TMMOB Çevre Mühendisleri Odası V. ULUSAL ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ EVSEL ATIKSU ARITIMI İÇİN EKİLMİŞ SULAKALAN TESİSİ: VİRANŞEHİR ÖRNEĞİ Canan Yıldız 1, E. Asuman Korkusuz 1, Yunus Arıkan 1, Göksel N. Demirer 2 TMMOB Çevre Mühendisleri Odası, proje@cmo.org.tr ODTÜ Çevre Mühendisliği Bölümü, goksel@metu.edu.tr ÖZET Geleneksel atıksu arıtım yöntemleri ile kıyaslandıklarında düşük işletme maliyeti, düşük enerji gereksinimi, işletim kolaylığı gibi avantajları ile öne çıkan Ekilmiş Sulakalanlar, dünyanın birçok ülkesinde gerek evsel gerekse endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılmaktadır. TMMOB Çevre Mühendisleri Odası tarafından yürütülen Yerel Yönetimler İçin Bütünsel Önleyici Çevre Yönetimi Projesi BÜÇEP in Uygulama Aşaması kapsamında Şanlıurfa nın Viranşehir ilçesinde inşa edilmekte olan Ekilmiş Sulakalan Tesisi, atıksu yönetimi konusunda sıkıntı yaşayan yerel yönetimlere kendi öz imkanlarını ve yörelerinin doğal kaynaklarını kullanarak uygulayabilecekleri bir alternatif sunması açısından önemlidir. Bu bildiride, inşaat çalışmalarının Kasım 2003 de bitirilmesi hedeflenen Viranşehir Ekilmiş Sulakalan Tesisi nin hazırlık çalışmaları ve tasarım değerleri hakkında bilgi verilecektir. Anahtar Kelimeler: Ekilmiş sulakalan, hibrit sistem, evsel atıksu arıtımı, kargı CONSTRUCTED WETLAND FOR DOMESTIC WASTEWATER TREATMENT: VİRANŞEHİR CASE STUDY ABSTRACT Constructed wetlands have been effectively used for domestic and industrial wastewater treatment due to their low operational cost, low energy demand and operational simplicity. Within the framework of the Implementation Phase of Integrated Preventive Environmental Management Project for Municipalities IPEMM which is carried out be UCTEA Chamber of Environmental Engineers, a constructed wetland for domestic wastewater treatment has been designed and construction studies are planned to be completed until the end of November 2003 in Viranşehir (Şanlıurfa). This constructed wetland is important in terms of its positive effects on urban infrastructural development and effective use of natural resources. In this paper, preliminary studies and design properties of Viranşehir Constructed Wetland will be presented. Keywords: Constructed wetland, hybrid systems, domestic wastewater treatment, P. australis
1. GİRİŞ TMMOB Çevre Mühendisleri Odası tarafından yürütülen Yerel Yönetimler İçin Bütünsel/Önleyici Çevre Yönetimi Projesi nin Uygulama Aşaması kapsamında evsel atıksu arıtımına yönelik bir Ekilmiş Sulakalan Tesisi, Şanlıurfa nın Viranşehir ilçesinde inşa edilmektedir. Tesisin amacı, evsel nitelikteki atıksuların yüksek teknoloji kullanmaksızın, yerel kaynak ve kapasitelerin harekete geçirilerek, düşük işletme ve yatırım maliyetine sahip ve çevreyle uyumlu yöntemlerle arıtılarak halk sağlığının korunması yönünde yerel yönetimlere örnek sunulmasıdır. Günümüzde, özellikle düşük nüfus yoğunluğuna sahip yerleşim birimlerindeki atıksuların arıtımında basit işletim koşullarına duyulan ihtiyacın ve doğal proseslere olan ilginin artmasıyla beraber, ekilmiş sulakalanlar dünyanın pek çok yerinde atıksu yönetiminde ve su