itüergisi/e mühenislik Cilt:17, Sayı:1, 51-59 Mart 07 Yapay sulakalan sistemine fosfor gierimine ortam malzemesinin etkisi Sönmez DAĞLI *, Lütfi AKÇA İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Bilimleri ve Mühenisliği Programı, 34469, Ayazağa, İstanbul Özet Bu çalışmaa, fosforun yapay sulakalan sistemlerine gierimi incelenmiş, ortam malzemesinin gierim verimine olan etkisi asorpsiyon izotermleri ile açıklanmaya çalışılmıştır. Bu etkinin anlaşılabilmesi için ortam malzemesi olarak toprak, emir-çelik enüstrisi yüksek fırın cürufu, perlit, çakıl ve kum kullanılmıştır. Dane büyüklüğü açısınan çakılan sonra en iri yapılı malzemeler sırası ile cüruf, perlit, toprak ve kum olarak bulunmuştur. Atomik absorpsiyon spektrometre analizlerine göre en fazla katyon içeren malzeme, her üç katyonu a (Al, Fe, Ca) içeren yüksek fırın cürufu olarak belirlenmiştir. Yüksek fırın cürufunu sırası ile çakıl, toprak, kum ve perlit izlemekteir. Ancak her bir katyon için eğerlenirme yapılığına Ca içeriği en yüksek malzemeler çakıl ve yüksek fırın cürufu ur. Fe içeriği en yüksek malzeme yüksek fırın cürufu; Al içeriği en yüksek malzeme ise toprak ve yüksek fırın cürufu ur. X ışını ifraktometre cihazı ile yapılan tam element analizi ile bulunan sonuçlar, atomik absorpsiyon spektrometresi sonuçları ile benzerlik göstermiş, fosfor tutulması açısınan en umut verici malzemeler cüruf, çakıl, toprak ve kum olarak bulunmuştur. Sulakalanlara kullanılma potansiyeli olan yüksek fırın cürufu, kum, çakıl, toprak ve perlitin 21 C ve 4 C e yaz ve kış şartlarına asorpsiyon enge zamanı, Jar-Test üzeneğine gerçekleştirilen eneyler ile tespit eilmiştir. Aynı üzenek kullanılarak yukarıa verilen ortam malzemelerinin 21 C ve 4 C e, 12 mg/l toplam fosfor (TP) konsantrasyonu için Freunlich, Langmuir ve BET izotermine uygunluğu araştırılmıştır. Kullanılan malzemelerin tümünün Langmuir izotermine uygun asorpsiyon avranışı gösteriği saptanmıştır. Anahtar kelimeler: Langmuir izotermi, yapay sulakalan, fosfor, asorpsiyon. * Yazışmaların yapılacağı yazar: Sönmez DAĞLI. Sonmez.Dagli@mam.gov.tr; Tel: (262) 677 29 54. Bu makale, birinci yazar tarafınan İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Bilimleri ve Mühenisliği Programı na tamamlanmış olan "Evsel atıksularan yapay sulakalanlara fosfor gieriminin incelenmesi" alı oktora tezinen hazırlanmıştır. Makale metni 13.07.06 tarihine ergiye ulaşmış, 08.02.07 tarihine basım kararı alınmıştır. Makale ile ilgili tartışmalar.06.07 tarihine kaar ergiye gönerilmeliir.
