EMWATER E-ÖRENM KURSU ÖZET AVRUPA BRL FON DESTEKL AKDENZ ÜLKELERNDE ATIK SULARIN ETKL YÖNETM, LEN VE TEKRAR KULLANIMI - Özet - Dr. Yavuz Özoguz (m-haditec GmbH & Co KG) Bilgilerin dayandıı çalımalar: Atık Su daresi Enstitüsü, Hamburg Teknoloji Üniversitesi Kimya Bölümü, Fen Edebiyat Fakültesi, Yıldız Teknik Üniversitesi, stanbul Su Aratırmaları Enstitüsü (IWS) Birzeit Üniversitesi ENEA, Ente per le Nuove Tecnologie, l Energia e l Ambiente Bologna, talya Adelphi Reseach, Berlin
çerik Tablosu 1. Giri...3 2. Atık Su Karakteristii, Tahlili ve Örneklemesi (A1)...4 2.1 Evsel Atık Su Kaynakları... 4 2.2 Atık Su Parametreleri... 6 3. Hijyen ve Risk Yönetimi (A2)...7 3.1. Atık Su Yönetimi ve Balantılı Hijyenik Risk... 8 3.1.1 Konvansiyonel (Standart) Sıhhiletirme... 8 3.1.2 Ekolojik sıhhiletirme... 10 3.1.3 Sürdürülebilir Sıhhiletirme... 10 3.4 Yönergeler Yoluyla Risk Yönetimi... 12 4. Kaynak Yönetiminin Sıhhiletirilmesi (B1)...12 4.1. Evsel Suda Materyal Akıı... 13 4.2 Gübre olarak sarı su... 14 4.3 Toprak düzenleyici olarak kahverengi su... 14 4.4 Daıtılmı Konvansiyonel Sıhhiletirme Sistemleri... 14 4.5 Kaynak Yönetiminin Sıhhiletirilmesi... 15 4.6 Kahverengi ve Siyah Su leme Sistemleri... 18 4.7 Gri Su leme Sistemleri... 18 4.8 Sarı Su leme Sistemleri... 19 5. Yamur Suyu Toplama (B2)...19 5.1 Genel Hususlar... 19 5.2 Su Dengesi... 20 5.3 Takın Sularını Kirleten Maddeler... 21 5.4 Yamur Suyu Sızıntısı... 21 5.5 Su Toplama Teknikleri... 22 5.6 Su Depolaması... 23 5.7 Güney Akdeniz Bölgesindeki Geleneksel Su Toplama Teknikleri... 23 6. Anaerobik Kanalizasyon lemleri (B3)...25 6.1 Anaerobik lem Tanımı... 25 6.2 Anaerobik lem Teknolojisi... 26 6.2.1 Anaerobik tortul atık örtü (UASB) reaktörü... 27 Page 2 of 52
6.3 Anaerobik Olan ve Olmayan Yöntemlerin Karılatırılması... 28 7. Atık Su leme için Kurulan Su Havzaları (B4)...29 8. Laım Tortul Atıklarının lenmesi (B5)...33 8.1 Tortul Atıkların Stabilizasyonu... 34 8.2 Tortul Atıkların Kalınlatırılması / Suyunun Atılması... 34 8.3 Su Alma lemi... 35 9. Atık Su Arıtma Tesislerinin letim ve Yönetimi (C1)...35 9.1 Atık Su leme Tesisi (WWTP)... 36 9.1.1 Eleme / Filtreleme... 38 9.1.2 Kum Tanelerinden Arıtma... 38 9.1.3 Sedimantasyon (Tortullama)... 39 9.1.4 Aktif Tortul Atıkları... 40 9.1.5 Anaerobik leme... 41 9.1.6 Lagünler... 41 10. Atık Su Arıtma Tesislerinin letme Maliyetleri (C2)...42 11. Atık Suların Yeniden Kullanımına likin Yönergeler ve Standartlar (D1)...42 11.1 Belirleyici Yönergelere likin Uluslararası Deneyimler... 43 11.2 Belirleyici Yönergelere likin Bölgesel Deneyimler... 44 12. Atık suyun yeniden kullanım teknolojileri (D2)...45 12.1 Temel ileme teknolojilerini gözden geçirme... 46 12.2 Dezenfeksiyon teknikleri... 47 13. Atık Su Yönetiminde ekonomik araçlar(d3)...48 13.1 Akdeniz Bölgesinde su fiyatlandırma örnekleri... 49 14. Referanslar...50 1. Giri Kentsel bölgelerde nüfusun hızla artmasıyla birlikte gelien su kıtlıı, atık suların etkili bir ekilde yönetimi, ilenii ve modern teknolojinin özellikle de modern düüncelerin baz alınarak yeniden kullanılması için yeterli neden oluturmaktadır. Maalesef geçmite, Akdeniz Ülkelerinde laımların ilenii ve yeniden kullanım tesisleri için çok az yatırım yapılmıtır. Suyun teminine ve ileniine atık suların toplanması ve ilenmesinden daha fazla öncelik verilmitir. Ancak artan ihtiyaç, atık suların ileniine daha çok önem Page 3 of 52
verilmesini gerekli kılmaktadır. Gün geçtikçe laım sularının nehirler ve gölleri kirlettiine dair farkındalık artmaktadır. Suyun yeniden kullanılması su içerisindeki besin maddelerinin geri almak, su kaynaklarının deerlendirmek ve böylelikle kullanıcı talebini azaltmakla mümkündür. Atık suyun ekolojik olarak ileniini mümkün kılmak için bir kapalı döngü ileni sistemi arzu edilir. Bu nedenle boru-sonu teknolojili geleneksel dorusal sistemler yerlerini, suyun korunmasını ve mineral maddelerini gelitirecek dairesel ve entegre edilmi ilenie bırakmalıdır. Tüm bu hususlar, sözde sürdürülebilir atık su ileniinde entegre olmutur. Atık suların ileniinin sürdürülebilmesindeki balıca kriterler, ekonomik randımanı ve karılanabilirlii, ekolojik salamlıı ve sosyal olarak kabul edilebilirliidir. 2. Atık Su Karakteristii, Tahlili ve Örneklemesi (A1) Tüm fikirlere ve ileni sistemlerine temel oluturan gerçek, problemin çözümündeki temel olan mevcut atık su karakteristii hakkındaki detaylı bilgidir. 2.1 Evsel Atık Su Kaynakları Atık su, atılmı ya da önceden endüstride veya bir belediyede kullanılmı su için kullanılan terimdir. Ev halkının mutfakta, duta, lavaboda tuvalet ve çamaırhanede su kullanmalarının sonucunda açıa çıkan atık suya evsel atık su denilmektedir (ekil 1 e bakınız). ekil 1: Ev atık suyu kaynakları (Samwel 2005) (Toilet: Tuvalet - Urine: drar - Faeces: Dıkı - Washing: Yıkama - Bathing: Banyo - Kitchen: Mutfak - Grey water: Gri Su - Black water: Siyah su) Evsel atık suyunun sertlii ve bileenleri saat, gün ve mevsimsel etkenlere balı olarak kii baına düen kullanım miktarı, alıkanlıklar, beslenme biçimleri, yaam standartları Page 4 of 52
