik atıksu aşağıdan yukarı doğru hareket ederek seramik dolgu malzemeleri arasından geçer ve reaktörün üst kısmından tahliye edilir. Reaktöre hava girişini önlemek için su kilidi yöntemi uygulanmıştır. Ayrıca reaktörün hemen çıkışında numune alma yeri bulunmaktadır. Çalışmada kullanılan reaktör, Şekil 3.2 de görülmektedir. Şekil 3.2. Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü ve biyogazın toplandığı ölçeklendirilmiş silindir ve asitli su tankı düzeneği Sentetik Atıksu Bu çalışmada orta karakterli evsel nitelikli atıksuya eşdeğer yükte, sentetik atıksu kullanılmıştır. Sentetik atıksuyun bileşimi ISO e göre hazırlanmıştır. Sıcaklık arttıkça mikrobiyal parçalanma hızlanacağından dolayı uygulanan 12 saatlik hidrolik bekletme süresince sentetik atıksu özelliğinin sabit kalabilmesi için soğutma işlemi uygulanmıştır. 69

85 3.MATERYAL VE METOT Onur ORTATEPE Çizelge 3.1. Sentetik Atıksu Bileşimi (ISO 11733) Bileşik Pepton 192 Et Ekstraktı 138 Glikoz 19 Amonyum Klorit (NH 4 Cl) 23 Anhydrous potasyum monohidrojenfosfat (K 2 HPO 4 ) 16 Disodyum hidrojenfosfat dihidrat (Na 2 HPO 4 2H 2 O) 32 Sodyum hidrojen karbonat (NaHCO 3 ) 294 Sodyum klorit (NaCl) 60 Demir(III) klorit hekzahidrat (FeCl 3 6H 2 O) 40 Su 1L Konsantrasyon (mg/l) Bu reçete, hazırlanmasındaki kolaylık ve mevcut laboratuvar koşulları göz önünde tutularak seçilmiştir. Seçilen sentetik atıksu ortalama 458 mg/l KOİ vermektedir. (TSE, 2006) Metot Analitik Yöntemler Toplam Kjeldahl Azotu; numunedeki organik azot parçalanarak amonyağa dönüştürülmüş ve numunede bulunan amonyak ile birlikte borik asidin (H 3 BO 3 ) içinde absoblanmıştır. Çözelti 0,02N H 2 SO 4 ile titrasyon yapılarak ölçülmüştür. Amonyak Azotu; borat tampon çözeltisi ile ph 9,5 civarında tamponlanmış ve distilasyon yoluyla NH 3, borik asit (H 3 BO 3 ) içinde absoblanır. Çözelti 0,02N H 2 SO 4 ile titrasyon yapılarak ölçülmüştür. Nitrat; distile su şahit numunesine göre UV spektrofotometre 0 (sıfır) absorbana ayarlanmıştır. 220 nm dalga boyunda nitrat değerleri kalibrasyon eğrisi yardımıyla bulunmuştur. Nitrit; numunedeki nitrit miktarı, kitte bulunan reaktif yardımıyla oluşan rengin, renk skalası ile karşılaştırılmasıyla kolorimetrik yöntemle ölçülmüştür. Toplam Fosfor; numune sülfirik asit ve nitrik asit ilave edilerek kaynatılmıştır. 1N NaOH ile ph nötralize edilmiştir. Nötralize edilmiş numune 70

86 3.MATERYAL VE METOT Onur ORTATEPE üzerine vanadamolibdat çözeltisi eklenerek 420 nm dalga boyunda toplam fosfor değerleri kalibrasyon eğrisi yardımıyla bulunmuştur. Biyogaz; reaktörde üretilen biyogaz miktarı, ölçeklendirilmiş kolonda asitlendirilmiş su ile yer değiştirme yöntemiyle ölçülmüştür. İki zaman aralığında toplanan gaz miktarı, ölçümün yapıldığı andaki sıcaklık ve basınç değerleri standart şartlara çevrilerek günlük biyogaz miktarı hesaplanmıştır. Açık hava basıncı Çukurova Üniversitesi Meteoroloji İstasyonu ölçümlerine dayanılarak elde edilmiştir (Çukurova Meteo, 2010). Üretilen biyogazın kompozisyonu ( %CH 4 ve % CO 2 ) gaz kromotografisi cihazıyla ölçülmüştür. KOİ; K 2 Cr 2 O 7 -H 2 SO 4 karışımı ile oksidasyon ve 0,025N Fe(NH 4 )SO 4 ile titrasyon yöntemiyle ölçülmüştür. SVI ve AKM; gravimetrik yöntemle ölçülmüştür. Analizlerin tümü standart metotlara uygun olarak yapılmıştır. (Apha,2005) Deneysel Çalışma Kesikli aktif çamur reaktörü için bir meşrubat sanayisinin aktif çamur arıtma tesisinden alınan çamur kullanılmıştır. 5L hacimde çalıştırılan reaktörde çamur hacmi 1L dir. Reaktörün adaptasyon süresi boyunca giriş ve çıkış KOİ ve AKM miktarları ölçülmüştür. 7 günlük zaman aralığında, reaktör içerisindeki mikroorganizmalar sentetik atıksuya ve ortama adapte olmuştur. Adaptasyon süresince reaktör ph sı 7,8 civarında tutulmuştur. Reaktör, orta derecede kirlilik yüküne uygun evsel nitelikli atıksu özelliğinde hazırlanan sentetik atıksu ile beslenmiştir. 24 saat hidrolik bekletme süresi işletme koşulu altında tam karışımlı olarak çalıştırılmıştır. Günlük olarak reaktör 30 dakika süre ile durdurularak çökeltim sağlanmış ve reaktördeki üst faz suyu tahliye edilerek yerine sentetik atıksu doldurulmuştur. Çamur yaşı 20 gün olacak şekilde planlanan reaktördeki günlük çamur atma miktarı da buna göre hesaplanmıştır. Kesikli aktif çamur reaktöründen rutin olarak alınan numuneler üzerinde AKM ve giriş-çıkış KOİ değerleri deneyleri yapılmıştır. Ayrıca ph ve oksijen metre ile yapılan; ph ve çözünmüş oksijen ölçümleri sonucunda reaktörün stabil olarak 71