S. Dağlı, L. Akça The effect of meia material to phosphorus removal on constructe wetlans Extene abstract Constructe wetlan systems, a low cost an low technology option, have been successfully use for recycling an managing omestic an ifferent types of inustrial wastewater. The capacity of these systems is wiely ocumente an because of their relative low cost, easy operation an maintenance the use of constructe wetlans as wastewater management solution, has extene rapily as a choice for treatment of omestic wastewater. Such naturalize treatment systems have been shown to have a significant capacity for both wastewater treatment an resource recovery. Most stuies on constructe wetlans have focuse mainly on the net removal of pollutants such as bacteria, suspene solis, biological oxygen eman an nutrients such as nitrogen an phosphorus from wastewater. Although such stuies have generally confirme the effectiveness of constructe wetlans for pollutants removal, they provie little information on the processes involve in pollutant removal. The mechanisms of phosphorus removal in constructe wetlans are incompletely unerstoo. Settling an retention of particulate forms of phosphorus is generally consierable in the slow moving waters of wetlans. Uptake of soluble forms of phosphorus occurs by sorption, complexation, precipitation an assimilation into microbial an plant biomass. In this stuy, removal of phosphorus, which is one of the most important elements in wastewater an causes to eutrophication was examine; the effect of meia material on removal efficiency were etaile investigate. The mechanisms of phosphorus removal in constructe wetlans such as asorption (onto meia material), precipitation, plant uptake, system geometry, climate, wastewater composition are insufficiently unerstoo. As to the removal mechanisms for P also inclue biological transformations. Although wetlan capacity to remove pollutants is consiere goo, water quality ischarge limits are becoming more stringent; an therefore the performance eman of constructe wetlans capacity is increasing. The ischarge of nutrients to the environment is one of the water quality parameters that are becoming increasingly restricte, since nutrients are responsible for eutrophication of waters. The capacity of constructe wetlans to remove phosphorus is an issue that has not been satisfactorily solve. The aim of this stuy is to unerstan the effect of meia material on phosphorus removal on constructe wetlans. To unerstan this effect, the Jar-Test system was fe batch an all supernatant analysis after one hour settling time was mae accoring to stanar methos. As the meia material the most important parameter in constructe wetlans, its effect on phosphorus removal efficiency was explore by means of asorption experiments. Soil, slag, perlit, gravel an sea san were selecte as meia materials in this experimental stuy. Soil was provie from a construction site, slag was supplie from iron an steel founry, perlit obtaine from mine, gravel was provie from Municipality of Gebze, sea san was taken from Gebze seasie. Accoring to the sieve