ve yaam tarzlarına göre deiiklik gösterir. Asıl neden, ev içerisindeki su kullanımın çeitliliidir. Tipik olarak, gelimi ülkelerde kullanılan su miktarı gelimekte olan ülkelere oranla fazladır. Atık su bileenleri tablo 1 de gösterildii gibi farklı ana gruplara ayrılabilir. Çevreye boaltılmaları halinde, su ile ilgili yaamı direkt olarak etkilerler. Fiziksel olarak tanımlanırsa, evsel atık su genellikle gri rengi, küf kokusu, %0.1 oranında katı içerii ile karakterize edilir. Katı madde posa, yiyecek parçacıkları, tuvalet kaıdı, gres, sıvıya, sabun, tuz, metaller, deterjanlar, kum ve çakılların karıımıdır. Bu katı maddeler %30 oranında süspansiyon halinde tutulabilir ve %70 oranında çözünebilir. Çözündürülmü katılar, kimyasal ve biyolojik ilemlerle çökeltilebilir. Fiziksel bakı açısıyla, süspansiyon halinde tutulan katıların alıcı çevreye bırakılmaları, tortul atıkların olumasına ve anaerobik durumlara neden olur. Kimyasal olarak atık su, organik (%70) ve inorganik (%30) bileenlerle birlikte farklı gazları içerir. Organik bileenler öncelikle, kiilerin yeme alıkanlıklarına göre deien, karbonhidratlar (%25), proteinler (%65) ve yalardan (%10) oluur. norganik bileenler ise aır metaller, nitrojen, fosfor, ph, kükürt, klor, alkali, toksik içerikler, vb olabilir. Atık sudan açıa çıkan gazlar genellikle hidrojen sülfür, metan, amonyak, oksijen, karbondioksit ve nitrojendir. lk üç gaz atık sudaki organik maddelerin ayrıması sonucunda oluur. Tablo 1: Evsel atık suda bulunan bileenler Bileenler Ayrıntılar Çevresel Etki Mikroorganizmalar Patojenik bakteri, virüs ve kurtçuk yumurtaları Banyo yaparken ve kabuklu deniz hayvanları yerken risk Bakterilerle ayrıabilen organik materyaller Nehirler ve göllerdeki oksijen tüketimi Balık ölümleri, kokular Dier organik materyaller deterjanlar, böcek zehirleri, katı ya, sıvıya ve gres, renklendiriciler, çözücüler, fenoller, siyanür Toksik etki, estetik bozukluklar, gıda zincirinde biyolojik birikim Gıdalar Nitrojen, fosfor, amonyum Oksijen tüketimi, toksik etki eutrofikasyon, oksijen azlıı, toksik etki Metaller Hg, Pb, Cd, Cr, Cu, Ni Toksik etki, biyolojik birikim Dier inorganik asitler, örnein hidrojen sülfür, Korozyon, Toksik etki materyaller içerikler Termal etkiler Sıcak su Flora ve faunanın yaam koullarında deiiklikler Koku (ve tat) Hidrojen sülfür estetik bozukluklar, toksik etki Page 5 of 52
radyoaktivite Toksik etki, birikim Biyolojik olarak atık su çeitli mikroorganizmalar barındırır ancak bunların arasında en çok kaygılandırıcı olanlar tek hücreliler, bitkiler ve hayvanlar olarak sınıflandırılanlardır. Tek hücreliler sınıfına girenler, bakteriler, mantarlar, tek hücreli hayvanlar ve deniz yosunlarıdır. Bitkiler, ereltiotları, yosunlar, tohumlu bitkiler, kızılyapraklar (koyunotu) içerir. Ayrıca atık sular, genellikle hasta olan yada belirli bir hastalıı taıyıcı durumda olan insanlardan kaynaklanan çeitli patojenik organizmaları da barındırır. Tipik olarak, ilenmemi atık suda bulunan dıkıya ait koliform konsantrasyonu, her bir 100 mililitrelik örnek içerisinde birkaç yüz bin ile onlarca milyon arasında deien miktardadır. Tipik evsel atık su bileimi Tablo 2 de gösterilmitir. Tablo 2. Evsel atık sudaki farklı parametreler (Henze ve Ledin, 2001) Analiz parametreleri Miktar Atık Su Çeitleri Konsantre edilmi Orta dereceli Seyreltilmi Çok seyreltilmi BOD 5 mg O 2 /l 350 250 150 100 COD mg O 2 /l 740 530 320 210 TOC g C/m 3 250 180 110 70 SS g SS/ m 3 450 300 190 120 VSS g VSS/ m 3 320 210 140 80 Alkalilik eqv/ m 3 * 37 37 37 37 letkenlik ms/m ** 120 100 80 70 Total Nitrojen g N/ m 3 80 50 30 20 Total Fosfor g P/ m 3 23 16 10 6 Katı yalar, sıvıya g/ m 3 100 70 40 30 ve gres * 1 eqv/ m 3 = 1 m eqv/l = 50 mg CaCO 3 /l ** ms/m = 10 µs/cm = 1 m mho/m 2.2 Atık Su Parametreleri Atık su genellikle aaıda sınıflandırıldıı gibi farklı parametreler ile tanımlanır: Fiziksel parametreler (Katılık, bulanıklık, renk, sıcaklık, koku) Kimyasal ve biyokimyasal parametreler (Alkalilik, ph, çözünmülük (DO) Biyokimyasal Oksijen Gereklilii (BOD), Kimyasal Oksijen Gereklilii (COD), Toplam Organik Karbon (TOC), Klorür, Nitrojen, Fosfor, Sıvıya ve gres, Gazlar, Sülfür, Kimyasal Analizler, özellikle de çevresel ve daha da sınırlı olan atık su analizleri, oldukça zordur. Bir çok analiz için çeitli analitik yöntemler mevcuttur ve ek olarak atık sular sayısız çeitlilikte bileenler içerir. Ama yinede bunlar olası parametrelerin ufak bir Page 6 of 52