87 3.MATERYAL VE METOT Onur ORTATEPE çalıştığı görülmüştür. Kesikli aktif çamur reaktörünün düzenli olarak işletilmeye başlamasından sonra rutin olarak azot ve fosfor deneyleri için numuneler alınmıştır. Alınan numunelerden TKN, amonyak, nitrat ve nitrit azotu ve toplam fosfor deneyleri yapılmıştır. Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü için gerekli granüler çamur bir bira endüstrisinin anaerobik reaktöründen alınmıştır. Granüler çamurun hazır olarak alınıp deney reaktörüne adapte edilmesi, anaerobik sistemler için gerekli olan uzun start-up süresinin azaltılmasına yardımcı olmuştur. Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü için gerekli çamur miktarı UAKM (MLVSS) deneyi ile hesaplanmıştır. Kesikli aktif çamur reaktörü için hazırlanan sentetik atıksu aynı zamanda yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü içinde kullanılmıştır. Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörüne sentetik atıksu reaktörün en alt kısmından verilmektedir. Bu şekilde yukarı akışlı olarak hareket eden arıtılmış atıksu reaktörün üst kısmından tahliye edilmiştir. Reaktörde hidrolik bekletme süresi 12 saattir. Böylelikle organik yükleme oranı arttırılacak ve anaerobik reaktörün düşük KOİ yükünde daha verimli bir şekilde çalışması sağlanmıştır. Anaerobik filtre reaktörü ile evsel nitelikli atıksuyun arıtım çalışmasında Hidrolik bekletme süresi 10-17,1 saat aralığında KOİ giderim veriminin %80 e vardığı bulunmuştur (Martin ve ark, 2010). Reaktörden çıkan gazın toplanması ise reaktörün üst kısmından alınan gazın asitlendirilmiş su (0,05 M H 2 SO 4 ) ile aşağı doğru yer değiştirme prensibine göre çalışan düzenek vasıtası ile sağlanmıştır. Kesikli aktif çamur reaktörü ve yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörlerinin adaptasyon süreleri tamamlanıp sistemler stabil hale geldikten sonra periyodik olarak azot ve fosfor parametreleri uygun deneysel metotlar ile ölçülmüştür. 72

88 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE 4. BULGULAR VE TARTIŞMA 4.1. Reaktörlerin İşletmeye Alınması Yapılan çalışmada, yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü ve kesikli aktif çamur reaktörleri kurulmuştur. Çalışma süresi boyunca her iki reaktöre; KOİ, AKM, UAKM, Çamur Hacim İndeksi, ph, Çözünmüş Oksijen ve Toplam Biyogaz ölçümleri periyodik olarak yapılmıştır. Reaktörlerin stabil bir şekilde çalışabilmesi için yapılan bu deneylerin yanı sıra aerobik ve anaerobik reaktörlerdeki azot ve fosfor giderim verimlerini karşılaştırabilmek için; TKN (Toplam Kjeldhal Azotu), NH 3 (Amonyak Azotu), NO - 3 (Nitrat Azotu), NO - 2 (Nitrit Azotu), Organik Azot ve Toplam fosfor tayinleri yapılmıştır. Kesikli aktif çamur reaktöründe işletme parametreleri çizelge 4.1. de verilmiştir. Çizelge 4.1. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü İşletme Parametreleri Parametreler Birimler Değerler UAKM (MLVSS) mg/l 3500 AKM (MLSS) mg/l 5000 HRT Saat (h) 24 Çamur Yaşı Gün 20 Giriş KOİ mg/l 500 Giriş BOİ mg/l 210 Debi (Q) L/gün 4 Reaktör Hacmi (V) L 5 Organik yükleme oranı mgkoi/l*gün 400 F/M gün -1 0,06 SVI L/g 49 Çözünmüş Oksijen mg/l 3,5-3,8 ph C 7,5-7,7 Kesikli aktif çamur reaktörü çizelge 4.1. deki değerler altında 3 ay süreyle işletilmiştir. 7 günlük adaptasyon süreci sonrasında reaktörün stabil olarak çalıştığı yapılan deneyler sonucu belirlenmiştir. Nitrifikasyon bakterileri, çamur yaşının 12 den büyük olduğu durumlarda biyokütle içindeki kütlesel yüzdesi artar. Bu nedenle çamur yaşı 20 seçilerek nitrifikasyonun daha yüksek seviyede olması sağlanmıştır. Ancak bu durum fosfor giderimini olumsuz yönde etkilemektedir. Öyle 73

89 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE ki çamur yaşı 20 olduğunda sistemden atılacak çamur miktarı klasik aktif çamur reaktörlerine oranla (Klasik aktif çamur çamur yaşı aralığı,5-15 gün) daha az olacaktır. Atılan çamur miktarı azalınca sistemden atılan fosfor miktarı da azalacaktır. Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü işletme parametreleri çizelge 4.2. de verilmiştir. Çizelge 4.2. Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü İşletme Parametreleri Parametreler Birimler Değerler AKM (MLSS) mg/l HRT Saat (h) 12 Giriş KOİ mg/l 500 Giriş BOİ mg/l 210 Debi (Q) L/gün 2 Reaktör Boşluk Hacmi (V b ) L 1 Organik yükleme oranı mgkoi/l*gün 1000 Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktöründe çizelge 4.2. deki şartlar altında 3 ay süreyle işletilmiştir. Anaerobik sistemin adaptasyonu 20 gün sürmüştür. Reaktörde kullanılan granüler çamur, hali hazırda işletilmekte olan bir bira fabrikasının anaerobik reaktöründen temin edilmiştir. Adaptasyon sürecin kısa olmasının nedeni de buna dayandırılabilir. Deneysel çalışmalar sırasında kesikli aktif çamur reaktörü ve yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörleri eş zamanlı olarak işletilmiştir. Sentetik olarak hazırlanan evsel nitelikli atıksu hem aerobik hem de anaerobik reaktörlerin beslenmesinde kullanılmıştır. Evsel nitelikli atıksular organik yüklerinin düşük olmasından dolayı anaerobik reaktörler için uygun olmadığı düşünülmektedir. Ancak yapılan son çalışmalar neticesinde, düşük organik yüklerde dahi anaerobik arıtmanın etkili olduğu görülmüştür. 74