analysis, perlit was foun as the most uniform an suitable material for the stuy. The others were exhibite changeable grain size istribution. To etermine the effect of cation contains of the materials which is consiere very important in the literature, atomic absorption spectrometer analysis was conucte on the materials. Accoring to the results of this analysis, slag was evaluate the most suitable material as it contains all three cations (Al, Fe, Ca). Gravel, soil, sea san an perlit are followe to the slag. The element analysis showe that gravel an slag have the highest amount of iron among the teste materials; slag has the highest aluminium content. Therefore it is ecie that slag, gravel an soil are the most proper meia materials for the asorption of phosphorus. Equilibrium times of all materials use in the wetlans were etermine uner suer an winter conitions (21 C an 4 C) using to Jar-Test equipment. The experiments were conucte on at constant temperature for each conition. The reactor was continuously mixe at rpm until the system reache to equilibrium. The suitability of the materials to Freunlich, Langmuir an BET isotherms are searche by using the same jar-test equipment for 12 mg/l total phosphorus concentration as for representing meium organic loae wastewater. The results of the asorption experiments inicate that isotherms obtaine for all materials use in this stuy fit Langmuir isotherm. Accoring to these finings, soil, slag an sea san has been evaluate most promising meia materials either phosphorus asorption capacity or easy an fast availability. Keywors: Langmuir isotherm, constructe wetlan, phosphorus asorption. 52
Yapay sulakalan sistemine fosfor gierimine ortam malzemesinin etkisi Giriş Yapay sulakalanlar, oğal arıtmanın mühenislik tasarımı ile aha küçük reaktörlere cereyan ettiği kontrollü sistemlerir. 19 leren itibaren yerini konvansiyonel arıtma sistemlerine bırakmaya başlayan oğal arıtma sistemleri, Almanya, Fransa ve ABD gibi gelişmiş ülkelere enerji gerektirmemesi ve arazi ihtiyacının azlığı sebebiyle son yıllara yenien cazip hale gelmeye başlamıştır (Vymazal v., 1998). Masi (05) çalışmasına halen Almanya a 00, İngiltere e 800, Avusturya a 0, Danimarka a 0, İtalya a 0, Çek Cumhuriyetine 1, Portekiz ve Polonya a 1, Fransa a civarına yapay sulakalanın halihazıra kullanılığını belirtmekteir. Avrupa Birliği aaylık sürecine bulunan ülkemizi e ilgileniren, Su Politikası Alanına Topluluk Faaliyeti için bir Çalışma Çerçevesi Oluşturan 23 Ekim 00 tarihli ve 00//EC sayılı Su Çerçeve Direktifi (Water Framework Directive), iç yerüstü sularının, geçiş sularının, kıyı sularının ve yeraltı sularının korunması için bir çerçeve oluşturmayı amaçlamıştır. Direktifin 4. ve 5. maesine nehir havzalarının; 7. maesine ise içme suyu amaçlı kullanılan tüm yerüstü ve yeraltı su kaynaklarının topluluk ülkelerine korunması ve sürürülebilir kullanımının sağlanması öngörülmekteir. Bu amaçla üye ülkelerin su koruma havzaları için koruma ve izleme planları yapmaları ve bunları uygulamaları istenmekteir. Aynı irektifin 4. maesinin 5. benine ise koruma planlarının uygulanamayacak