kısmını oluturur. Spesifik bir tür suya veya bölgesel koullara balı olarak dier parametrelerin uygulanması da makul olabilir. Ayrıca, atık suların patojenik potansiyellerini deerlendirirken mikrobiyolojik parametreler de oldukça önemlidir. 3. Hijyen ve Risk Yönetimi (A2) Hijyen, çevresel koulları, örnein fiziksel çevreyi: hava, su ve toprak, biyolojik ekosistemleri: hayvanlar, bitkiler ve son olarak sosyal yapıları kontrol ederek insan salıını koruma bilimi olarak tanımlanabilir. nsan adaptasyonunu ve baııklık sistemini altüst edebilen ve böylelikle hastalıklara neden olan bulaıcı olan ve olmayan olarak ayrılan iki tür çevresel etki vardır (ekil 2'ye bakınız). Bulaıcı hastalıklar, insandan insana bulaan ve hatta bazen hayvandan insana veya insandan hayvana bulaabilen hastalıklardır. Çevresel kirlenme ile balantılı olan dier salık sorunları suyun, yiyeceklerin ve havanın toksik kimyasallarla kirlenmesinin birer sonucudur. Bundan kaynaklanan hastalıklarsa bulaıcı olmayanlar sınıfına girer. 1948 yılında kurulmu olan WHO nın (Dünya Salık Örgütü) tanımladıı ekliyle, Salık: yalnızca hastalık veya herhangi bir eksikliin olmama durumu deil fiziksel, sosyal ve zihinsel olarak bütünüyle iyi olma durumudur ve Hijyen: çevreyi kontrol ederek insan salıını koruma bilimidir. Hijyen, çevresel hijyen, sosyal hijyen, bireysel hijyen, yiyecek hijyeni, mesleki ve evsel hijyen olarak sınıflandırılabilir. Kimyasal Etkiler: Çevresel kirleticiler, yiyecek içerisindeki kirleticiler, ilaçlara ait, toksik olmayan, zararlı maddeler, vb Fiziksel Etkiler: klim, hava, sıcaklık, soukluk, radyasyon, akım, ıık, renk, ses, vb nsan Biyolojik Etkiler: Mikroorganizmalar, bitkiler, hayvanlar ve yiyecekler, vb Ruhsal Etkiler: Yaama ve çalıma koulları, stres, depresyon, vb ekil 2: nsan üzerindeki çevresel etkiler Page 7 of 52
3.1. Atık Su Yönetimi ve Balantılı Hijyenik Risk 3.1.1 Konvansiyonel (Standart) Sıhhiletirme Dıkıya ait atık suların yol açacaı hastalık risklerinden dolayı Avrupa nın büyük ehirlerinde atık suyu insanların yaadıı bölgelerden yakında bulunan su yollarına ve sonunda da denize akıtacak kanalizasyonlar yapılmıtı. Daha sonraları, ilenmemi atık suyun, kanalize edildii suya ait yaamı bozduu ve aynı zamanda aynı suyu herhangi bir ekilde içme suyu olarak kullanan insanların salıını bozduu anlaılmıtı. Bu nedenle, nehirleri olduu kadar insanların da salıını su kaynaklı hastalıklardan korumak amacılıyla atık su, kanalizasyon sonunda nehre akıtılmadan önce bir ileme tabi tutulmaktadır. Bu yöntem atık suyun yönetilmesi konusunda dünya çapında bir standart oluturmutur. Ancak halen gelimekte olan ülkelerin birçounda atık su hiç bir ileme tabi tutulmadan boaltılmaktadır. Merkezilemi atık su yönetim sistemleri yüzyıldan daha uzun bir zamandır kurulmakta ve iletilmektedir. Bu süre içerisinde teknolojik gelimeler olmu ve atık su yönetimi sanayilemi birçok ülkede yüksek bir standarda ulamıtır. Ancak, gelimekte olan ülkelerdeki mevcut durum, u anda gelimi olan ülkelerin 19. yüzyıldaki durumundan farksızdır. Gelimekte olan bu ülkelerde atık suyun yaklaık %95 i hala hiçbir ileme tabi tutulmaksızın suya ait yaama bırakılmaktadır. Bu yaklaık 1.2 milyar insanın temiz içme suyuna ulamasını imkansız kılmaktadır. Dünya çapındaki hastalıkların hemen hemen %80 i su kaynaklıdır. Su kaynaklı hastalıklar, gelimekte olan ülkelerde yılda yaklaık 4 milyon bebek ve çocuun ölümüyle sonuçlanmaktadır. Konvansiyonel sıhhiletirme sistemlerinde yüksek miktarda temiz su iletim aracı ve bir küvet, atıkları atmak amacıyla kullanılmaktadır (ekil 3 e bakınız). Bu ilemde yüksek miktarda temiz suya çok düük oranda insan dıkısı karımaktadır ve bu nedenle, bileenlerin yüzeye ve yeraltı su kaynaklarına salınmasını engellemek hemen hemen imkansızdır. Sonuç olarak büyük miktarda temiz su kirlenmekte ve dier amaçlarda kullanım için uygunsuz sayılmaktadır. Ek olarak, atık suların karıtıı suların kirlenmesi ve hijyenik problemler nedeniyle, yüzeydeki su asla içme suyu kaynaı olarak kullanılamaz. Bu tür yüzey sularının içme suyu olarak kalitesini arttırabilmek için devasa yatırımlar gerekmektedir. Konvansiyonel sıhhiletirme sistemlerinde, gübre olan ve dolayısıyla topraı iyiletiren besin maddeleri ve organik maddelerin geri kazanılmasında belirgin eksiklikler görülmektedir. Page 8 of 52