90 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE 4.2. Deneysel Bulgular Aktif çamur reaktörü ve yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörleri için elde edilen bulgular aşağıda gösterilmiştir Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Bulguları Kesikli aktif çamur reaktöründe yapılan deneysel çalışmalar sonucu elde edilen bulgular Çizelge 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8 ve 4.9 de gösterilmiştir. Çizelge 4.3. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Bulguları No AKM (MLSS) (mg/l) ÇO (mg/l) ph KOI (Giriş) (mg/l) KOI (Çıkış) (mg/l) KOI % Giderim ,5 7, ,2 7, ,6 7, ,8 7, ,5 8, ,3 7, ,3 7, ,8 7, ,5 7, ,0 7, ,1 7, ,4 7, ,8 7, ,6 7, ,5 7, ,5 7, ,4 7, ,3 7, ,3 7, ,8 7, ,5 7, ,0 8, ,8 7, ,6 7, ,1 7, ,4 7, ,4 7, ,3 7, *Reaktör hidrolik bekletme süresi 24 saattir. 75

91 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Kesikli aktif çamur sistemleri bilindiği üzere biyolojik arıtmada en etkili yöntemler arasındadır. Yapılan çalışmada da KOİ giderim verimlerinin %92 ye kadar çıktığı görülmüştür. Daha önce yapılan bir çalışmada aerobik reaktörlerde KOİ giderim veriminin ortalama %85-90 olduğu gözlenmiştir. (Khelifi ve ark., 2009) Çizelge 4.4. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü TKN Bulguları No TKN Giriş TKN Çıkış TKN (mg/l) (mg/l) % Giderim , , , , ,5 92 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 24 saattir. Aerobik ortamda azotun nitrifikasyona uğramasıyla, atıksuda bulunan NH 3, NO - 3 e yükseltgenir. Bu nedenle kesikli aktif çamur reaktörüne giren TKN azotu da azalır. Amonyum indirgenme reaktörüyle yapılan bir çalışmada sentetik atıksu ile beslenen reaktörde, azot giderim veriminin %80 - %94 aralığında değiştiği tespit edilmiştir. (Sumino ve ark., 2006) Çizelge 4.5. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü NH3 Bulguları No NH 3 Giriş NH 3 Çıkış NH 3 % (mg/l) (mg/l) Giderim 1 32 < < < < < < <1 99 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 24 saattir. 76

92 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Kesikli aktif çamur arıtma reaktörüne giren NH 3 ün neredeyse tamamı okside olur. İyi havalandırılmış bir kesikli aktif çamur reaktörü çıkış suyunda NH 3 büyük bir kısmı nitrit ve nitrata dönüşür. Kesikli akışlı aerobik reaktörle yapılan bir çalışmada %97.1 NH3-N, %97.3 toplam N, %89.9 KOİ giderme verimi elde edilmiştir (Fang ve ark., 1995). Çizelge 4.6. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Organik Azot Bulguları No Organik Azot Giriş (mg/l) Organik Azot Çıkış (mg/l) Organik Azot % Giderim 1 10 < < < < < < <1 99 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 24 saattir. Çizelge 4.7. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Nitrat Azotu (NO-3) Bulguları No (NO - 3) Giriş (NO - 3) Çıkış (NO - 3) Artış (mg/l) (mg/l) Miktarı (mg/l) 1 2,5 10, ,6 9,2 6,6 3 2,3 9,6 7,3 4 2,5 8,6 6,1 5 2,5 9, ,3 8,7 6,4 7 2,5 9,8 7,3 8 3,0 8,5 5,5 9 2,5 9,3 6,8 10 2,1 9,5 7,4 11 2,9 8,6 5,7 12 2,5 10,6 8,1 13 2,1 9,2 7,1 14 2,3 9,8 7,5 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 24 saattir. 77

93 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Çizelge 4.8. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Nitrit Azotu (NO 2 ) Bulguları No (NO - 2) Giriş (mg/l) (NO - 2) Çıkış (mg/l) (NO - 2)Artış Miktarı (mg/l) 1 <0,1 <0,1 <0,1 2 <0,1 <0,1 <0,1 3 <0,1 <0,1 <0,1 4 <0,1 <0,1 <0,1 5 <0,1 <0,1 <0,1 6 <0,1 <0,1 <0,1 7 <0,1 <0,1 <0,1 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 24 saattir. Aerobik sistemlerde yeterli oksijenin varlığında ve uzun hidrolik bekletme sürelerinde azotun oksijen bağlama yeteneği çok fazladır. Yapılan çalışmada da neredeyse NH 3 ün tamamı nitrifikasyona uğrayarak nitrata dönüştüğü görülmüştür. Reaktörü besleyen evsel nitelikli atıksu özelliğindeki sentetik atıksu, az miktarda nitrat azotu ve sınır değerlerin altında nitrit azotu içermektedir. Kesikli akışlı aerobik reaktör sistemi kullanarak atıksulardaki amonyak giderimi araştırmasında, amonyak giderim veriminin her defasında %95 in üstünde olduğu gözlenmiştir (Yalmaz ve ark., 2001). Çizelge 4.9. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Toplam Fosfor Bulguları No Toplam Fosfor Giriş (mg/l) Toplam Fosfor Çıkış (mg/l) Toplam Fosfor % Giderim 1 6,3 1, ,5 3, ,2 3, ,5 3, ,7 2, ,6 3, ,2 3, ,4 3, ,7 2, ,9 2, ,9 2, ,5 2,6 69 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 24 saattir. 78

94 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Kesikli aktif çamur reaktöründe bulunan toplam fosforun tamamı hücre sentezinde enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır. Çizelge 4.9. dan da görüleceği üzere reaktöre giren fosforun giderildiği görülmektedir. Ardışık kesikli işletme ile sentetik atıksudan nutrient giderimi çalışmasında fosfat giderim veriminin ortalama %90 olduğu gözlenmiştir. (Uygur ve ark., 2004). Kesikli akışlı aerobik reaktörle yapılan bir çalışmada %75.2 toplam P giderim verimi elde edilmiştir (Fang ve ark., 1995) Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Bulguları Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktöründe yapılan deneysel çalışmalar sonucu elde edilen bulgular Çizelge 4.10, 4.11, 4.12, 4.13, 4.14, 4,15 ve 4.16 da gösterilmiştir. 79