kaar pahalı olması urumuna benzer çevresel önceliklere sahip aha pratik ve ucuz yöntemlerin araştırılması tavsiye eilmekteir. Sulakalanlar şehirsel, enüstriyel ve zirai eşarjların arıtımına kullanılan çok üşük masraflı alternatifler olarak göz önüne bulunurulmaktaır. Bunun yanına sulakalanların asit maen yatağı sularının arıtımına, yağmur suyu arıtımına a kullanım alanları bulunmaktaır (Kalec ve Knight, 1996). Günümüze ünyaya yayılmış ve sulakalan temelli binlerce atıksu arıtım sistemleri mevcuttur. Son 10 yıl içerisine sulak alanların BOİ, nütrientler, sınırlı erecee metal ve toksik organik bileşiklerin gierilmesi, mühenislik eğerlenirmesi ve tasarım kriterleri, optimizasyon ve maliyet eğerlenirilmesi hakkına çok sayıa çalışma gerçekleştirilmiştir (Uğurlu ve Salman, 1998). Özellikle gelişmekte olan ve ılıman iklim kuşağına yer alan ülkeler için uygun olan bu sistemler, üşük işletme ve bakım masraflarının yanına çamur üretimlerinin e yok enecek kaar az olması sebebiyle tercih eilmekteir (Ayaz ve Saygın, 1996). Bu çalışmaa yapay sulakalanlara fosfor arıtımına önemli parametreleren biri olan ortam malzemesinin gierme verimine etkisi asorpsiyon izotermleri ile açıklanmaya çalışılmıştır. Bu amaç oğrultusuna çakıl, kum, yüksek fırın cürufu, perlit ve toprak malzemeleri, fosfor gierimi üzerineki etkisinin anlaşılması için laboratuar ortamına Jar-Test eneylerine tabi tutulmuştur. Materyal ve meto Asorpsiyon eneyleri için orta kuvvette evsel atıksuyu temsil etmesi açısınan 12 mg/l toplam fosfor konsantrasyonuna sahip, 0.1 g glikoz, 0.001 g maya ekstraktı, süttozu, üre, 0.15 g amonyum klorür (NH 4 Cl), 0.08 g soyum ihirojen fosfat (Na 2 HPO 4.12H 2 O), 0.01 g potasyum bikarbonat (KHCO 3 ), 0.1 g soyum bikarbonat (NaHCO 3 ), 0.09 g magnezyum sülfat (MgSO 4.7H 2 O), 5 g emir sülfat (FeSO 4.7H 2 O), 0.09 g mangan sülfat (MnSO 4.H 2 O), 0.014 g kalsiyum klorür (CaCl 2.6H 2 O), 0.1 g bentonit içeren sentetik atıksu numunesi kullanılmıştır. Bu maeleren hazırlanmış mg/l toplam fosfor içeren stok sentetik numune, içeriği 12 mg/l olacak orana seyreltilerek eneylere kullanılmıştır. Jar-Test ile tutulma eneyleri, Şekil 1 e görülen üzeneğin önüş hızının rpm e ayarlanığı uruma, ortam sıcaklığının yaz şartları için 21 C ye; kış şartları için 4 C ye ayarlanması ile gerçekleştirilmiştir. 1 litrelik cam beherlere konulan sentetik numune her bir malzemenin 10 gramı ilave eilmiş ve her 12 saatte bir üst uru faza toplam fosfor konsantrasyon- 53
S. Dağlı, L. Akça ları ölçülmüştür. Fosfor analizi Stanart Yöntemler e (APHA, Stanar Methos, 1998) göre yapılmıştır. Tablo 1. Sistemlere kullanılan malzemelerin ane boyutları Malzeme -1 +1 +2 +2.8 +4 +5.6 Çakıl 0.52 0.07 0.6 7.21 13.95 77.6 Cüruf 13.02.01 12.98 12.75 7.24 34 Malzeme -0.25 +0.25 +0.5 +1 +2 +4 Kum 6.9 24.6 28.7 19.3 15.2 5.3 Perlit 0 0 14 35 48 0 Toprak 11.1 27.3 25.5 17.3 9.4 9.4 Şekil 1. Jar-test üzeneği Asorpsiyon eneylerine kullanılan malzemelerin fiziksel özelliklerini karşılaştırmak üzere elek analizi otomatik çalkalama özelliğine sahip Karl Kolb marka elekte yapılmıştır. Emniyetli çalışma açısınan cihaza her bir eneye 2 aet elek