ekil 3: Konvansiyonel sıhhiletirme sistemleri (kaynak: Otterwasser GmbH) (Fossil Phosphorus: Taıllamı Fosfor - Nitrogen from Air: Havadan nitrojen - high energy demand: Yüksek enerji gereklilii - Fertilizer Factory: Gübre fabrikası - Food: Gıda, besin - Health risk: Salık riski - Solid Waste: Katı atık - High water demad: Yüksek miktarda su gereklilii - Max. %30 of nutrients: Besin maddelerinin maks. %30 u - Waste Water: Atık Su - Excess Sludge: Tortul atık fazlası - Incineration: Yakma - Landfill: Arazi doldurma - Accumulation of Phosphorus and nitrogen in surface and groundwater: Fosfor ve nitrojenin yeraltı suları ve yüzeyde toplanması) Ayrıca oyuk tuvaletler, septik tanklar ve benzeri daıtılmı sıhhiletirme sistemleri kirlilie neden olmaktadır. Örnein, bu sistemlerden sızan besin maddeleri ve patojenik mikroplar yeraltı sularını ve civardaki yüzey sularını kirletmektedir - bu sistemler patojen mikropları yok edemezler. Page 9 of 52
3.1.2 Ekolojik sıhhiletirme nsan dıkısındaki patojen mikropların hemen hepsi hastalıklara neden olma potansiyelindedir. Bu nedenle dıkının eve ait atık suyun kaynaında kontrol edilmesi, bu suların orada uzun süre kalıp insan salıını uzun vadede etkileyecei su kaynaklarına ulamasını engellemektedir. En salıklı yöntem, dıkının seyreltilmesine engel olacak kaynakta tutulmasıdır. Bakterilerden ayrıtırılabilen bu katı fraksiyonlar biyolojik ileme tabi tutulabilir. Organik madde aerobik koullarda bileenlerine ayrıldıında mevcut potansiyel nedeniyle ısınır. Bu kendiliinden oluan ısı, patojen mikropları öldürür ve maddenin kendiliinden hijyen olmasına neden olur (kompostolama). Ayrılmı dıkı atıklarının sıhhiletirilmesinde kullanılan ikinci bir yöntem dehidrasyondur (suyunu giderme/alma). Dehidrasyona dayanan ileni yöntemleri patojen mikropların etkili bir oranda azalmasına neden olur; bunun nedeni, %25 altındaki nem niteliinin hızlı biçimde patojenleri yok etmesidir. drarla balantılı hijyen riskleri, dıkınınki ile kıyaslandıında oldukça düüktür. Dıkı karımı olabileceinden idrar biriktirme tanklarında biriken idrarın ilenmesi ve yeniden kullanılması hayati risklerle sonuçlanabilir. Pratikte, hiçbir sıhhiletirme yönteminde patojenlerin tamamen elimine edilebilmesi mümkün olmayabilir. Bu nedenle de patojenleri tamamıyla yok edebilmek için kiisel, yiyecek ve evsel hijyen gibi ikincil bir bariyere ihtiyaç vardır. Sonuç olarak, hijyenik farkındalık ve konuya ilikin özel bir eitim hayati meselelerdir. 3.1.3 Sürdürülebilir Sıhhiletirme Her ne kadar terimler yeterince açıklayıcı olmayıp farklı anlamlara neden olabilecekse de, bu bölümde sürdürülebilir sıhhiletirme açıklanmaya çalıılmıtır. Sürdürülebilir sıhhiletirme ek hususlar içerir (Ayrıca ekil 4 e bakınız): Su ve besin maddesi döngüsünü ayırmak ve kapatmak, su döngüsünden ayrılan dıkıların neden olacaı hijyen problemlerinden kaçınabilmek Besin maddelerinin (fosfor ve nitrojen) zirai kullanım amacıyla geri alınması ve böylece enerji ve kaynak tasarrufu (yapay gübrenin üretimi için) Sudan tasarruf eden tuvalet sistemleri (vakum, ayırma veya kuru tuvaletler) aracılııyla önemli oranda temiz su tasarrufu Enerji tüketimi yerine enerji üretimi (biyo-gaz) (laım suyu bitkilerinde karbon ayrıımı için) Page 10 of 52
Konvansiyonel merkezi kanalizasyon sistemlerine kıyasla yapım, iletim ve bakım maliyetinde tasarruf Lokal, sosyal, ekonomik ve çevresel koullara tam olarak adapte olabilen sofistike bir modüler sistem Merkezi teknoloji ile kıyaslandıında daha kolay iletim ve bakım; yerel i yaratma ekil 4: Sürdürülebilir Sıhhiletirme Sistemi (kaynak: Otterwasser GmbH) (Soil:Toprak - Food: Gıda - Potassium: Potasyum - Phosphorus: Fosfor - Nitrogen:Nitrojen - Carbon: Karbon - Energy supply: Enerji temini - Blackwater:Siyah su - Biodegradable waste: Bakterilerle ayrıabilen atık - Non-biodegradable waste: Bakterilerle ayrıamayan atık - Biogas plant: Biyo-enerji tesisi - Biological teatment: Biyolojik lem - Recycling:Geri dönüüm - nfiltration: Filtreleme - Greywater: Gri su Storm water: Saanak suyu - Improvement of humus layer: Humuslu zeminin iyiletirilmesi - Drinking water: çme suyu - Low water consumption: Düük miktarda su tüketimi - No accumulation of Phosphorus, nitrogen, and carbon compounds: Fosfor, Nitrogen ve karbon bileimleri birikimi olmuyor) Page 11 of 52
