Kayseri İli Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi Çamurlarının Tarımsal Amaçlı Kullanım Potansiyeli

Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Dergisi Science and Eng. J of Fırat Univ. 19 (3), 333-337, 2007 19 (3), 333-337, 2007 Kayseri İli Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi Çamurlarının Tarımsal Amaçlı Kullanım Potansiyeli Özge HANAY 1 ve Halil HASAR 2 1 Fırat Üniversitesi, S.D. Keban MYO, Çevre Koruma Programı, Keban, Elazığ 2 Fırat Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, 23119, Elazığ ohanay@firat.edu.tr (Geliş/Received:01.06.2006; Kabul/Accept:19.10.2006) Özet: Bu çalışmada, Kayseri İli Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi nden elde edilen nihai arıtma çamurunun tarımsal amaçlı kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Bu amaçla, temin edilen çamur numunelerinde, çeşitli ağır metal konsantrasyonlarına ve çamurun stabilitesini belirlemek amacıyla spesifik oksijen tüketim hızına bakılmıştır. İncelenen ağır metallerden bakır ve kurşun değerleri 1750 ve 1200 mg/kg olup, standart değerlerden yüksek olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, çamurun spesifik oksijen tüketim hızı 0.62 mg/g katı madde.saat olarak bulunmuştur. Bu değer çamurun stabil bir çamur olduğunu göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Arıtma Çamuru, Ağır Metal İçeriği, Çamur Stabilitesi, Tarımsal Kullanım. Potential of Agricultural Usage of Sludge from Kayseri Wastewater Treatment Plant Abstract: In this study, the agricultural usage of the sludge from Kayseri Wastewater Treatment Plant was studied by considering some heavy metal concentrations present in sludge and its stability determined by the specific oxygen uptake rate (sour). Among the heavy metals studied, copper and lead were found to be 1750 and 1200 mg/kg, exceeded the standard limits. However, sour was 0.62 mg / g dry matter.hr, indicating that the sludge is biologically stable. Key words: Sewage Sludge, Heavy Metal Content, Sludge Stability, Agricultural Usage. 1. Giriş Kentsel atıksu arıtma tesislerinden kaynaklanan çamurların azot, fosfor ve diğer mikronutrientleri içermiş olması tarımsal alanlarda kullanılmasına neden olmuştur. Fakat arıtılan atıksuyun tipine ve arıtma işlemine bağlı olarak arıtma çamurları farklı oranlarda toksik organik kimyasalları, tuzları ve ağır metalleri içermektedir ki bu durum tarımsal amaçlı kullanımını kısıtlamaktadır. Canlı yaşamını etkileyen, çevreyi kirleten ve kirliliği oluşturan unsurlar; evsel, endüstriyel ve tarımsal kaynaklı atıklardır. Günlük insan faaliyetleriyle çeşitli endüstriyel ve tarımsal kaynaklardan üretilen atıksular organik kirleticileri, azot ve fosfor gibi nütrientleri, iz elementleri, zehirli organik ve inorganik maddeleri, hastalık yapıcı mikroorganizmaları ve diğer birçok maddeleri içermektedir. Atık çamur, bitkilerin büyümesi için değişen konsantrasyonlarda gerekli nutrientleri içerir. Birçok çalışma, uygun oranlarda arıtma çamuru ve kompostunun uygulanması ile bitki büyümesinin ve toprağın fiziksel özelliklerinin geliştiğini ve kullanılabilir