95 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Bulguları Organik KOI KOI (Giriş) Q Yükleme No (Çıkış) (mg/l) L/gün Oranı (mg/l)) (gkoi/l*gün) Gaz L/Gün KOI % Giderim ,99 1,01 0, ,05 1,01 0, ,96 0,96 0, ,01 0,83 0, ,03 0,89 0, ,99 0,90 0, ,99 0,91 0, ,96 1,10 0, ,01 1,10 0, ,00 1,00 0, ,05 1,12 0, ,99 1,09 0, ,00 0,99 0, ,99 0,97 0, ,01 1,02 0, ,01 1,00 0, ,99 1,03 0, ,01 1,04 0, ,03 1,06 0, ,96 0,99 0, ,02 0,97 0, ,97 0,98 0, ,98 1,01 0, ,03 1,05 0, ,01 0,98 0, ,99 0,97 0, ,03 1,02 0, ,01 1,02 0, *Reaktör hidrolik bekletme süresi 12 saattir. 80

96 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü TKN Bulguları No TKN Giriş TKN Çıkış TKN (mg/l) (mg/l) % Giderim , , , , , *Reaktör hidrolik bekletme süresi 12 saattir. Anaerobik ortamda serbest oksijen bulunmadığından azotun nitrifikasyona uğraması mümkün değildir. Ancak yapılan bazı çalışmalarda anaerobik sistem içerisindeki NH 4, bağlı oksijen olan NO 3 ve SO 4 ü kullanarak NH 4 ün N 2 gazına dönüşmesini sağlar. Bu olaya amonyaklaşma denir. Anaerobik reaktörde eş zamanlı amonyum ve sülfat giderimi laboratuvar ölçekli olarak çalışılmıştır. Çalışma sonunda ortalama amonyum ve sülfat giderim oranları sırasıyla % 40 ve % 30 olarak bulunmuştur (Yang ve ark., 2009). Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü NH 3 Bulguları No NH 3 Giriş NH 3 Çıkış NH 3 % (mg/l) (mg/l) Giderim , , , , ,8 14 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 12 saattir. 81

97 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörüne giren NH 3 ün okside olamayacağından, reaktöre girdiği gibi çıkması beklenir. Ancak amonyaklaşma nedeniyle amonyağın az da olsa bir kısmının giderildiği gözlenmiştir. Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Organik Azot Bulguları No Organik Azot Organik Azot Organik Azot Giriş Çıkış % Giderim (mg/l) (mg/l) , , , , , ,2 10 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 12 saattir. Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Nitrat Azotu (NO 3 ) Bulguları No (NO - 3) Giriş (mg/l) (NO - 3) Çıkış (mg/l) (NO - 3) % Giderim 1 2,5 1, ,6 2, ,3 2, , ,5 1, ,3 2, ,5 1, ,0 2, , ,1 1, ,9 2, ,5 1, ,1 1, ,3 1,9 17 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 12 saattir. 82

98 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Nitrit Azotu (NO 2 ) Bulguları No (NO - 2) Giriş (mg/l) (NO - 2) Çıkış (mg/l) (NO - 2)Artış Miktarı (mg/l) 1 <0,1 <0,1 <0,1 2 <0,1 <0,1 <0,1 3 <0,1 <0,1 <0,1 4 <0,1 <0,1 <0,1 5 <0,1 <0,1 <0,1 6 <0,1 <0,1 <0,1 7 <0,1 <0,1 <0,1 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 12 saattir. Anaerobik reaktörlerde serbest oksijen olmadığından, ortamdaki NO 3 ve SO 4, oksijen kaynağı olarak kullanılmaktadırlar. Anaerobik reaktördeki nitratın azalmasının nedeni de buna bağlıdır. Yapılan çalışmada da görüldüğü üzere TKN azotu yani NH 3 ve organik azotun çok az giderildiği gözlenmiştir. NH 3 ün azalmasındaki neden ise amonyaklaşmadır. Reaktörü besleyen evsel nitelikli atıksu özelliğindeki sentetik atıksu, ölçülemeyecek kadar küçük değerde nitrit azotu içermektedir. Yukarı akışlı anaerobik reaktör çıkış suyunda, yine eser miktarda nitrit azotu bulunmaktadır. Çizelge Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Toplam Fosfor Bulguları No Toplam Fosfor Giriş (mg/l) Toplam Fosfor Çıkış (mg/l) Toplam Fosfor % Artışı 1 6,3 9, ,5 9, ,2 10, ,5 11, ,7 10, ,6 9, ,2 8, ,4 10, ,7 10, ,9 10, ,9 8, ,5 9,4 11 *Reaktör hidrolik bekletme süresi 12 saattir. 83

99 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü çıkış suyunda fosfor miktarı artmıştır. Bunun nedeni hücreler enerji sağlayabilmek için bünyelerindeki polifosfatı parçalar. Polifosfatın hidrolizi sonucu oluşan fosfat grubu hücre dışına atılır ve böylelikle ortamın fosfat konsantrasyonu artmış olur. Çizelge dan da görüleceği üzere reaktöre giren fosfor miktarında artış görülmüştür. Laboratuvar ölçekli yapılan bir çalışmada hibrit yukarı akışlı anaerobik çamur yataklı (HUASB) reaktörde evsel nitelikli atıksuyun giderilmesi çalışılmıştır. Reaktörde dolgu malzemesi olarak plastik halkalar kullanılmıştır ve forfor artış oranı verimi ise % arasında bulunmuştur (Kaliappan ve ark., 2007). %Yüzde Giderim KOİ Giderim Verimleri Kesikli Aktif Çamur Reaktör ü Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktör ü Şekil 4.1. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörlerinde KOİ giderim verimlerinin karşılaştırılması Aerobik arıtma sistemleri; organik madde içeriği yüksek olan atıksuların BOİ ve KOİ konsantrasyonlarını çok düşük seviyelere kadar düşürebilirler. Bu nedenle kesikli aktif çamur reaktöründeki KOİ giderim verimi %90 ve üzerinde seyretmektedir. Anaerobik arıtma sistemleri ise kirlilik yükü yüksek atıksuların arıtılmasında daha etkilidirler. Ancak anaerobik arıtma sistemlerinde yüksek konsantrasyonlarda 84