3.4 Yönergeler Yoluyla Risk Yönetimi Atık suyun ilenmesi ve yeniden kullanımına ilikin yönergeler ve öneriler riskleri minimize etmek için kullanılabilecek birer araçtır. Günümüzde, sterilize edilmi dıkı maddesinin uygulama sonrasında kapatılmasının yanı sıra meyve aaçları dıındaki sebzeler, meyveler ve çi tüketilen ürünlerin köklerine gübre olarak kullanılmaması önerilmektedir. Ekolojik sıhhiletirilmede dıkının ve idrarın yeniden kullanımı ve güvenilir biçimde ilenebilmesi için WHO (Dünya Salık Örgütü) belirli yönergeler gelitirilmektedir ve bu yönergeleri 2006 yılında piyasaya çıkaracaktır. Dıkıya ait koliformların ve baırsak mematot yumurtalarının patojen göstergesi olarak ve sınırlı lavaj için gösterge ya da kısıtlayıcı parametre olarak kullanıldıı, atık suyun yeniden kullanımına ilikin WHO (Dünya Salık Örgütü) tarafından hazırlanmı mevcut yönergeler u anda revizyon altındadır. 4. Kaynak Yönetiminin Sıhhiletirilmesi (B1) nsan dıkısı, bitkiler için oldukça besleyici gıdalar ve organik maddeler içerir ve gübreye dönütürülüp toprak düzenleyicisi olarak kullanılabilir. Bu nedenle, insan dıkısının yeniden kullanılması, çevre kirliliine neden olan, fosil kaynaklarının çok sınırlı kısmını kullanan ve ancak youn enerji kullanımı ile açıa çıkan kimyasal gübrenin üretimini azaltır. Ek olarak, insan dıkısı kanalizasyona salıverilmedii için yüzey suyunun kirlenmesi de engellenmi olur. Yüksek sulandırma nedeniyle, konvansiyonel sıhhiletirme sistemlerinde büyük miktarda besin maddesinin kullanılır duruma getirilmesi oldukça zordur. Gelimekte olan ülkeler için oldukça maliyetli olup karılanması hemen hemen imkansız olan modern atık su ileme tesislerinde bile besinler su kaynaklarına salıverilir ve bu eutrofikasyona neden olur. Ayrıca dıkılarda bulunan patojenler suya ait yaama karııp insan salıını tehdit edebilir. Evde kullanılan suyun kaynak kontrolü sayesinde yüksek miktarda besin maddesinin yeniden açıa çıkartılması mümkündür. Kaynak yönetiminin Sıhhiletirilmesinin uygulanması ile insan dıkısının sulandırılmamı yada az sulandırılmı formda tutulması ve böylelikle etkili sıhhiletirmenin yanı sıra yüksek düzeyde besinin açıa çıkarılması da mümkün kılınmı olur. Kaynak yönetiminin sıhhiletirilmesinde kaynak kontrolü için uygulanan sistemler kompostolama/suyunu giderme tuvaletleri, ayıran yada karıtırmayan vakumlu tuvaletler. Page 12 of 52
4.1. Evsel Suda Materyal Akıı Farklı atık su akıntıları evsel (evde kullanılmı) atık suyu oluturur (ekil 1 e bakınız). Tuvaletlerden açıa çıkan atık suya siyah su denir ve daha sonra sarı su (idrar veya sifon tankından gelen su ile karımı idrar) ve kahverengi su (idrarsız tuvalet atık suyu) olarak ayrılır. Ek olarak, gri su evsel suyun mutfaktan, dutan, lavabo ve çamaırhaneden açıa çıkan kısmını oluturur. Tablo 3: Evsel atık su akıntılarının tipik karakteristikleri (Derlemenin yapıldıı kaynaklar: Geigy, Wissenschaftliche Tabellen, Basel 1981, Vol.1, Larsen ve Gujer, 1996 ve Fittschen ve Hahn, 1998) (Volume: Hacim - Flush water can be saved 6.000-25.000: Sifon suyundan 6.000-25.000 kg tasarruf edilebilir - Greywater: Gri su - Flushwater: Sifon suyu - Yearly Loads: Yıllık Miktarlar - Urine: drar - Faeces: Dıkı Treatment: lem - Reuse/Water cycle: Yeniden kullanma/su döngüsü - Fertilizer: Gübre - Biogas-plant composting: Biyo-enerji tesislerinden açıa çıkan gübre(komposto), Soil conditioner: Toprak düzenleyici) Patojenler nedeniyle kahverengi su yüksek oranda salık tehdidi oluturur. Ancak bu oran evsel atık suda oldukça düüktür (her bir kii yılda yalnızca yaklaık 50 litre Page 13 of 52