nutrient seviyelerini arttığını göstermiştir. Bu nutrientlerden azot, fosfor ve potasyum çamurun gübre olarak kullanılmasını sağlayan temel nutrientlerdir [1,2]. Avrupa Birliği Direktifleri çerçevesinde; kompostlama, biyometanizasyon ve araziye uygulama gibi alternatif teknolojilerle atıklardan enerji elde etme ve geri kazanım yöntemleriyle deponi alanlarındaki bioayrışabilir atıkların depolanmasını azaltmak amaçlanmaktadır. Ayrıca arıtma çamurlarının sadece ziraatta değil, yeşil alan, arazi rekreasyonu ve şehir peyzajı için de kullanılmasını uygun görmektedir. Bunun yanı

Ö.Hanay ve H.Hasar sıra biyolojik olarak ayrışabilir maddelerin büyük bir miktarının kompostlama gibi diğer organik atık değerlendirme tekniklerine kayacağı beklenmektedir [3]. ABD de arıtma çamurlarının % 33 nün arazide kullanıldığı, arazide kullanılan bu çamurların % 67 sinin tarım alanlarında, % 3 nün orman alanlarında, % 9 nun arazi rehabilitasyonunda, % 9 nu yeşil alanlarda ve % 12 sinin de torbalanarak satıldığı bilinmektedir. AB ülkelerinde arıtma çamurlarının tarımda kullanım oranı %36 düzeyinde olup, bu oran Fransa, İngiltere, Norveç, İsveç ve İspanya da % 50 civarındadır [4]. Japonya da ise ülkedeki nüfus yoğunluğu ve işlenebilir alanların azlığı nedeniyle arıtma çamurlarının % 60 lık bir bölümü yakılarak bertaraf edilmesine rağmen yılda 230.000 ton arıtma çamuru yeşil alanlarda kullanılmaktadır [5]. Arıtma çamurlarının araziye uygulanması önemli çevresel problemler oluşturmaktadır. Bu problemler; koku, estetik, çamurdaki patojenler, toksik organik kimyasallar, tuzlar ve ağır metaller olarak sıralanabilir [6]. Arıtma çamuru genelde potansiyel toksik elementleri özellikle ağır metalleri içerir ki bunlar toprak kirliliğine ve nihayetinde bitki ve hayvanlarda istenmeyen biyolojik birikime yol açmaktadır [7,8]. Ağır metallerin mevcudiyeti ve dirençli organik kirleticilerle alakalı risk toprağa uygulanan çamur miktarının sınırlandırılmasıyla kontrol altına alınabilir. Çamurun ağır metal içeriği üzerinde kanunlarla belirtilen sınırlayıcı değerlerin varlığı, çamurun tarımda kullanılmasının planlama ve tasarımında ilk adımdır. Arıtma çamurunun uygulandığı yüzey topraklarda müsaade edilebilir maksimum ağır metal konsantrasyonları normalde toplam konsantrasyona bağlıdır. Bu çalışmada, Kayseri İli Kentsel Atıksu Arıtma Tesisinden elde edilen nihai arıtma çamurunun tarımsal amaçlı kullanım potansiyelinin araştırılması amacıyla, çamurun ağır metal içeriği, ph ı, nem ve organik madde muhtevası, elektriksel iletkenliği ile spesifik oksijen tüketim hızı analiz edilmiştir. 2. Materyal ve Metot Kayseri İli nde birçok endüstrinin mevcut olması ve kirliliğin kaynakta kontrol edilmemesinden dolayı atıksu arıtma tesisi çamurlarının yüksek oranda ağır metal içerebileceği düşünüldüğünden dolayı deneylerde kullanılan çamur, Kayseri İli Atıksu Arıtma Tesisi nden temin edilmiştir. Tesis; 110.000 m 3 /gün dizayn debisi ile 800.000 eşdeğer nüfusa hizmet etmek üzere dizayn edilip, Ağustos 2003 tarihinde işletmeye alınmıştır. Uzun havalandırmalı, ileri biyolojik arıtma sistemi olup arıtma çamurları nihai olarak mekanik ekipmanlarla susuzlaştırıldıktan sonra çamur depo sahasına aktarılmaktadır. Çamur örneklerinin kimyasal analizlerinin yapılması için bir kısım numune laboratuvar koşullarında 12 saat 65 0 C sıcaklıkta etüvde kurutulmuştur. Kurutulan numune öğütülerek 150 mesh lik elekten geçirilmiştir. Metal konsantrasyonlarını belirlemek için çamurlar derişik nitrik asitle muameleye tabi tutulmuştur [9]. 