100 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE bulunan KOİ düşük seviyelere çekilmesine rağmen, bu seviye aerobik arıtmadaki kadar düşük seviyelere ulaşmaz. Bu nedenle deşarj standartlarına ulaşabilmek için anaerobik arıtmalardan sonra aerobik arıtma yapılır. Şekil 4.1 den de görüleceği üzere, evsel nitelikli atıksuyun aerobik ve anaerobik reaktörlerdeki KOİ giderim verimleri kıyaslandığında, aerobik sisteemin daha verimli olduğu görülmektedir. Ancak yapılan çalışmada yukarı akışlı anaerobik filtre reaktöründe de KOİ giderim veriminin %80 lere ulaştığı belirlenmiştir. Bu da anaerobik sistemlerin düşük kirliliğe sahip atıksuların arıtımında dahi uygulanabileceğini göstermektedir TKN Azotu Giderim Verimleri %Yüzde Giderim Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Şekil 4.2. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörlerinde TKN giderim verimlerinin karşılaştırılması TKN azotu; organik azot ve amonyak azotunun toplamıdır. Kesikli aktif çamur reaktöründe hücresel faaliyetin yüksek olması ve nitrifikasyondan dolayı TKN azotunun neredeyse tamamı tüketilmiştir. Organik azot daha çok hücresel faaliyetlerde, amonyak azotu ise reaktördeki uzun havalandırma nedeniyle nitrifikasyona uğrayarak NO - 3 e dönüşmüştür. Bu nedenle kesikli aktif çamur reeaktöründe TKN giderimi çok yüksektir. Anaerobik reaktörlerde ise serbest oksijen olmadığından dolayı amonyak azotunun oksitlenmesi söz konusu değildir. Ancak NH 4, bağlı oksijen olan NO 3 ve SO 4 ü 85

101 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE kullanarak direk N 2 gazına dönüşebilmektedir (amonyaklaşma). Bu nedenle amonyaklaşma ve hücresel faaliyetler sonucu az da olsa TKN giderimi olmaktadır. Şekil 4.2. den de görüleceği gibi Kesikli Aktif Çamur Reaktöründeki TKN giderim verimleri Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktöründen daha yüksektir. NH 3 Azotu Giderim Verimleri %Yüzde Giderim Kesikli Aktif Çamur Reaktör ü Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktör ü Şekil 4.3. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörlerinde NH3 Azotu giderim verimlerinin karşılaştırılması. Amonyak azotu oksijenin varlığında nitrosomonas ve nitrobakterler tarafından oksitlenerek NO 3 ve NO 2 ye yükseltgenir. Oksidasyon boyunca amonyum ve nitrit iyonuna nitrifikasyon bakterileri tarafından oksijen bağlanır. Kesikli aktif çamur reaktöründe havalandırma sayesinde ortamdaki oksijen konsantrasyonu sürekli 2 mg/l nin üzerinde tutulmuştur. Böylece ortamdaki amonyum azotu nitrifikasyona uğrayarak azalmıştır. Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktöründe ise oksidasyon olmadığından dolayı amonyağın giderilmesi mümkün olmamıştır. Sadece çok az miktarda amonyağın giderildiği görüşmüştür. Bununda amonyaklaşma ile oluştuğu düşünülmektedir. 86

102 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Şekil 4.4. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörlerinde Nitrat (NO 3 ) giderim miktarlarının karşılaştırılması Şekil 4.4 de nitrat miktarının kesikli aktif çamur reaktörü ve yukarı akışlı anaerobik filtre reaktöründeki davranışları görülmektedir. Kesikli aktif çamur reaktöründe amonyak azotunun nitrifikasyona uğraması sonucu nitrat azotu oluşmuştur. Bu nedenle kesikli aktif çamur reaktörü çıkış suyunda nitrat miktarı artış göstermiştir. Yukarıakışlı anaerobik filtre reaktörü nitrat miktarında ise çok az miktarda azalma olmuştur. Bunun nedeni ise anaerobik reaktörlerde serbest oksijenin yokluğunda ortamdaki SO 4 ve NO 3 gibi bağlı oksijenlerin kullanılmasıdır. 87

103 4.BULGULAR VE TARTIŞMA Onur ORTATEPE Fosfor Giderim Miktarları Fosfor Miktarı (mg/l) Sentetik Atıksu Fosfor Miktarı Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Fosfor Miktarı Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Fosfor Miktarı Şekil 4.5. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörlerinde Fosfor giderim miktarlarının karşılaştırılması Aerobik arıtma sistemlerinde mikroorganizmalar; sentez reaksiyonları ve enerji sağlamak amacıyla sucul ortamdaki fosforu hücre içinde tutarlar. Böylelikle mikroorganizmalar ortamdaki fosforu tüketmiş olurlar. Yapılan çalışmada kesikli aktif çamur reaktöründe de sucul ortamdaki fosfor miktarının azaldığı saptanmıştır. Anaerobik arıtma sistemlerinde PHA ın üretilebilmesi için enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerji, hücre içinde depolanan polifosfatın parçalanması sonucu elde edilir. Polifosfatın yüksek enerjili ortofosfat gurubunun parçalanması sonucu yüksek miktarda enerji açığa çıkar. Böylece hücre için gerekli olan enerji sağlanmış olur. Ancak polifosfatın hidrolizi sonucu oluşan fosfat grubu (PO 4 ) hücre dışına (sıvı faza) atılır ve böylelikle ortamın fosfat konsantrasyonu yükselmiş olur. (Ersü, 2006) Yapılan çalışmada da Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktöründeki fosfor konsantrasyonun, giriş fosfor konsantrasyonundan daha yüksek olduğu gözlenmiştir. 88