kirliliği kontrolünde yaygın ve verimli bir şekilde kullanılmaya başlanmışlardır. Bazı ekilmiş sulakalanlar ise rekreasyon, yaban hayatı için habitat restorasyonu ve çevresel iyileştirme amacı ile kullanılmaktadırlar. (Korkusuz ve diğerleri, 2001) Doğal sulakalanlarda kendiliğinden meydana gelen bazı proseslerin daha kontrollü bir çevrede gerçekleştirilmesi için tasarlanmış olan ekilmiş sulakalanların, geleneksel arıtma yöntemlerine göre başlıca avantajları ise söyle sıralanabilir (Korkusuz ve diğerleri, 2001):!" Kolay uygulanabilirlik,!" İleri teknoloji ve pahalı ekipmanlara gereksinim olmaması,!" Düşük enerji ihtiyacı,!" Düşük maliyet,!" Basit işletim,!" İşletim kararlılığı,!" Düşük miktarda çamur oluşumu,!" Flora ve fauna habitatlarını destekleyerek biyoçeşitlilikte artış sağlamak,!" Hasat edilen sucul bitkilerin çeşitli amaçlarla kullanılması (biyogaz, hayvan yemi ve gübre üretimi, bitki gövdesinin çatı, çit, mat yapımında kullanımı, vb.) Ekilmiş sulakalanlar içerisinde birçok fiziksel, kimyasal ve biyolojik proses gerçekleşmektedir. Askıdaki katı madde miktarındaki azalma ile beraber, atıksuyun BOİ sinde de bir azalma gerçekleşir. Kimyasal proseslerin başlıcaları adsorpsiyon ve çökelme olup; bunlar fosfor ve ağır metal gideriminde rol oynayan önemli mekanizmalardır. Biyolojik prosesler içerisinde en önemli prosesler mikroorganizmalar tarafından yürütülen proseslerdir. Bütün bu prosesler, oksijenin varlığına bağlı olarak karbon, azot ve sülfürün yükseltgenmesini ya da indirgenmesini içermektedir. Genel olarak, yüksek konsantrasyonlarda organik yük içeren deşarj sularında indirgenme reaksiyonları hakim olmaktadır. Azotun büyük bir kısmı ise denitrifikasyon prosesi ile çevrilmektedir. Su yüzeyinde gerçekleşen buharlaşma, absorpsiyon ve desorpsiyon gibi prosesler ile güneş ışınları tarafından tetiklenen kimyasal reaksiyonlar sulakalanlarda yer alan diğer bozunma prosesleridir. (Korkusuz ve diğerleri, 2001) 2. HAZIRLIK ÇALIŞMALARI Viranşehir Belediyesi ve TMMOB Çevre Mühendisleri Odası nın işbirliği ile tamamlanan hazırlık çalışmaları dört aşamadan oluşmaktadır: Saha incelemeleri/yer seçimi, atıksu yapısının belirlenmesi, tesiste kullanılacak dolgu malzemelerinin belirlenmesi ve temini, bitkilerin hazırlanması. Saha İncelemeleri ve Yer Seçimi Saha incelemeleri sonucunda atıksuyun temin edileceği bölge ve tesisin inşa edileceği arazi için 6 alternatif belirlenmiştir. Belirlenen alanların değerlendirmesi, Tablo-1 de sunulmuştur: 623
DEĞERLENDİRME KRİTERLERİ Kanalizasyon şebekesinin durumu 624 Tablo 1 Alternatif Değerlendirme Tablosu Alternatif 1 Alternatif 2 Alternatif 3 Alternatif 4 Alternatif 5 Alternatif 6 1 3 3 3 1 1 Atıksu miktarı 1 3 3 3 2 2 Elektrik hattına uzaklık 1 3 1 3 3 3 Karayoluna uzaklık ve yol durumu Şehir merkezine uzaklık / ulaşılabilirlik 1 2 1 3 3 3 1 2 1 3 3 3 Zemin yapısı 1 3 1 2 2 2 Alıcı ortam 3 3 3 3 3 3 Alıcı ortamın araziye uzaklığı 3 3 3 3 3 3 Sıhhi anlamda öncelik 3 1 1 3 3 3 Yasal durum 3 0 3 3 1 1 TOPLAM 18 23 20 29 24 24 0:Uygun deği1; 1: Uzun süreli ön çalışma gerektirir; 2: Kısa süreli ön çalışma gerektirir; 3: Uygun Atıksu özelliklerinin belirlenmesi Viranşehir