3 gr kurutulmuş ve öğütülmüş çamur üzerine 5 ml HNO 3 ilave edilmiştir. Numune ısıtılan ocak üzerinde 1 saat karıştırılarak kaynatılmıştır. Kaynatma işleminde oluşan asit eksilmesinden dolayı 2 ml HNO 3 daha ilave edilmiştir. Daha sonra, numune süzülmüş ve hacmi 100 ml ye tamamlanarak ağır metal analizleri üç tekerrürlü olarak Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresinde (UNICAM 929) de yapılmıştır. Çamur saf suyla doygun hale getirilerek cam elektrotlu ph metreyle numunenin ph ına ve elektriksel iletkenlik ölçer ile iletkenliğine bakılmıştır. Nem içeriği ve uçucu katı muhtevası da Standart Metotlara göre yapılmıştır [10]. Deneyler üç tekerrürlü olarak yapılmıştır. Çamur numunesinin stabilitesini belirlemek amacıyla spesifik oksijen tüketim hızı (sour) deneyleri Lasaridi ve Stentiford (1998) e göre yürütülmüştür [11]. İlk önce, katı haldeki çamur numunesi sıvılaştırılmıştır. Bu amaçla, 5 gr kuru numune alınmış ve 500 ml saf su ile karıştırılmıştır. Daha sonra, CaCl 2, MgSO 4, FeCl 3 ve fosfat tamponu ilave edilmiştir. Karışım 24 saat 30 o C ye ayarlı su banyosunda aralıklı havalandırma ile inkübe edilmiştir. 24 saat sonunda karışım 300 ml lik şişeye tam doldurularak havalandırılmıştır. Çözünmüş oksijen konsantrasyonu 6-7 mg/l arasına gelinceye kadar hem havalandırmaya hem de karıştırmaya devam edilmiştir. Polografik çözünmüş oksijen probu şişeye daldırılmış ve karışım sıvısı atmosferden tecrit edilmiştir. Zamana bağlı olarak çözünmüş oksijen değerlerindeki değişim not edilerek 334

Kayseri İli Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi Çamurlarının Tarımsal Amaçlı Kullanım Potansiyeli spesifik oksijen tutma kapasitesi mg O 2 / g kuru madde / saat olarak hesaplanmıştır. 3. Bulgular ve Tartışma Ülkemizde uygulanmakta olan Toprak Kirliliği Kontrolü yönetmeliği 10.12.2001 tarihinde yürürlükten kaldırılmıştır. Alıcı ortam olarak toprak kirlenmesinin önlenmesi, kirliliğin giderilmesi, arıtma çamurlarının ve kompostun tarımda kullanımı için gerekli tedbirlerin alınması esaslarını sürdürülebilir kalkınma hedefleriyle uyumlu şekilde ortaya koymayı amaçlayan Çevre ve Orman Bakanlığı yeni bir yönetmelik hazırlamıştır. Yeni yönetmelikte, arıtma çamurlarının, stabil arıtma çamuru ve kompostun kullanımına ilişkin hususlar yeniden düzenlenmiştir. Türkiye de 01/05/2003 tarihli ve 4856 sayılı Çevre ve Orman Bakanlığı Teşkilat ve Görevleri Hakkında Kanun un ikinci ve dokuzuncu maddesi gereğince hazırlanan Toprak Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği nde araziye verilecek arıtma çamurunda ve çamurun uygulanacağı topraktaki kurşun, kadmiyum, krom, bakır, nikel, civa ve çinko gibi ağır metal muhtevalarının