boaltır). Konvansiyonel sistemlerde bu düük miktar, daha yüksek oranda olan sarı su (dıkının yaklaık 10 katı) ve gri su ile karıır. Gri suyun akı younluu alıkanlıklara göre deiiklik gösterir. Bu nedenle gri su younluu için belirtilen rakam kii baına yılda 25,000 100,000 arasıdır. Tablo 3 te açıkça görülebilecei gibi konvansiyonel sıhhiletirme sistemlerinde evsel atık su akıntılarının tipik karakteristikleri gösteriyor ki en fazla besini, kanalizasyona boaltılan sarı su ve kahverengi su içermektedir. Genellikle de gübre olarak kullanılmak yerine (az da olsa tortul atıklarda bulunan bazı besinlerin yeniden kullanılan kısmı hariç) bu besinler ziyan edilmektedir. 4.2 Gübre olarak sarı su Sınıflandıran tuvaletler sayesinde sarı su ayrı olarak toplanabilir. Atık su akıntılarının içerisinde en çok besini barındıran sarı sudur (Tablo 3). Genellikle bu besinler, bitkiler tarafından emilip gübre olarak kullanılabilecek formdadır. Yararlı bir ekilde idrar, çok düük miktarda aır metal ve patojenler içerir. Ancak aır metal konsantrasyonları birçok kimyasal gübreye oranla oldukça düüktür. Konvansiyonel atık su ileme sistemlerinde, sarı su bitki besini olarak kullanılabilecekken, israf edilmektedir. Belediyeye ait modern atık su tesislerinde oldukça masraflı olan nitratlatırma ve nitratsızlatırma yöntemleri kullanılarak (çou sarı sudan kaynaklanan) nitrojen bileenleri ayrıtırılmaktadır. 4.3 Toprak düzenleyici olarak kahverengi su Topraın insan kaynaklı nedenlerle bozulması günümüzde çok ciddi boyuttadır. Topraın niteliklerini yitirmesinin en büyük nedenleri: erozyon, verimliliin azalması, topraa aırı yüklenme ve suni gübre kullanımıdır. Suni gübre, toprak aınmasına engel olacak organik maddeyi içermediinden, evsel atık su olarak kahverengi suyun, bol miktarda organik katılar içerdiinden, ilenip yeniden kullanılması toprak azalmasını önlemede önemli bir tedbirdir. Sarı su gibi kahverengi suyun da ayrı yerde toplanması mümkündür. 4.4 Daıtılmı Konvansiyonel Sıhhiletirme Sistemleri Daıtılmı sistemlerde her bir evden gelen atık su bir arada biriktirilir, ilenir ve düzenlenip kaynaında yada kaynaına yakın bir yerde yeniden kullanılır. Bu sistemin merkezi sistemlere göre üstünlükleri: Page 14 of 52
Merkezi ileme sistemlerinde olduu gibi genellikle kaynaından uzak yerlerde olan laım suyunun akıtılması için kanalizasyon sistemlerine ihtiyaç yoktur. Ayrıca sıhhiletirme sistemi olarak kullanılan bu kanalizasyonların yapım, bakım, onarım ve iletimleri oldukça maliyetlidir. ; Merkezi sistemlere oranla seyreltme özellii oldukça düüktür ve bu da atık suyun ve içerisinde bulunan besin maddelerinin yeniden kullanılmasını mümkün kılar. Dünyada geni çapta kullanılan daıtılmı atık su tesisleri vardır. Fakat bu sistemlerin tümü kirlilie neden olur. Bu sistemlerden sızan besin maddeleri ve patojenler, yeraltı sularını ve yüzey suyunu kirletir, insan dıkısındaki patojenleri yok edip tarımda kullanılabilecek toprak düzenleyicileri ve mineralleri ayıramaz. 4.5 Kaynak Yönetiminin Sıhhiletirilmesi Tüm konvansiyonel atık su iletim sistemleri, tarımsal nitelikten yoksun olup sistem, dizaynı yok etme özelliine dayandıından besin maddelerini kullanılır hale getiremez. Gelecek için tasarlanan sıhhiletirme sistemleri, imha etmek yerine tarımda kullanılabilecek gübre ve toprak düzenleyici haline getirmeyi hedeflemelidir (Otterpohl, 1999). nsan dıkısında bulunan besin maddeleri ve organik maddeler toprakta bulunan organizmalar için ekolojik olarak salıklı besin ve sonuç olarak da insana faydalı besinler üreten toprak için bir vazgeçilmezdir. Tek bir kii yine bir kiiye yetecek miktardaki yiyecek için gübre üretebilir (Niemcynowicz, 1997). Bu nedenle yeni yaklaım, biz insanların ürettikleri atıkları düük maliyetle, patojenlerden arınmı, suya ait yaamı kirletmeyecek nitelie getirilmi olarak yeniden kullanılır kılmak olmalıdır. ekil 4, bir besin döngüsü sonucu, temiz suyun korunmasına ilikin olası bir örnekleme sunmaktadır. Bu senaryo, kaynak yönetiminin sıhhiletirilme uygulamaları ile ekolojik prensibe dayalı olarak elde edilebilir. Konvansiyonel sıhhiletirme ile kıyaslandıında kaynak yönetiminin sıhhiletirilmesinin sayısız avantajları vardır (Werner ve çalıma arkadaları, 2002; Otterpohl, 2001; Esrey ve çalıma arkadaları, 1998). Bunların en önemlileri: nsan dıkısının gübre ve toprak düzenleyici olarak yeniden kullanılması; bununla beraber su ve enerji tasarrufu Temiz suyun kirlilikten korunması ve daha az su tüketimi Modüler, daıtılmı kısmen akıkan sistemleri tercih Yere, çevreye ve insanların ekonomik koullarına uygun dizayn Page 15 of 52