kanalizasyon şebekesinden alınan numunelerin analizleri DSİ 10 Bölge Müdürlüğü (Diyarbakır) Laboratuarlarında yapılmıştır. Analiz sonuçları, evsel atıksu parametrelerine ait tipik değerlerle karşılaştırmalı olarak Tablo 2 de sunulmuştur. Tablo 2: Karşılaştırmalı atıksu analiz sonuçları Parametre Viranşehir Tipik Değer* Birim BOİ 5 110 ± 36 200 mg/l KOİ 302 ± 93 500 mg/l AKM 91 ± 37 200 mg/l NH 3 -N 10.53 ± 8.29 12 mg/l NO 3 -N 13 ± 3.5 0 mg/l PO 4 -P 4.87 ± 1.86 5 mg/l TKN 1.06 ± 0.19 20 mg/l Ph 7.46 ± 0.16 6.5 8.5 - İletkenlik 1277 ± 427 470 μmho/cm Kaynaklar: Tchobanoglus, 1993; Arceivala, 2002 Tablo 2 de sunulan atıksu analiz sonuçları incelendiğinde, atıksuyun zayıf karakterli olduğu görülmektedir. Viranşehir Belediyesi yetkilileri ile yapılan görüşmelerde, tipik değerler ile Viranşehir değerleri arasındaki farklılıkların (örneğin, NO 3 - -N değerlerinin yüksek olması)
kanala gübre karışması gibi nedenlerden kaynaklanabileceği sonucuna varılmıştır ve bu tespit tasarım aşamasında de dikkate alınmıştır. Sulakalanlarda nitrat giderimi iki mekanizma ile gerçekleşmektedir: bitkisel faaliyetler ve denitrifikasyon. Atıksuda bulunan nitrat miktarı artııkça denitrifikasyon baskın mekanizma halini almaktadır. Sulakalanlarda denitrifikasyonu hızlandıran anoksik bölgelerin oluşması, sulakalanları nitrat gideriminde önemli bir seçenek haline getirmektedir. (Baker, 1998) Dolgu malzemelerinin belirlenmesi ve temini Viranşehir de Karacadağ eteklerinde ve tarlalarda doğal olarak bulunan ve tarımsal faaliyetleri olumsuz etkilemeleri sebebiyle tarlalardan uzaklaştırılan volkanik cürufun uygun elek aralıklarına getirildikten sonra tesiste dolgu malzemesi olarak kullanılması kararlaştırılmıştır. Volkanik cürufun kimyasal analizleri Eti Holding Laboratuarları nda (Ankara) yapılmış ve analiz sonuçları Tablo 3 te sunulmuştur. Tablo 3 Dolgu Malzemeleri Kimyasal Analiz Sonuçları % CaO % Al 2 O 3 % Fe 2 O 3 % MgO Volkanik cüruf 11.73 15.07 11.98 7.67 Bitkilerin Hazırlanması Göl, nehir gibisu kaynaklarının kenarlarında doğal olarak bulunan ve hızlı bir büyüme oranına sergileyen Phragmites australis ekilmiş sulakalanlarda başarı ile kullanılmaktadır. (Mandi ve diğerleri, 1998) İstenmeyen bitkilerin kontrol dışı yayılımını önlemek için, ekilmiş sulakalanlarda kullanılacak bitki türlerinin yöreye has türlerden seçilmesi tercih sebebi olmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa daki çeşitli türdeki atıksuları arıtmak için kullanılan birçok ekilmiş sulakalanda başarı ile uygulanmış olan kargı (P. australis), Türkiye atıksularında da çok yaygın olarak rastlanan bir makrofit türüdür. (Korkusuz ve diğerleri, 2001) Diyarbakır ve Viranşehir de saha incelemeleri sırasında kargı (P. australis) bitkisinin Dicle Nehri kenarında doğal olarak bulunduğu tespit edilmiştir. Başarılı bitki adaptasyonu için bitkilerin doğal ortamlarından alınıp tesise dikilmeden önce tüplenmeleri ve yetişme şartlarının gözlenmesi gerekmektedir. Bu amaçla, 1000 adet bitki Diyarbakır Büyükşehir Belediyesi tarafından tüplere aktarılmıştır 1000 adet bitkinin tüpleme işlemleri ise inşaat çalışmalarının başlamasının ardından gerçekleştirilecektir. 