takılmış, her bir eleme işlemi cihazın zamanlayıcısı 5 akikaya ayarlanarak gerçekleştirilmiştir. Malzemelerin katyon içeriğinin etkisini görmek amacı ile atomik absorpsiyon spektrometresi (AAS) analizleri yapılmıştır. Katyon (metal) analizleri malzemelerin öğütücüe öğütülmesini takiben kuvvetli asit ile çözülerek Varian marka AAS cihazına alev mouna okunması şekline gerçekleştirilmiştir. Malzemelerin atıksu arıtımınaki etkinliğinin tam olarak eğerlenirilmesi ve olası iğer ağır metal içeriklerinin bulunması amacı ile Philips marka X-Ray Difraktometre cihazı ile tam element analizi e yapılmıştır. Deneysel çalışma sonuçları Asorpsiyon eneylerine kullanılan malzemelerin elek analizi sonucu bulunan ane boyut ağılımları Tablo 1 e verilmiştir. Tablo 1 e göre en üzenli (üniform) ane boyutuna sahip ortam malzemesi perlit olarak belirlenmiştir. Ancak bunun sebebi perlitin ticari olarak eşit ane boyuna üretilmesiir. Diğer bütün malzemelerin ane boyutu eğişkenir. Dane büyüklüğü açısınan çakılan sonra en iri yapılı malzemeler sırası ile cüruf, perlit, toprak ve kum ur. Deneysel çalışmaa kullanılan malzemelere ait AAS analiz sonuçları ise Tablo 2 e verilmiştir. Tablo 2. Seçilen malzemelerin katyon içerikleri Ortam Malzemesi Toprak Çakıl Perlit Kum Cüruf Al İçeriği g/kg.10 6.90 1.27 12. 28. Fe İçeriği g/kg 34.10 4. 1.55 13.85 222.90 Ca İçeriği g/kg 48.90 336.00 1.05 37.70 212.70 Tablo 2 eki sonuçlara göre en fazla katyon içeren malzeme her üç katyonu a içeren yüksek fırın cürufu olarak gözükmekteir. Yüksek fırın cürufunu sırası ile çakıl, toprak, kum ve perlit izlemekteir. Ancak her bir katyon için eğerlenirme yapılığına kalsiyum içeriği en yük- 54
Yapay sulakalan sistemine fosfor gierimine ortam malzemesinin etkisi sek malzemeler çakıl ve yüksek fırın cürufu ur. Demir içeriği en yüksek malzeme yüksek fırın cürufu; alüminyum içeriği en yüksek malzeme ise toprak ve yüksek fırın cürufu ur. Tablo 2 en e görüleceği gibi en umut verici malzemeler yüksek fırın cürufu, çakıl ve toprak olarak sıralanabilmekteir. Deneysel çalışmaa kullanılan perlit ışınaki iğer malzemelerin atıksu arıtımınaki etkinliğinin tam olarak eğerlenirilmesi ve olası iğer ağır metal içeriklerinin belirlenmesi amacı ile X-Ray Difraktometre cihazı ile element analizi e yapılmıştır. Perlit analiz sırasına presleme sonucu eriiğinen bu malzeme için sonuç alınamamıştır. Philips marka PW04 moel XRF cihazı ile bulunan sonuçlar Tablo 3 te verilmiştir. Tablo 3 te verilen sonuçlar, Tablo 2 ekilerle benzerlik göstermekte olup, fosfor tutulması açısınan en umut verici malzemeler yine cüruf, çakıl, toprak ve kum olarak sıralanmaktaır. Bu sonuçlaran malzemelerin önemli orana ağır metal içermeiği e görülmekteir. Tablo 3 teki XRF analizi eğerlerinin AAS eğerlerinen bir miktar aha yüksek olmasının sebebi AAS cihazının oaklanan metali hassas olarak ölçmesi, XRF cihazının ise malzemeeki tüm metalleri taraması şekline izah eilebilmekteir. Asorpsiyonu incelemek için kullanılan en uygun gösterimler izoterm eğrileriir. Sabit sıcaklıkta asorban tarafınan asorplanan mae miktarı ile enge basıncı veya konsantrasyonu arasınaki bağıntıya