Gri suların serbest yüzey akışlı yapay sulak alan sistemlerinde arıtım performansının değerlendirilmesi

Abstract

Doğal kaynaklar sınırlı olmakla birlikte su, canlıların yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmeleri adına vazgeçilmez bir kaynaktır. Hızlı nüfus artışı ve sanayileşmenin yükselişiyle birlikte su kullanımının yoğunlaşması, küresel su kıtlığı kavramının başlıca sebebi olarak öne çıkmaktadır. Su kullanımının yoğunlaşması suya olan talebin ve su kaynakları üzerindeki baskının artmasına sebep olurken, mevcut su kıtlığının gelecek yıllarda "su krizine" dönüşmesine de sebebiyet verecektir. Dünyanın azımsanmayacak bir bölümünün şu an bile temiz içme suyuna erişimi olmadığı bilinmektedir. Bir önlem alınmadığı takdirde, zaman geçtikçe bu sorunun daha da kritik bir seviyeye ulaşması kaçınılmazdır. Bu sorunun önüne geçebilmek için sürdürülebilirlik ve döngüsel ekonomi kavramlarının su kaynakları yönetimine entegre edilmesi gerekmektedir. Atık suların yeniden kullanımı bu entegrasyonun önemli bir adımıdır. Atık suların yeniden kullanımı kapsamında da öncelikle, evsel nitelikli atık suların büyük bir bölümünü oluşturan ve az kirlilik yüküne sahip gri suların yeniden kullanımı üzerinde çalışmak makul bir çözüm önerisi olmaktadır. Bu bağlamda, gri suyun yeniden kullanımı, atık suyun önemli bir bölümünü değerli bir su kaynağına dönüştürerek, sürdürülebilirlik çerçevesinde önemli bir rol oynayacaktır. Bu bağlamda, yüksek arıtma performansı gerektirmeyen ve değeri bilinmeyen gri su, tez çalışması kapsamında irdelenmiştir. Gri su, kirlilik oranı zayıf bir atıksu olsa dahi yeniden kullanımı için ülkemizdeki mevzuatlar çerçevesinde arıtılması, içeriğinde bulunan patojenler ve hastalık yapabilecek diğer kirleticilerin giderilmesi gerekmektedir. Bu arıtmadan sonra gri su yeniden kullanım açısından yüksek bir potansiyele sahiptir. Gri suyun yeniden kullanımı, su kaynaklarının korunmasının yanında atıksu arıtma tesisine gelen hidrolik yükün azaltılması, su temini ve atıksu arıtma kaynaklı ekonomik külfetin azaltılması gibi faydalara da sahiptir. Yapılan tez çalışması ile yeniden kullanımı ihmal edilen kaynak olarak öne çıkan gri suyun doğal arıtma sistemlerinde arıtımı sağlanarak kritik bir sorun haline gelecek olan su kıtlığına bir çözüm önerisi getirilmek istenmiş ve Türkiye için gri su yönetimi ile ilgili doğal arıtım metodolojisi oluşturarak, bu anlamdaki boşluğu doldurmak amaçlanmıştır. Türkiye çevre politikalarına katkı sağlama amacı ile de çalışmaya özgün bir değer katmak hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda; gri suların laboratuvar çalışmaları ile karakterizasyonunun belirlenmesinin ardından, gri su ile beslenen laboratuvar ölçekli serbest yüzey akışlı yapay sulak alan reaktörünün arıtma performansı değerlendirilmiştir. 2015 yılında TÜBİTAK tarafından yayınlanan fizibilite raporuna dayanak olan Taksim'de yer alan büyük ölçekli bir otelden gri su numuneleri alınmıştır. Tez çalışmaları kapsamında elde edilen karakterizasyon sonuçları rapor değerleri ile karşılaştırılmış olup, büyük bir farklılık görülmemiştir. Pandemi koşulları nedeniyle otelin tam kapasite ile çalışmaması sonucu azot ve fosfor xviii gibi besin maddelerinin konsantrasyonları raporda yer alan değerlerden düşük çıkmıştır. Buna karşın daha az su tüketimi neticesinde KOİ gibi değerler için ortalamadan yüksek değerler elde edilmiştir. Çalışmalar neticesinde, organik maddelerin giderimi konusunda tatminkâr sonuçlar elde edilmiş, ancak azot giderimi konusunda istenilen arıtım performansı sağlanamamıştır. Serbest yüzey akışlı sulak alan sistemleri için en önemli giderim mekanizmaları adsorpsiyon, sorpsiyon ve filtrasyondur. Bunlara ek olarak, hasat zamanına dikkat edildiği takdirde, besin maddelerinin bitki bünyesine alımı da giderim mekanizması olarak ortaya çıkabilmektedir. Hasat zamanı gelen bitkinin sistemde tutulması ise bünyesindeki besin maddelerinin sisteme geri salınmasına neden olacağından bu durumun giderim olarak sayılamayacağı düşüncesi de çalışmalarda