3. PROJELENDİRME Tesiste arıtılacak olan atıksu, su alma yapısına yerleştirilecek olan bir dalgıç pompa ile alınacaktır. Pompaya ait kontrol paneli sayesinde belirlenen miktarda atıksu (30 m 3 /gün) tesisin ilk kademesi olan çökeltme tankına aktarılacaktır. 2 saatlik bekleme süresinin ardından atıksu, ekilmiş sulakalan kademelerine aktarılacaktır. Viranşehir Ekilmiş Sulakalan Tesisi, birbirine paralel işletilecek iki hibrit sistemden oluşmaktadır. Herbir hibrit sistemin ilk kademesi yüzeyaltı yatay akışlı (YA), ikinci kademesi ise yüzeyaltı dikey akışlı ekilmiş sulakalan olarak tasarlanmıştır. İki kademe arasında atıksuyun akışı cazibe ile sağlanacaktır. Ekilmiş Sulakalan tasarım kriterleri ve Viranşehir Ekilmiş Sulakalan Tesisi ne ait tasarım bilgileri Tablo 4 te; esas alınan çıkış suyu kriterleri ise Tablo 5 te sunulmuştur. 625
Tablo 4 Ekilmiş Sulakalan tasarım kriterleri ve Viranşehir Ekilmiş Sulakalan Tesisi değerleri Parametre Tipik değer* Viranşehir Birim Hidrolik yükleme hızı <300 100 mm/gün Alan gereksinimi 1-5 1 m 2 /kişi Maksimum BOİ yüklemesi 75 73 kg/ha/gün Yatakta en/boy oranı 5:1 e kadar 1.5:1 - Nüfus 300 kişi Debi 30 m 3 /gün * Kaynaklar: Arceivala, 2002; Tchobanoglus, 1991 Tablo 5 Çıkış Suyu Kriterleri (Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği - Sınıf 1: Kirlilik yükü ham BOİ olarak 60 kg/günden küçük, Nüfus<1000) Parametre Değer Birim BOİ 5 50 mg/l KOİ 180 mg/l AKM 70 mg/l ph 6-9 - Herbir sulakalanın tabanında geçirimsizliği sağlamak üzere sıkıştırılmış kil ve kalın naylon kullanılacaktır. Geçirimsizlik sağlandıktan sonra, farklı elek aralıklarında volkanik cüruf ve kumdan oluşan dolgu malzemeleri yerleştirilecektir. Sulakalanların en üst tabakasını oluşturan kum tabakasının üzerine önceden tüplere alınan ve serada bakımları devam eden kargı bitkileri dikilecektir. Viranşehir Ekilmiş Sulakalan Tesisi ne ait özet bilgiler Tablo 6 da sunulmuştur. 626
Tablo 6 Viranşehir Ekilmiş Sulakalan Tesisi nin özellikleri Parametreler Akış Türü VİRANŞEHİR EKİLMİŞ SULAKALAN TESİSİ YA1 DA1 YA2 DA2 Yüzeyaltı Yatay Akışlı Yüzeyaltı Dikey Akışlı Yüzeyaltı Yatay Akışlı Yüzeyaltı Dikey Akışlı En (m) 10 7.5 10 7.5 Boy (m) 15 10 15 10 Taban Alanı (m 2 ) 150 75 150 75 Derinlik (m) 0.60 0.60 0.60 0.60 Dolgu Malzemesi Kesiti (sıralanış üstten alta doğru), derinlik (cm); dane aralığı (mm) Deşarj (m 3 /d) Hidrolik Yük. Hızı (m 3 /m 2 /gün) (15 cm; 0/3 mm) Volkanik Cüruf (30 cm; 7/15 mm) Volkanik cüruf (15 cm; 15/30) 15 (Günde 3 kez, 8 saat aralıkla, 5 m 3 hacminde) (30 cm; 0/3 mm) Volkanik Cüruf (30 cm; 7/15 mm) - <15 (Buharlaşmaya bağlı olarak,<5m 3 ) (15 cm; 0/3 mm) Volkanik Cüruf (30 cm; 7/15 mm) Volkanik cüruf (15 cm; 15/30) 15 (Günde 3 kez, 8 saat aralıkla, 5 m 3 hacminde) (30 cm; 0/3 mm) Volkanik Cüruf (30 cm; 15/30mm) Bitki Yoğunluğu 4 4 4 4 (tane/m 2 ) Yatay akışlı sulakalanlarda su dağıtım yapısı 100 mm çapında deliksiz PVC borularla, drenaj sistemi ise 100 mm çapında drenflex borulardan oluşacaktır. Dikey akışlı sulakalanlarda ise, atıksu kum yüzeyinin 25 cm üzerine demir ayaklarla yerleştirilecek 100 mm çapında delikli PVC borularla dağıtılacak, drenaj sistemi ise 