asorpsiyon izotermi aı verilmekteir. Diğer bir ifaeyle, izoterm ile asorban ve asorplanacak mae arasınaki ilişki anlaşılmaktaır. İzoterm eğrileri ampirik olarak belirlenmekte fakat matematiksel olarak ifae eilmekteir. İzotermler sabit sıcaklıkta asorbanın birim kütlesine asorbe olan maenin asorplanacak maenin bağıl konsantrasyonuna karşı çizilmekteir. Genellikle asorban ile asorbat arasına meyana gelen kuvvetli bir afinite (kimyasal asorpsiyon) Langmuir izotermi ile, basit fiziksel asorpsiyon ise Freunlich izotermi ile ifae eilmekteir (Apak v., 1991). Tablo 3. Seçili malzemelerin XRF sonuçları Element Çakıl () Kum () Toprak () Cüruf () Al 1.933 6.249 9.9 4.749 Ba 0.058 0.074 0.065 0.179 Ca 55.286 6.006 6.0 21.3 Cl 0.055 0.022 0 0.072 Fe 1.467 1.811 3.529 19.449 K 0.669 1.1 1.779 0.039 Mg 0.677 0.711 1.025 1.561 Mn 0.116 0.047 0.123 3.570 Na 0.058 0.532 0.321 0.066 O 32.817 48.715 47.534 37.102 P 0.054 0.065 0.068 0.249 Rb 0.003 0.005 0.009 0 S 0.218 0.039 0.029 0.155 Si 6.3 33.958 29.084 10.25 Sr 0.077 0.022 0.017 0.019 Ti 0.144 0.199 0.392 0.261 Y 0.002 0.002 0.007 0.054 Zn 0.027 0.003 0.008 0.017 Kullanılan malzemelerin yaz ve kış şartlarına asorpsiyon enge zamanını tespit etmek için 21 C ve 4 C e yapılan laboratuvar eney sonuçları Tablo 4 te verilmiştir. Deneyler sırasına ortam sıcaklığı ijital klima ile sabit tutulmuştur. Tablo 4 ten e görülüğü üzere ortama kalan TP konsantrasyonlarına ilk 5 saatte hızlı bir üşüş meyana gelmekte, bunan sonra. gözlem süresi olan 1 saate kaar yavaş ta olsa üşüşler evam etmekteir. İncelenen malzemelerin çoğunlukla engeye ulaşma süresi 96 saatin üzerineir. Çakıl malzemesinin her enge süresi 1 saatin üzerineir. Toprak ve perlit için üşük sıcaklıkta enge süresi 1 saatten fazla, yüksek sıcaklıkta ise 96 saat olarak gözlenmiş- 55
S. Dağlı, L. Akça tir. İncelenen malzemeleren yüksek fırın cürufuna fosfor tutulmasının engeye ulaşma süresi iğer malzemelere göre belirgin şekile üşük çıkmıştır. Özellikle üşük sıcaklıkta (4 C) 24 saatlik süree enge konsantrasyonuna ulaşılmıştır. Tablo 4. Malzemelerin 21 C ve 4 C e enge zamanları Zaman Toplam Fosfor (mg P/L) (saat) Çakıl Kum Cüruf Perlit Toprak 21 C 0 12 12 12 12 12 1 10.2 10.5 10.2 11.5 10.2 5 10.1 10.0 9.6 11 9.2 24 9.9 9.6 9.0 10.6 8.8 48 9.6 8.8 8.1 10.0 8 72 8.8 8.1 7.2 9.6 7.5 96 8.5 7.8 6.4 8.8 7.0 1 8.0 7.5 6.0 8.6 6.7 4 C 0 12 12 12 12 12 1 10.9 10.6 10.2 11.2 10.3 5 10.2 10.2 9.9 11.0 9.6 24 9.9 10.0 8.6 10.7 9.1 48 9.2 9.3 8.2 10.3 8.6 72 9.0 8.8 8.0 10.0 8.1 96 8.8 8.3 7.9 9.6 7.9 1 8.2 8.1 7.6 9.1 7.5 İzotermler ve malzemelerin avranışları Teorik yaklaşımlar kullanılarak tüm asorp-siyon izoterm türleri için uygun genel bir eşitlik bulunmamaktaır. Asorpsiyon izotermleri genele beş tip olarak sınıflanırılmaktaır (Berkem ve Baykut, 1998). Her bir tip izotermin uygun oluğu eşitlik farklıır (Brauner ve Preisinger, 1956). Laboratuvar şartlarına 21 C e ve 4 C e tüm malzemeler için ele eilen grafikler eğerlenirilmiş; Freunlich ve Brauner-Eett- Teller (BET) izotermine uygun olmaığı görülmüştür. Langmuir izotermi ve malzemelerin avranışı Langmuir tarafınan geliştirilen teoriye göre atom