Hijyenik oluu Toprak verimliliini koruması Gıda güvenlii salaması Düük maliyet (ekolojik, ekonomik ve salık maliyeti) Güvenilir olması Sınıflandıran tuvaletler, idrar ve dıkıyı kaynaında ayırmak için uygun bir teknolojidir (ekil 5). Genellikle, öndeki idrar ve arkasındaki de dıkı için olmak üzere tuvaletin 2 ayrı kasesi bulunur ve her bir kasenin içinde bulunan atıı kanalize ettii bir çıkıı vardır. Çekildiinde idrar kasesine giden sifon suyu az miktardadır (her bir kullanımda sadece 0.2 lt) yada hiçtir. Kullanıcı ayaa kalktıında, drarın gittii boru mekanik bir cihaz ile kapanır. Ancak dıkı için kullanılacak su miktarı istee göre ayarlanabilir (her bir kullanım için 4-6 lt). Ancak mevcut sistemde atıkları ayrı yerde biriktirme sadece kiiler idrar yapmak için oturur pozisyonda iken randımanlı çalımaktadır. Feaces Urin ekil 5: Sınıflandıran Tuvalet (Kaynak: Roediger) ekil 6: Vakumlu Tuvalet (Kaynak: Roediger) ekil 6 da gösterildii gibi vakumlu tuvaletler yıllarca uçaklarda ve gemilerde kullanılmıtır ve günümüzde su tasarrufu salamak amacıyla tren ve apartmanlarda artan biçimde kullanılmaktadır. Her kullanımda 1 lt su harcar ve yerçekiminden baımsızdır. Siyah su, yerçekimi ve su yerine hava ve basınç diferansiyeli ile (vakum) biyo-enerji tesislerine nakledilir. Su, dıkıyı iletmek deil yalnızca kaseyi temizlemek amacıyla kullanılır. Ses, vakumlu tuvaletlerin en büyük sorunudur ancak modern üniteler sifonlu tuvaletlerden daha sesli deildir ve ses kısa sürer.. Page 16 of 52
ekil 7: drarı ayıran çift kanallı tuvalet (Kaynak: Esrey ve çalıma arkadaları, 1998) Kompostolama / susuz bırakma tuvalleri sifonu her çekite sadece tuvaleti temizlemek için 0.2 litre suya ihtiyaç duyar (ekil 7). Sifon suyunu az kullanan bu tür tuvaletler sudan tasarruf etmekle kalmaz aynı zamanda, az seyreltilmi yada kuru dıkı açıa çıkardıından, konvansiyonel sistemlerden açıa çıkanlar gibi seyreltik olmayan dıkıya oranla bunu ilemek ve kullanılır hale getirmek oldukça kolaydır. ubat 2000 tarihinde, Water Supply and Sanitation Collaborative Council WSSCC (Su Temin ve Sıhhiletirme Dayanıma Konseyi) tarafından "Bellagio Statement (temiz, salıklı ve üretken yaam: çevresel sıhhiletirmeye yeni bir yaklaım) olarak adlandırılan bir uzman konsültasyonu düzenlenmitir. Bu, Kaynak Yönetiminin Sıhhiletirilmesinin felsefesi ve temeline yönelik aydınlatıcı bilgi sunmutur. Sıhhiletirmedeki söz konusu hedefler kaynak kontrolü ile elde edilebilir! Evsel suyun farklı kanallar aracılııyla ayrıtırılması dıkıdaki patojenlerin çevreye yayılmasını önler, sarı suda bulunan besin maddelerini yarar hale getirir, gri suyun dıkıya ait patojenler ve endüstri kaynaklı atık suda bulunan zararlı maddeler ile daha fazla kirlenmemesini salayıp yeniden kullanım için uygun duruma getirilmesini mümkün kılar ve hatta yeraltı sularını yeniden dolduracak kalitede su açıa çıkarılmasını salar. Kaynak kontrolü meselesinin bazı ön koulları vardır: Sarı, kahverengi ve gri su için ayrı borular, bu suların karımaması için karıtırmayan tuvaletler ve tuvalet sifonlarında düük miktarda su kullanımı. Genellikle kaynak ayrımı için farklı opsiyonlar vardır. Basit bir emayla, gri suyun siyah sudan ayrılması evlerde iki ayrı boru sistemi (birisi gri dieriyse siyah su için olmak üzere) ile salanabilir. Atık siyah suda mevcut katı maddeleri ileyip sıhhiletirmek için, Page 17 of 52
düük hacimli tuvalet sifonları tercih edilir. Bazı sıhhiletirme tekniklerinde (susuz bırakma, kompostolama) siyah suda bulunan katı maddeler sıvı halden çıkarılmalıdır. Siyah suyun tamamının sıhhiletirilmesinin olası bir yöntemi anaerobik sindirimdir. Bu teknik ile biyo-enerji bile üretilebilir. kinci opsiyon, evsel atık suyu (gri, sarı ve kahverengi suyu) 3 ayrı kaynaktan ayrı ayrı toplamaktır. Bu opsiyon, evde 3 baımsız tip boru gerektirir. Bu tür bir projede, mükemmel gübre olan sarı su arı bir biçimde biriktirilir. 4.6 Kahverengi ve Siyah Su leme Sistemleri Kahverengi ve siyah suyu ileme sistemi olarak kuru ve ıslak olarak tanımlanan ki tür sistem vardır. Kuru sistemlerde su kullanılmaz ancak ıslak sistemlerde az miktarda, yalnızca dıkıyı dıkı merkezine yakın yere kurulmu ileme tesisine iletmek amacıyla sifon suyu kullanılır. Sulandırılmamı veya az sulandırılmı dıkı maddeleri tarımda yeniden kullanılmadan önce sterilize edilmelidir. Bu kompostolama, susuz bırakma, vermicomposting (solucan teknikli kompostolama) ve anaerobik fermantasyon/sindirim ile yapılabilir. Bu yönteme dayalı olarak aaıdaki sıhhiletirme sistemleri uygulamaya konulmutur: - Kompostolama ve susuz bırakma sistemleri - Katı sıvı ayırma sistemleri - Rottebehaelter sistemleri 4.7 Gri Su leme Sistemleri Organik kirlenmeyi gidermek için biyolojik olarak ileme yöntemleri gerekmektedir. En çok su havzaları, Sequence Bach Reaktörleri (SBR), membran biyo-reaktörleri, biyolojik havalandırmalı filtrelerde kullanılır. ayet ilem sonrasında açıa çıkan su yeniden kullanılacaksa, aktif biyolojik birikimi yerinde tutmak ve katı maddelerin açıa çıkan sıvıya karımamasını salamak için bu biyolojik ilemi fiziksel bir ilem izlemelidir. Membran biyo-reaktörlerle ilem (MBR) büyük olasılıkla gelecein seçenei olacaktır (özellikle de yeniden kullanım amaçlanıyorsa). Gri suyu ilemek için kullanılan fiziksel yöntemler kum filtresi, ultra-filtreleme, mikrofiltreleme ve ters osmozdur. Küçük ölçekli deney sonuçları göstermitir ki SBR ve kum filtresi ile ileme tabi tutulan gri su, yeraltı sularını yeniden dolduracak kalitede su açıa çıkarmıtır. (Jiayi ve çalıma arkadaları, 2001). Page 18 of 52