sınır değerleri belirlenmiştir. Kayseri İli Evsel Atıksu Arıtma Tesisi nden alınan çamur örneklerindeki ağır metal konsantrasyonları ile Türkiye de yürürlükte olan yönetmelik, AB ve USA Standartlarında geçen sınır değerleri karşılaştırılarak verilmiştir (Tablo 1)[12]. Tablo 1. Kayseri atıksu arıtma çamurundaki ağır metallerin tüm standartlardaki maksimum müsaade edilebilir konsantrasyon değerleriyle karşılaştırılması, mg/kg. Ağır Metal Türkiye AB USA KAYSERİ Krom 1200 - - 1060±180 Bakır 1750 100-1750 1500 *2250±350 Demir - - - 10890±240 Kurşun 1200 75-1200 300 1440±280 Çinko 4000 2500-4000 2800 3680±510 Tablo 1 den de görüldüğü gibi çamurdaki Bakır (Cu), ve Kurşun (Pb) konsantrasyonu sırasıyla 2250 mg/kg kuru ağırlık ve 1440 mg/kg olup; Türkiye, AB ve USA standartlarında verilen değerlerden yüksektir. Özellikle çamurun Pb konsantrasyonun USA standartlarında verilen değerden çok yüksek olduğu görülmektedir. Krom (Cr) konsantrasyonu için arıtma çamurunda maksimum müsaade edilebilen değerin sadece Türkiye de yürürlükte olan yönetmelikte belirlenmesi ilgi çekici bir durumdur. Deneyde kullanılan çamurun Cr konsantrasyonu 1060 mg/kg (KA) dır ve yönetmelikteki sınır değerine oldukça yakındır. İlgi çekici bir diğer durum ise; Çinko (Zn) konsantrasyonu için yönetmeliklerde belirlenen sınır değerler arasında büyük farklılıkların bulunmasıdır. Analiz edilen arıtma çamurunun Zn konsantrasyonu 3680 mg/kg (KA) olup bu değer AB ve USA standartlarının üzerinde, buna karşın Türkiye deki yönetmelikte geçen sınır değere yakındır. Analiz edilen arıtma çamurunun bazı özellikleri Tablo 2 de gösterilmiştir. Tablo 2. Kayseri atıksu arıtma çamurunun bazı özellikleri. ph (1:10) 5,80 EC(dS/m) 3,24 Nem Muh. (%) 75 Organik Madde Muh. (%) 60 sour( mg/g katı 0,62 madde.saat) Çamurun nem muhtevası % 75, organik madde değeri ise ağırlıkça % 60 olarak bulunmuştur. Literatürde anaerobik olarak çürütülmüş çamurun nem muhtevasının %95-90 [13], uçucu katı madde miktarının da katı maddenin %30-60 ı arasında olduğu belirtilmiştir [14]. Toprağa stabil olmayan bir çamur uygulanırsa, mikroorganizmalar toprak gözeneklerindeki oksijeni materyali bozundurmak için kullandığından anaerobik şartlar oluşabilir [15]. Kayseri ili evsel atıksu arıtma çamuru anaerobik çürütücüden elde edildiğinden dolayı kısmen de olsa stabil çamurdur. Nem muhtevasının belirtilen değerlerden çok daha düşük olması susuzlaştırma sisteminin verimli çalıştığını ve ayrıca çamurun taşıma maliyetinin az olacağını göstermektedir. Çünkü yüksek katı içeriğine sahip çamurun taşıma maliyeti, düşük katı içeriğine sahip olandan daha düşüktür. Arıtma çamurunun ph ı 5.80 olarak bulunmuştur. Çürütülmüş çamurların ph nın 6,5-7,5 aralığında olması uygun görülmektedir [16]. Analiz edilen çamurun ph değerinin bu 335