104 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Onur ORTATEPE 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışmada elde edilen bulgular doğrultusunda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Evsel nitelikli atıksuyla beslenen Kesikli aktif çamur reaktöründe yüksek verimle atıksu arıtımı yapılabildiği tespit edilmiştir. Bu reaktörden çıkan atıksu çok düşük biyolojik ve kimyasal kirlilik yüklerine sahip olduğundan alıcı ortamlara da deşarjında herhangi bir sorun teşkil etmemektedir. Özellikle organik yükü fazla olan evsel nitelikli atıksuların arıtımı için aktif çamur sistemlerinin çok etkin bir arıtma yöntemi olduğu söylenebilir. Çalışmanın birinci adımı olan aktif çamur reaktörünün işletilmeye alınmasından ve stabil arıtma verimi sağlandıktan sonra reaktördeki azot ve fosfor giderim miktarları tespit edilmiştir. Toplam Fosfor, Toplam Kjeldahl Azotu (TKN) NO - 3 (Nitrat) ve NO - 2 (Nitrit) parametreleri üzerinden yapılan deneyler sonucunda fosfor ve azot giderim verimleri tespit edilmiştir. Çizelge 5.1. Kesikli Aktif Çamur Reaktörü ve Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü Ortalama Değerleri Giriş Suyu Çıkış Suyu Kesikli Aktif Çamur Reaktörü Yukarı Akışlı Anaerobik Filtre Reaktörü (Evsel Nitelikli Sentetik Atıksu) TKN NH -N 3 NO 3 TP mg/l mg/l mg/l mg/l TKN mg/l NH 3 -N mg/l NO 3 mg/l TP mg/l 45,2 36,5 2,5 8,0 3,5 <1 9,5 3,5 45,2 36,5 2,5 8,0 40,2 32,6 2,0 9,8 Yapılan çalışma sonucunda kesikli aktif çamur reaktörüne giren evsel nitelikli atıksuyun ihtiva ettiği azot miktarının TKN cinsinden ortalama %91-92 oranında giderildiği gözlenmiştir. Kesikli aktif çamur reaktöründe gerçekleşen nitrifikasyon sonucu reaktöre giren amonyak azotunun büyük bir kısmının nitrata dönüştüğü tespit 89

105 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Onur ORTATEPE edilmiştir. Amonyum iyonları nötr ph a kadar su ortamında baskın olarak bulunur. ph nötrden yukarı doğru yükseldikçe de ortamın amonyak konsantrasyonu artacaktır. Amonyağın uçuculuk özelliği ve havalandırmanın da etkisiyle amonyağın bir kısmı atmosfere karışır. Bununla birlikte mikrobiyal faaliyetlerden dolayı bir miktar azot da bakteri bünyesine alınmıştır. Kesikli aktif çamur reaktöründe giriş azot ve çıkış azot miktarları arasındaki kütle farkının bu durumdan kaynaklandığı düşünülmektedir. Çalışmada, Kesikli aktif çamur reaktörüne giren atıksudaki Toplam Fosfor miktarının giderildiği gözlenmiştir. Reaktöre giren fosfor enerji kaynağı olarak kullanıldığı için mikroorganizmalar tarafından hücre içine alınırlar. Sucul ortamdaki fosforun hücre içine alınmasıyla atıksudaki fosfor miktarı giderilmiş olmaktadır. Yapılan çalışmada da Kesikli aktif çamur reaktörü giriş ve çıkış suyu parametreleri incelendiğinde, Toplam Fosfor miktarının atıksudan ortalama %60-65 oranında giderildiği gözlenmiştir. Çalışmanın ikinci adımı olarak Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü kurulmuştur C sabit sıcaklıkta işletilen reaktöre Kesikli aktif çamur reaktörüne verilen evsel nitelikli sentetik atıksuyun aynısı kullanılmıştır. Anaerobik sistemler normalde yüksek kirlilik yüküne sahip atıksuların arıtılmasında kullanılmasına rağmen, yapılan son çalışmalarda görülmüştür ki evsel nitelikli atıksuların arıtılması içinde yüksek verim elde edilebilmektedir. Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörüne verilen sentetik atıksuyun organik yükün düşük olmasından dolayı sisteme aşılanan anaerobik çamurun kendini sindirmesi hasıl olmuştur. Dolayısıyla atıksu ortamına biyokütle kaynaklı azot ve fosfor verilmesine neden olmuştur. Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktöründe TKN azotunun % 6-18 aralığında giderildiği gözlenmiştir. TKN azotu yani NH 3 ve organik azotun giderimi, anaerobik sistemlerde NH 3 ün N 2 gazına dönüşmesini sağlayan amonyaklaşma reaksiyonlarıdır. Amonyaklaşma reaksiyonlarında az miktarda NH 3, N 2 gazına dönüşerek TKN nin azalmasına neden olur. Reaktörde serbest oksijen olmadığından nitrifikasyon gerçekleşmez, bunu yerine ortamdaki NO 3 ve SO 4, oksijen kaynağı olarak kullanılırlar. Yapılan çalışmada da reaktördeki NH 3 ün ortalama %10, NO 3 ün % 20 oranlarında giderildiği tespit edilmiştir. 90

106 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Onur ORTATEPE Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü çıkış suyunda fosfor miktarı artmıştır. Çünkü Acinetobacter organizmaları anaerobik şartlar altında asetat ve uçucu yağ asitlerini (VFA) parçalar ve polihidroksibütirat (PHB) olarak depo ederler. Hücre içindeki polifosfatlar da hidroliz edilerek PHB sentezinde kullanılır. Bu durumda parçalanan polifosfat sıvı faza geçerek ortamın fosfat konsantrasyonunu arttırır. (İleri, 2000). Yapılan çalışmada da hücreler enerji sağlayabilmek için bünyelerindeki polifosfatı parçalamışlardır. Polifosfatın hidrolizi sonucu oluşan fosfat grubu hücre dışına atılarak ortamın fosfat konsantrasyonu artmıştır. Reaktördeki Toplam fosforun da %20 oranında artış gösterdiği tespit edilmiştir. Arıtılmış atıksuların tarımsal amaçlı olarak kullanılması sırasında toprağın ph özelliğine çok dikkat edilmesi gerekmektedir. Toprağın ph ının yüksek olması, sudaki amonyumun amonyağa dönüşmesine, dolayısıyla uçucu olan amonyağın atmosfere karışmasına neden olabilir. Böylece toprağın azot tutma kapasitesi düşük olur. Yine bazik özellikte toprağın fosfor bağlama özelliği yüksek olduğundan fosfor toprakta çökelerek bitki içerisine alınamaz. Bu nedenle toprağın özelliği sulama açısından son derece önemlidir. Çalışma sonucunda Yukarı akışlı anaerobik filtre reaktörü çıkış suyunun, Kesikli aktif çamur reaktörü çıkış suyuna oranla daha yüksek seviyelerde azot ve fosfor bulundurduğu tespit edilmiştir. Azot ve fosforun yüksek konsantrasyonlar da sucul ortamlara deşarj edilmesi, kirlilik olarak kabul edilse de özellikle kurak bölgelerde sulama suyu olarak kullanılması avantaj sağlamaktadır. Ancak Azot ve fosfor, bitkiler için gübre olarak kullanıldığından kurak bölgelerde arıtılmış atıksuların zirai amaçla sulama suyu olarak yeniden kullanılması hem ekonomik hem de su kaynaklarını daha verimli kullanmak açısından çok faydalı olacaktır. Kurak bölgelerde evsel nitelikli atıksuların Yukarı akışlı anerobik filtre reaktörü ile arıtılması birçok avantaj sağlayacaktır. Bunlar; 91