veya moleküller asorplayıcı yüzeyine aktif merkezler tarafınan tutulmakta ve bu tutulma tek tabaka haline gerçekleşmekteir. a. C y = 1 + bc (1) Bu formüle, y : belirli bir asorban kütlesi tarafınan asorplanan mae miktarı, (mg/mg) C : asorplanan maenin enge konsantrasyonu, (mg/l) a, b: reaksiyon sabitleri olarak verilmekteir. Denklem 1 in her iki tarafıc ye bölünürse, C y b = 1 + C (2) a a eşitliği ele eilmekteir. Absiste C, orinatta C / y eğerleri kullanılarak çizilen grafiğin oğru şekline olması, gerçekleşen asorpsiyonun Langmuir izotermine uygunluğunu göstermekteir. Doğrunun orinatı kesim noktasınan 1/a; eğiminen ise b/a eğeri ele eilmekteir. Toplam fosfor için Langmuir izotermi 12 mg/l toplam fosfor içeren sentetik numune ile ele eilen eney sonuçları Şekil 2 ile Şekil 11 arasına toplu hale gösterilmiştir. Şekil 2-11 inceleniğine, malzemelerin gerek 21 C e gerekse 4 C e genellikle Langmuir izotermine uygun avranığı görülmekteir. Çakıl ve kum için 21 C e ele eilen grafiklerin Langmuir izotermine kısmen uygun oluğu gözlemlenmekteir. Malzemeler tarafınan gierilecek fosforun hesabı izotermler aracılığı ile suaki fosfor konsantrasyonu ile ilişkilenirilebilmekteir. Bir katı mae üzerine tutulmuş fosfor konsantrasyonunun hangi izoterme uygun oluğu belirlenikten sonra ortam malzemesi üzerine fosfor tutulma kapasitesi e bulunan izoterm enkleminen hesaplanabilmekteir. 56
Yapay sulakalan sistemine fosfor gierimine ortam malzemesinin etkisi 1 1 80 0 =.7-143.47 7 8 9 10 11 12 110 C = 36.09-0.45 90 80 70 9 10 11,Denge TP Kons. (mg/l) Şekil 2. Toprak için 21 C e Langmuir izotermi Şekil 5. Perlit için 4 C elangmuir izotermi 70 = 18.5-132.86 8 9 10 70 10 0 = 8.18-36.21 5 6 7 8 9 10 11 Şekil 3.Toprak için 4 C e Langmuir izotermi Şekil 6. Cüruf için 21 C e Langmuir izotermi 1 80 =.02-251.96 9 10 11 45 C = 7.15-33.51 35 25 15 10 5 5 6 7 8 9 10 Şekil 4. Perlit için 21 C e Langmuir izotermi Şekil 7. Cüruf için 4 C e Langmuir izotermi 57
S. Dağlı, L. Akça 1 C = 48.32-4.92 1 1 80 9 10 11 12 Şekil 8. Çakıl için 21 C e Langmuir izotermi 45 C = 7.15C -33.52 35 25 15 10 5 5 6 7 8 9 10 Şekil 9. Çakıl için 4 C e Langmuir izotermi 55 45 35 25 15 10 = 12.16-76.61 7 8 9 10 Şekil 11. Kum için 4 C e Langmuir izotermi Şekil 1-10 an bulunan izoterm sabitleri ve tutulma eşitlikleri kullanılarak 21 C ve 4 C e ele eilen tutulma miktarları Tablo 5 te verilmiştir. Tablo 5. 21 C ve 4 C e tutulan TP miktarları Malzeme 21 C mg P/kg 4 C mg P/kg Toprak 1363 239 Perlit 17 Cüruf 458 363 Çakıl 111 324 Kum 669 367 2 0 1 = 38.54-278 Tablo 5 e göre bir eğerlenirme yapılığına, 21 C e ele eilen tutulmanın 4 C e ele eilenen aha fazla oluğu söylenebilmekteir. Bu urum çakıl için tam tersi olarak gerçekleşmiştir. 21 C e en fazla tutulma toprak tarafına gerçekleştirilmiş, bunu kum ve cüruf izlemiştir. 4 C e ise en fazla tutulmayı kum, cüruf ve çakıl gerçekleştirmiş, bunları toprak ve perlit izlemiştir. 0 7 8 9 10 11 12,Denge TP Kons. (mg/l) Şekil 10. Kum için 21 C e Langmuir izotermi Bu çalışmaa ele eilen sonuçlar aşağıa özetlenmiştir. Yüksek fırın cürufu, üç katyonu a (Al 28.5 g/kg, Fe 222.9 g/kg, Ca 212.7 g/kg) en fazla içeren malzeme olarak belirlenmiştir. Yük- 58