Ö.Hanay ve H.Hasar oranlardan düşük olması çamurun tamponlama kapasitesinin çok yüksek olduğunu ve çamurdaki metallerin çözünürlüğünün yüksek olabileceğini göstermektedir. Çamurun ph ı toprağın ph ını değiştirerek metallerin toprak ve bitkiler tarafından alınmasını etkilediğinden dolayı ürünler üzerinde etkilidir. İklim, toprak ve bitki özellikleri gibi şartlar bitkideki metal seviyesini etkilerler. Organik madde, ph, katyon değiştirme kapasitesi de topraktaki ağır metallerin elde edilebilirliğinin kontrolünde önemli faktörlerdir. Toprağın katyon değiştirme kapasitesinin, toprağın ağır metalleri bağlama yeteneğinin bir göstergesi olduğu için arıtma çamurunun uygulanacağı toprakların bu açıdan da incelenmesi gerekmektedir [8]. Arıtma çamurunun spesifik oksijen tüketim hızı 0.62 mg/g katı madde.saat olarak bulunmuştur. Literatürde bu oranın 1,5 mg/g katı madde.saat değerinden küçük olduğu zaman çamurun stabil olarak düşünüleceği belirtilmektedir [17]. Elde edilen değer de bu çamurun stabil bir çamur olduğunu göstermektedir. Arıtma çamurunun elektriksel iletkenliği ise 3,24 ds/m olarak bulunmuştur. Wong ve diğ. [6], arıtma çamurunun elektriksel iletkenliği (EC)<2 ds/m ise tuzluluk etkisinin ihmal edilebileceğini fakat bu oran 2-4 ds/m ise çok hassas ürünler için tuzluluğun sınırlandırılabileceğini ileri sürmüşlerdir. Buna göre, deneyde çalışılan arıtma çamurunun tarımsal amaçlı kullanımında tuzluluk faktörünün dikkate alınması da gereklidir. Arıtma çamurundaki ağır metallerin azaltılması ya kanalizasyon sistemine deşarj edilmeden önce kaynak kontrolü ile ya da çamurda metallerin ekstraktif giderimiyle sağlanabilir. Kaynak kontrolündeki büyük sıkıntı, kaynağın belirlenmesi olduğundan tek olası pratik çözüm, çamurdan ağır metalleri ekstraktif olarak gidermektir. Metallerin toplam konsantrasyonu kirliliğin boyutunu gösterirken, metallerin hangi formlarda bulunduğu hakkında sınırlı bilgi sağlamaktadır. Yani çamurdaki metallerin türleri hakkında detaylı bir bilgi ve bertarafı takiben metal türlerindeki değişikler ile araziye uygulama için çamurun uygunluğunu belirlemede farklı kimyasal ajanların kullanıldığı ve farklı şartlara bağlı olarak birkaç ekstraksiyon basamağını içeren seçici ardışık ekstraksiyon analizi yapılmalıdır. Bu analiz yöntemi ağır metallerin taşınımı, hareketi, biyolojik ve fizikokimyasal kullanılabilirliği ile 336 oluşum biçimini belirlemektedir. Ağır metal formlarının çeşitliliği çevresel hareketlerini ve biyolojik olarak kullanılabilirliğini büyük ölçüde etkileyerek sonuçta çevresel kirlenme potansiyelini belirleyecektir. 4. Sonuç Kayseri İli Atıksu Arıtma Tesisi nden kaynaklanan arıtma çamurunun araziye uygunluğunun belirlenmesi amacıyla özellikle çamurun kalite kriterlerinden olan ağır metal içeriklerinin değerlendirilmesi sonucu çamurun ağır metal konsantrasyonunun yüksek olduğu bulunmuş ve arıtma çamurlarına herhangi bir işlem yapılmadan direk tarımsal alanlara uygulanmasının mümkün olmadığı belirlenmiştir. Ayrıca, bu çamurun elektriksel iletkenliğinin yüksek olması toprakta mikrobiyal aktiviteyi etkileyen önemli bir faktör olup özellikle fazla tuzlu çamurun toprağa ilavesiyle topraktaki nutrientlerin döngüsü azalmakta ve fitotoksiditeye neden olmaktadır. Bu nedenle, sözü edilen arıtma çamurunun tarımsal toprağa uygulanması uygun değildir. 