107 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Onur ORTATEPE v Arıtılmış atıksu çıkış suyunun azot ve fosfor miktarının yüksek olmasından dolayı zirai amaç için kullanmaya uygun olması. (Bu sayede zirai amaçlı olarak kullanılacak gübre maliyeti de düşecektir.) v Kurak bölgelerde su kaynaklarının kullanımını optimize etmek. v Arıtma işletme maliyetini düşürür. v Tatlı su kaynaklarının yerine kullanılacağı için su kaynaklarının korunmasının sağlanması. 92

108 KAYNAKLAR ALVAREZ, J.A., ARMSTRONG, E., GOMEZ, M., SOTO, M., Anaerobic treatment of low-strength municipal wastewater by a two-stage pilot plant under psychrophilic conditions, Bioresource technology 99 (2008) APHA, Standart methods for the examination of water and waste water, American Public Health Association, 21. Baskı ARCEIVALA, S, Çevre Kirliliği Kontrolünde Atıksu Arıtımı, Atılım Ofset Yayınları, BALKU Ş., Azot Giderimli Aktif Çamur Sisteminde Enerji Optimizasyonu, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi. BOND, P.L., ERHART, R., WAGNER, M., KELLER, J. ve BLACKALL, L.L., (1999). Identification of some of the major groups of bacteria in efficient and nonefficient biological phosphorus removal activated sludge systems, Applied and Environmental Microbiology, 65, 9, ÇİFTÇİ, H., KAPLAN, Ş. Ş., KÖSEOĞLU, H., KARAKAYA, E., KİTİŞ, M., Yapay SulakAlanlarda Atıksu Arıtımı ve Ekolojik Yaşam. Erciyes Üniversitesi F. B. Enstitüsü Dergisi 23(1-2), sf DULKADİROĞLU, H., Hareketli Yataklı Ardışık Kesikli Reaktörlerde Karbon ve Besi Maddesi Giderim Kinetiği. İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi. DSİ, Akarsularımız, Göllerimiz, Barajlarımız, DSİ Zamanla Yarışıyor, T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı. ECKENFELDER, W. W., GRAU. P., The Activated Sludge Process Design and Control: Theory and Practice (2nd edition), Technomic Publishing Company, Inc., Lancaster, PA, USA ELMITWALLI, T., A., SKLYAR, V., ZEEMAN, G., LETTINGA, G., Low Temperature Pre-Treatment of Domestic Sweage in An Anaerobic Hybrid or An Anaerobic Filter, Bioresource Technology 82, EPA., Guidelines for Water Reuse US Environmental Protection Agency. EPA/625/R-04/108 September,

109 ERSÜ, Ç.B.,2006. Biological nutrient removal in bench-scale membrane bioreactor and full-scale sequencing batch reactor under various configurations and conditions, Iowa State University, Doktora tezi, Iowa FANG, H.H.P., LING, J.W.C., Removal of nitrogen and phosphorus in batch reactors with fıbrous packing. Bioresource Technology. 53(2): GÜLŞEN, H., Yeşilnacar, M.İ., Yıldız, O., Gerger, R., "Evsel Atıksularda Biyolojik Azot ve Fosfor Giderimi", 2. Ulusal Çevre Mühendisliği Kongresi, P-10, İstanbul. ISAKA, K., SUMINO, T., TSUNEDA, S., 2007 High Nitrogen Removal Performance at Moderately Low Temperature Utilizing Anaerobic Ammonium Oxidation Reactions, Journal of Bioscience and Bioengineering İLERİ, R., Çevre Biyoteknolojisi, Değişim Yayınları. JUNKINS, R., ECKHOFF, T., DEENY, K., The Activated Sludge Process: Fundamentals Of Operation. KABAK, H., Kullanılan bazı tıbbi ilaçların canlı aktif çamur biyokütlesi tarafından adsorplanma özelliğinin incelenmesi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Adana KALİAPPAN, S., YEOM, I.T., BANU, J.R., Treatment of Domestic Wastewater Using Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor, Int. J. Environ. Sci. Tech. 4 (3). KALYUZHNYI, S., GLADCHENKO, M., MULDER A., VERSPRİLLE, B., 2006.New Anaerobic Process of Nitrogen Removal, Water Science&Technology54-8. KHELIFI, E., BOUALLAGUI, H., TOUHAMI, Y., Jean-Jacques GODON, J.J., HAMDI, M., Bacterial monitoring by molecular tools of a continuous stirred tank reactor treating textile wastewater. Bioresource Technology. 100(2): KRETSCHMER, N. RIBBE, L., GAESE, H., Wastewater Reuse for Agriculture. Technology Ressource Management & Development -Scientific Contributions for Sustainable Development, Vol