100 mm çapında drenflex borulardan oluşacaktır. - <15 (Buharlaşmay a bağlı olarak, <5m 3 ) 0.10 <0.20 0.10 <0.20 Bitki Türü P.australis P.australis P.australis P.australis 4. İZLEME ÇALIŞMALARI Viranşehir Ekilmiş Sulakalan Tesisi inşaat çalışmaları Eylül 2003 de başlamıştır ve 2 aylık bir inşaat süresinin ardından Kasım 2003 de işletmeye alınması planlanmaktadır. Tesis işletmeye alındıktan sonra, iki haftada bir giriş ve çıkış borularından alınacak numunelerin analizleri DSİ 10 Bölge Müdürlüğü (Diyarbakır) Laboratuarları nda gerçekleştirilecektir. İzleme çalışmaları sonucunda, tesisin arıtım kapasitesine ek olarak volkanik cüruf malzemesinin verimliliği incelenecektir. Analiz sonuçlarına bağlı olarak, Viranşehir Belediyesi ve ÇMO nun ortak kararı doğrultusunda çıkış suyu, sulama amaçlı kullanılacaktır. 5. SONUÇLAR 627
Viranşehir Ekilmiş Sulakalan Tesisi nin başlıca özellikleri ve önemi şu şekilde özetlenebilir: Türkiye de araştırma boyutunda olan ve henüz tam ölçekli uygulaması bulunmayan Ekilmiş Sulakalanlar içinde en büyük ölçekli tesis olacaktır, Tesiste dolgu malzemesi olarak kullanılan volkanik cüruf, yörede doğal olarak bulunmakta ve tarla faaliyetlerini olumsuz etkilediği için tarlalardan uzaklaştırılmaktadır. Bu çerçevede, istenmeyen bir malzemenin değerlendirilmesi sağlanmaktadır, Tesis işletmeye alındıktan sonra yapılacak analiz sonuçlarına bağlı olarak, çıkış suyu sulama amaçlı kullanılacak ve suyun geri kullanımı sağlanacaktır, Düşük maliyet ve kolay işletim koşulları ile öne çıkan Viranşehir Ekilmiş Sulakalan Tesisi, diğer kentler için de bir örnek teşkil edeceği düşünülmektedir. Sonuç olarak, kentsel gelişim açısından; evsel nitelikteki atıksuların yüksek teknoloji kullanmaksızın, yerel kaynak ve kapasitelerin harekete geçirilerek, düşük işletme ve yatırım maliyetine sahip, çevreyle uyumlu yöntemlerle arıtılarak halk sağlığının korunması; doğal kaynaklar açısından da; kırsal alanda bol bulunması sebebiyle tarımsal üretim için engel oluşturan volkanik cürufun kentsel bir hizmet amacıyla kullanımının sağlanarak yeniden kullanıma sokulması sağlanmış olacaktır. KAYNAKÇA Arceivala, S.J.,2002. Çevre Kirliliği Kontrolünde Atıksu Arıtımı, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi Baker, L.A., 1998. Design Considerations and Applications for Wetland Treatment of High- Nitrate Waters. Water Science and Technology, Vol. 38, No. 1, pp. 389-395, Elsevier Science Ltd. Badkoubi, A., Ganjidoust, H., Ghaderi, A., Rajabi, A., 1998. Performance of a Subsurface Constructed Wetland in Iran. Water Science and Technology, Vol. 38, No. 1, pp. 345-350, Elsevier Science Ltd. Korkusuz, E.A., Beklioğlu, M., Demirer, N.G., 2001. Atıksuların Arıtımında Ekilmiş Sulakalanlar, Çevre Mühendisleri Odası, IV. Ulusal Çevre Mühendisliği Kongresi, Mersin, Türkiye. Mandi, L., Bouhoum, K., Ouazzani, N., 1998. Application of Constructed Wetlands for Domestic Wastewater Treatment in an Arid Climate. Water Science and Technology, Vol. 38, No. 1, pp. 379-387, Elsevier Science Ltd. Tchobanoglus, G.T., Burton F.L. (1991). Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, Reuse. McGraw-Hill, New York. 628