Yapay sulakalan sistemine fosfor gierimine ortam malzemesinin etkisi sek fırın cürufunu sırası ile çakıl, toprak, kum ve perlit izlemekteir. Ancak her bir katyon için eğerlenirme yapılığına kalsiyum içeriği en yüksek malzemeler çakıl ve yüksek fırın cürufuur. Demir içeriği en yüksek malzeme yüksek fırın cürufu; alüminyum içeriği en yüksek malzeme ise toprak ve yüksek fırın cürufu ur. Dolayısıyla yapay sulakalana olgu malzemesi olarak kullanılmak üzere katyon içeriği bakımınan en umut verici malzemeler yüksek fırın cürufu, çakıl ve toprak olarak eğerlenirilmekteir. Arazie tesis eilen pilot ölçekli sulakalanlara kullanılan malzemelerin 21 C ve 4 C eki asorpsiyon izotermlerine göre, tüm malzemelerin Langmuir izotermine kısmen uygun avranış gösteriği gözlenmiştir. Katyon içeriği en yüksek malzeme olan cürufun Langmuir izotermine uyumu a iğer malzemelere göre aha iyi olarak gözükmekteir. 21 C e ele eilen fosfor tutulması, 4 C e ele eilenen aha fazlaır. Her iki sıcaklık eğerine e birbirine yakın tutulma ele eilen malzemeler kum (669 mg P/kg, 367 mg P/kg) ve cüruf tur (458 mg P/kg, 363mg P/kg). Toprak 21 C e iyi bir tutulma (1363 mg P/kg) sağlamasına rağmen o C e aha üşük performans (239 mg P/kg) göstermiştir. Perlit, her iki sıcaklık eğerine e zayıf tutulma ( mg P/kg, 17 mg P/kg) sağlayabilmiştir. Çakıl ise tüm malzemelerin aksine 21 C e aha az tutulma (111 mg P/kg) sağlamış, 4 C e ise aha fazla fosfor (324 mg P/kg) tutmuştur. Bu sonuçlara göre toprak, cüruf ve kum gerek fosfor tutma kabiliyeti gerekse kolay ve ucuz bulunabilirliği sebebiyle fosfor gierimine kullanılabilecek malzemeler olarak eğerlenirilmiştir. Kaynaklar Apak, R., Tütem, E., Hugül, M., Kar, F., (1991). Suların arıtılması, TÜBİTAK Proje No:KTÇAG- 7, s.22-23, Ankara. Ayaz Ç.S. ve Saygın Ö,. (1996). Hyroponic wastewater treatment garen, 9th International Association on Water Quality Conference, 11-12, Wienna. Berkem A.R.,Baykut, S., (1998). Fizikokimya, İstanbul Üniversitesi Yayınları, 42, Kimya Fakültesi, İstanbul. Brauner, K., Preisinger, A., (1956). Stuructur un rnstehug es sepioliths, Mineralogische un Petrographische Mitteilungen, 25, 6, 1-1. European Union Water Framewok Directive, (00). 00//EC, Luxemburg. Hosomi, M., Murakami, A., an Suo, R., (1994). A four year mass balance for a natural wetlan system receiving omestic wastewater, Water Science an Technology,, 8, 235-244. Kalec, R.H., ve Knight,L.R.,(1996). Treatment wetlans, CRC Pres, The University of Michigan, 151, Ann Arbor an Wetlan Management Services Chelsa, Michigan. Masi, Fabio, (05). Training course notes on constructe wetlans, MRC-Gebze, Kocaeli, Turkey. Stanar Methos for the Examination of Water an Wastewater, 1998. 40- P A, 40- P B; 40-P D. Stannous Chlorie Metho ( th Eition), APHA, American Water Works Association, USA. Uğurlu A. ve Salman B., (1998). Phosphorus removal by fly ash, Environment International, 24, 8, 911-918. Vymazal, J., Brix, H., Cooper, P. F., Green, M. B., Haberl, R., (1998). Constructe wetlans for wastewater treatment in Europe, 18, Backhuys Publishers, Leien. 59