110 LALLANA C, KRINNER W., CEDEX T. E., Sustainable water use in Europe Part 2: Demand Management S. Nixon, Water Research Centre J. Leonard, J. M. Berland, IOW ETC/IW Leader: T. J. Lack. LEKANG, I., Aquaculture Engineering, Wiley-Blackwell, Second Edition. LETTINGA, G. ELMITWALLI, T. A., OAHN, K. L.T., ZEEMAN, G, Treatment of domestic sewage in a two-step anaerobic filter/anaerobic hybrid system at low temperature. Water Research, 36, LIU, S., GONG, Z., YANG, F., ZHANG, H., SHI, L., FURUKAWA, K., 2008 Combined Process of Urea Nitrogen Removal in Aerobic Anammox Co- Culture Reactor, Bioresource Technology 99. MANARİOTİS I. D., GRİGOROPOULOS S. G., 2008, Restart Of Anaerobic Filters Treating Low-Strength Wastewater, Bioresource Technology 99 (2008) MARTIN, M.A., DE LA RUBIA, M.A., MARTIN, A., BORJA, R., MONTALVO, S., SANCHEZ, E., Kinetic evaluation of the psychrophylic anaerobic digestion of synthetic domestic sewage using an upflow filter, Bioresource technology 101 (2010) MELIDIS, P., VAIOPOULOU, E., ATHANASOULIA, E., AIVASIDIS, A., Anaerobic treartment of domestic wastewater using an anaerobic fixed-bed loop reactor, Elsevier desalination 248 (2009) METCALF & EDDY, Wastewater Engineering, Treatment, Disposal And Reuse, Mcgraw-Hill İnternationaleditions, Fourth Edition. ÖZTÜRK, İ., Anaerobik Arıtma ve Uygulamaları, Genişletilmiş 2. Baskı, Su Vakfı Yayınları. ÖZTÜRK, İ., TIMUR, H., KOŞKAN, U., 2005, Atıksu Arıtımının Esasları, İstanbul Teknik Üniversitesi Basım Evi, ROMANSKI, J., HEIDER, M., WIESMANN, U., Kinetics of anaerobic orthophosphate release and substrate uptake in enhanced bioligical phosphorus removal from synthetic wastewater, Wat. Res pp

111 ROMERO, H. (1997). The Mezquital Valley, Mexico. In: Helmer, R., Hespanol, I. (eds.) Water Pollution Control, a guide to the use of water quality management principles, E & FN Spon, London, pp SABUMON, P.C., Anaerobic ammonia removal in presence of organic matter: a novel route. Journal of Hazardous Materials, 149(1), SAMSUNLU, A., Atıksuların Arıtılması, Birsen Yayın Evi. SOMMARIVA, C., CONVERTI, A., DEL BORGHI, M.,1996. Increase in phosphate removal from wastewater by alternating aerobic and anaerobic conditions, Elsevier Desalination 108 (1996) SOTIRAKOU, E., KLADITIS, G., DIAMANTIS, N., GRIGOROPOULOU, H., Amonia and phosphorus removal in municipal wastewater treatment plant with extended aeration, Global nest pp SPEECE, R. E., Anaerobic Biotechnology for Industrial Wastewaters. Archae Pres, Nachwille, Tennessee, 436. SUMINO, T., ISAKA, K., IKUTA, H., SAIKI, Y., YOKOTA, T., 2006 Nitrogen Removal from Wastewater Using Simultaneous Nitrate Reduction and Anaerobic Ammonium Oxidation in Single Reactor, Journal of Bioscience and Bioengineering TSE, Türk Standartları Enstitüsü, TS EN ISO TOPRAK, H., Atıksu Arıtma Sistemlerinin Tasarım Esasları, TUNÇAL, T., PALA, A., USLU, O., Biyolojik aşırı fosfor giderimi temel özelliklerinin İzmir atıksu arıtma tesisinde araştırılması, İTÜ dergisi su kirlenmesi kontrolü, 18: TURGUT G., 2008, Çevre Kimyası,Gazi Yayın Evi, TÜRKMEN, C., ARCAK, S., Kentsel Arıtma Çamuru Ve Azot Uygulamalarının Kireçli Topraklarda Bazı Toprak Özelliklerine Etkileri, Selçuk Üniversitesi ZiraatFakültesi Dergisi 20 (40): (2006) TÖNÜK G.U., 2004, Anaerobic Treatment of Domestic Wastewaters In Upflow Sludge Blanket Reactors, Gazi üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, ISSN

112 UBUKATA, Y., Fundamental Mechanisms of Phosphate Removal by Anaerobic/Aerobic Activated Sludge in Treating Municipal Wastewater, Eng.Life Science 6-1. UĞURLU, A., AKIN, B.S., The effect of an anoxic zone on biological phosphorus removal by a sequential batch reactor. Bioresource Technology. 94(1):1-7. UMBLE, A.K., KETCHUM, A.L., A strategy for coupling municipal wastewater treatment using the sequencing batch reactor with effluent nutrient recovery through aquaculture. Water Sci. Techn. 35(1): U.S. EPA., Development and Adoption of Nutrient Criteria into Water Quality Standards. UYGUR, A., KARGI, F., BAŞKAYA, H.S., Ardışık zamanlı kesikli biyoreaktörde biyolojik nutrient gideriminde hidrolik alıkonma süresininoptimizasyonu, Uludağ Üniversitesi M.M.F. Dergisi 9-1. YALMAZ, G., ÖZTÜRK, I., Biological ammonia removal from anaerobically pre-treated landfill leachate in sequencing batch reactors (SBR). Water Science Technology. 43(3): YANG Z., ZHOU S., SUN Y., Start-up of simultaneous removal of ammonium and sulfate from an aerobic ammonium oxidation (anammox) process in an anaerobic up-flow bioreactor, Journal of Hazardous Materials, 169. YILMAZ, T., Yukarı akıslı anaerobik çamur örtü ve anaerobik filtre reaktörlerinde siyanür giderimi. Doktora Tezi, Çukurova Ünv. Fen Bilimleri Ens., Adana. YÜCEER, A., ERSÜ, Ç.B., SUCU, M.Y., Water Planning and Water Reuse in Agriculture; International Symposium on Environment. Kyrgyzstan Manas University. 97

113 98

114 ÖZGEÇMİŞ 30/07/1986 yılında Adana da doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini Adana da tamamladı yılında başladığı Çukurova Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü nden 2008 yılında mezun oldu ve aynı yıl Çevre Mühendisliği Bölümü Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı nda yüksek lisansa başladı. 99