4.8 Sarı Su leme Sistemleri drar, nispeten steril olup herhangi bir ileme tabi tutulmadan yeniden kullanılabilir (Wolgast, 1993). Ancak sarı suda dıkısal kirlenmeden dolayı düük bir konsantrasyonda patojenler bulunmutur. ayet tarım alanında gübre olarak kullanmadan 6 ay kadar önce bir yerde muhafaza edilir ise hijyen olmama riski azaltılmı olur. (Jönsson ve çalıma arkadaları, 1999; Hellström ve Johansson, 1999). Son zamanlarda toplanan sarı suyun ilenii ve younluk redüksiyonu için birçok çalımalar yapılmıtır. 5. Yamur Suyu Toplama (B2) Yamur suyunun yeryüzünde biriken kısmının yönetimi su ve atık su yönetiminin önemli bir kısmını oluturur. Tamayı ve erozyonu önlemek ve doal hidrolik su döngüsünü yenilemek için kullanılan farklı yöntemler vardır. Yamur suyunun toplandıı, nakledildii ve suyoluna boaltıldıı yöntemlerden farklı olarak, yamur suyunun filtre edilip biriktirilmesi, su temininde önemli bir gelimedir. 5.1 Genel Hususlar Takın suyunu yönetim teknikleri, amaçlanan hedeflere göre özel olarak dizayn edilmelidir. Genel olarak yamur suyu yönetiminde aaıda belirtilen ölçütler kullanılmaktadır (Ferguson, 1998): Yamur suyunu kullanma / yamur suyunu toplama Yamur suyunu filtre etme Nakil Alıkoyma / tutma Yamur suyu nitelik bakımından corafik konuma ve yaı zamanına balı olarak önemli deiiklikler gösterir. Yamur suyu yaı süresi ve younluuna veya toplam miktarına göre karakterize edilir. Saanak sularının deerlendirilecei bir tesis oluturulurken yamurun düü tahmini göz önünde bulundurulur. Dizayn seçilirken riskler ve maliyetler dengelenmelidir. Geni çaplı ve ama seyrek saanaklar düünülerek dizayn edilen bir tesisin yetersizliine ilikin riskler azaltılmı olurken inaat maliyeti arttırılmı olacaından tesis ekonomik açıdan uygunsuz olacaktır. Drenaj alanı yada boaltma havzası, yamur suyu birikintisinin oluacaı tahmin edilen bölgeye suyu akıtan alandır. Herhangi bir yamur suyu birikintisi modeli drenaj alanını Page 19 of 52
tespit etmenizi ve boyutunu, toprak cinsini ve dier koulları belirlemenizi ön koar. Bir drenaj alanı harita üzerinde sınırları belirlenerek açıklanır. Fazlalıın yol alma süresi saanak akı oranını önemli oranda etkileyen, boaltma havzasının önemli karakteristiklerinden biridir. ayet belli bir younluktaki yamur suyu, drenaj alanını çabuk boaltırsa, çıkıtaki akı hızının zirve noktası oldukça yüksek demektir. Birikim süresi yol alma süresinin özel durumuna balıdır. Bir yamur suyu yönetim tesisi dizayn edilmeden önce, her bir yaıın hacim oranıyla hesaplanan saanak fazlalıı tespit edilmelidir. Yamur suyu yönetim tesisine ulaan yamur suyu fazlalıının gerçek younluu birkaç faktöre balıdır. Bunlar saanak younluu, tutma havzasının büyüklüü, havzanın genileme derecesi (geçirimsiz yüzeyin miktarı) ve toprak yüzeyidir. Bu, genellikle yüzeydeki akıntıdan ve çökelmeye karı ani tepkilerden kaynaklandıı için direkt akıntı olarak adlandırılır. Bir akıntı ölçme istasyonu, akıntının mevcut durumunu mahallinden dolaysız ve gerçek bir biçimde gözlemleyebilme imkanı sunar. 5.2 Su Dengesi Su dengesi, saanak akı tahmininde olduu gibi, akıntının younluunu ve oranını oluturur. Saanak akı ve su denge tahminleri deerlendirme ve dizayn için birbirlerini bütünler. Saanak sırasında su fazlalıını kontrol edebilmek, bundan yararlanmak ve gerekli önlemleri alabilmek için saanak fazlalıını tahmin etmek arttır. ekil 8: Su dengesi kavramı (Kaynak: Ferguson, 1998) (Root Zone: Kök Bölgesi - Deeper Subsurface:Derinlerdeki alt yüzey - Evapotranspiration: Buharlama - Precipitation: Yaıla çökelme - Soil Moisture:Toprak nemi - Direct runoff: Direk kayıp - Groundwater:Yeraltı suları - Base flow:tabandan sızıntı) Su dengesi tahminleri alanın kullanımı ve yerel ekosistemdeki saanak kontrol etkilerini belirler. Su dengesinin temelinde varolan prensip younluk deiim kavramıdır. çeriye Page 20 of 52