5. Kaynaklar 1 Soumare, M., Tack, F.M.G., Verloo, M.G. (2003). Characterization of Malian and Belgian Solid Waste Composts with Respect to Fertility and Suitability for Land Application, Waste Management, 23, 517-522. 2 Soumare, M., Tack, F.M.G., Verloo, M.G. (2003). Effects of a Municipal Solid Waste Compost and Mineral Fertilization on Plant Growth in Two Tropical Agricultural Soils of Mali, Bioresource Technology, 86, 15-20. 3 Debosz, K., Petersen, S.O., Kure, L.K., Ambus, P. (2002). Evaluating Effects of Sewage Sludge and Household Compost on Soil Physical, Chemical And Microbiological Properties, Applied Soil Technology, 19, 273-248. 4 İşgenç, M.F., Kınay E.H. (2005). Türkiye de Arıtma Çamurları, I. Ulusal Arıtma Çamurları Sempozyumu (23-25 Mart 2005), İzmir, 519-528. 5 Inubushi, K., Goyal,S., Sokamato, K., Wada, Y., Yamakawa, K., Arai, T. (2000). Influences of Application of Sewage Sludge Compost on N 2 O Production in Soils, Chemosphere-Global Change Science, 2, 329-334. 6 Wong, J.W.C., Li, K., Kure, L.K., Su, D.C. (2001). Toxicity Evaluation of Sewage Sludges

Kayseri İli Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi Çamurlarının Tarımsal Amaçlı Kullanım Potansiyeli in Hong Kong, Environment International, 27, 373-380. 7 Sanchez-Monedore, M.A., Mondini, C., Nobili, M., Leita, L., Roig, A. (2004). Land Application of Biosolids: Soil Response to Different Stabilization Degree of Treated Organic Matter, Waste Management, 24, 325-332. 8 Madyiwa, S., Chimbari, M., Nyamangara, J., Bangira, C. (2002). Cumulative Effects of Sewage Sludge and Effluent Mixture Application on Soil Properties of Sandy Soil Under a Mixture of Star and Kikuyu Grasses In Zimbabwe, Physics and Chemistry of the Earth, 27,747-753. 9 Lue-Hing C., Zens D.R., Kuchenrither R. (1992). Chemical Constituents Present Municipal Sewage Sludge and Sludge Application to Dedicated Beneficial Use Sites, Ch.3 and 9 in Municipal sewage sludge management: Processing, utilization and disposal, ed. C.Lue-Hing, D.R.Zenz and R. Kuchenrither 10 APHA, Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 17th ed., Washington, DC, USA, 1989. 11Lasaridi, K.E., Stentiford, E.I. (1998). A Simple Respirometric Technique for Assessing Compost Stability, Water Research, 32(12), 3717-3723. 12 İçemer, G.T., Yılmaz, V., Yılmaz, İ., keleş, C., Uslu, B. (2005). Arıtma Çamurlarının Toksik Madde ve Patojen Kontrolünde Uygulanan Standartlar. I. Ulusal Arıtma Çamurları Sempozyumu, AÇS2005, (23-25 Mart 2005), İzmir, 529-536. 13 Büyükkamacı, N.(2005). Arıtma Çamurlarının Genel Özellikleri. Arıtma Çamurlarının İşlenmesi ve Bertarafı Eğitim Semineri, (17-18 Şubat 2005), İzmir, 1-17. 14 Akça, L., Sevimli, M.F. ve Alp K., (1998). Boya Sanayi Arıtma Çamurlarının Karakterizasyonu ve Uzaklaştırılması. İTÜ 6. End. Kirl. Kont. Semp. İstanbul, 183-190. 15 Mathur S.P, Patni N.K., Levesque M.P. (1990). Static Pile, Passive Aeration Composting of Manure Slurries Using Peat as Bulking Agent, Bio. Waste, 34(4), 323-334. 16 Ayvaz, Z. (2000). Atıksu Arıtma Çamurlarının Değerlendirilmesi, Ekoloji Çevre Dergisi, 35, 3-12. 17 EPB 296 (2004). Land Application of Municipal Sewage Sludge Guidelines, Saskatchewan Environment. 337