belirtilmiştir. Çalışmada kullanılan sistem özelinde bakıldığında, 30 günlük işletme sonunda KOİ ve TOK parametreleri için yaklaşık %90 oranında, toplam fosfor için yaklaşık %85 oranında, organik azot için yaklaşık %65 oranında, toplam azot için de %10 oranında bir giderim gözlemlenmiştir. Toplam fosfor giderimine bakıldığında, literatürdeki çalışmalara oranla yüksek bir giderim verimi elde edilmiş olsa da, sistemin işletme süresinin arttırılmasıyla bu oranın düşmesi beklenmektedir. Serbest yüzey akışlı sulak alan sistemlerinde biyolojik fosfor giderimi olmadığı için fosfor, sediment üzerinde adsorpsiyon ve bitki bünyesine alım ile giderilmektedir. Sistem başlangıcında adsorpsiyon ve bitki bünyesine alımın çok olması beklenirken, zaman içerisinde sisteme geri salınımın meydana gelmesi kaçınılmazdır. 30 günlük işletme boyunca kullanılan bitkinin hasat zamanı gelmediği ve sedimentin adsorplama kapasitesi tamamlanmadığı için giderim veriminde düşüş gözlemlenmemiştir. Giriş atık suyundaki düşük fosfor konsantrasyonu da bu durumun başka bir sebebidir. Toplam azot giderimine bakıldığında ise, literatürdeki çalışmalara oranla düşük bir giderim verimi elde edildiği söylenebilir. Azot gideriminin sağlanabilmesi için nitrifikasyon ve denitrifikasyon proseslerinin gerçekleşmesi gerekmektedir. Amonyak azotu giderimine bakılarak nitrifikasyon adımının gerçekleştiği, toplam azot giderimine bakılarak da denitrifikasyon adımının gerçekleşmediği yorumunu yapmak mümkündür. Sistemin sürekli olarak beslenmesi, açık bir sistem olması ve giriş gri suyunun zayıf karakterli olması sistem içerisindeki oksijenin tamamen tüketilmemesine ve bunun sonucunda denitrifikasyon için gerekli olan anoksik/anaerobik koşulların meydana gelmemesine neden olmaktadır. Azot ve fosfor gibi besin maddelerinin giderimi konusunda serbest yüzey akışlı sulak alanlar etkin olmasa da yüzeyaltı akışlı sulak alanlar ile hibrit işletilmesinin sonuçları literatürden araştırılmış ve gelecek çalışmalarda bu konunun üzerinde durulması ile su sorununa daha da uygun bir çözüm bulunacağı kanısına varılmıştır. Genel olarak, çalışmada kullanılan gri suyun azot ve fosfor değerleri düşük olduğu için yetersiz görülen arıtım performansı da atık suların yeniden kullanım standartlarının içerisinde kalmasına yetmiştir. Dünya genelinde atık suyun ve özellikle gri suyun yeniden kullanım standartları incelenerek, çıkış suyunun uygunluğu araştırılmıştır. Tez kapsamında deneyleri gerçekleştirilen parametreler için standartlara uygunluk gösterilmiş olup, mikrobiyolojik indikatörler konusunda belirsizlik mevcuttur. Mikrobiyoljik indikatörler için yapay sulak alan sistemlerinin çok etkili olmadığı bilindiği için, çıkış suyunun dezenfeksiyon prosesine tabi tutulması ile bu sorunun da çözüleceği düşünülmektedir. Literatürde de bu konuyla ilgili etkinliği kanıtlanan örnek çalışmalar bulunmaktadır. Bununla birlikte, dolgu malzemesi olarak sediment yerine içme suyu arıtma çamuru kullanımı fosfor giderimi konusunda etkin bir yöntem olarak literatürde yer alsa da, bu xix konuyla ilgili ülkemizde pek çalışma bulunmamaktadır. Bu konunun irdelenmesi de hem döngüsel ekonomi hem de gri su arıtımı konusunda ülkemizde doğal arıtım metodolojisi oluşturulması açısından önemli bir husus olarak ön plana çıkmakta olup bu hususta çalışmalar yapılması gerekmektedir. Ayrıca, tez çalışmasında bu sistemin uygulanabilirliği açısından önerilerde bulunulmuştur. Buna göre sulak alan sistemleri, yüksek alan gereksinimleri nedeniyle yer kısıtı olan yerlerde çok tercih edilmemektedir.Buna karşılık özellikle villa tipi sitelerin oluşturduğu alanlarda rekreasyonel amaçlı süs havuzlarının yerini sulak alan sistemlerinin alması ile rezervuar amaçlı kullanım ve peyzaj sulama olarak gri suyun yeniden kullanımı önerilmektedir. Bununla birlikte şebeke suyu kullanımı azaltılıp, hem çevresel hem ekonomik anlamda fayda sağlanacaktır. Su sorunu, büyük ölçekli bir su krizine dönüşmeden önlem alınması ve çözüm önerileri getirilmesi gereken ivedi bir husustur. Doğal arıtma sistemleri ise sürdürülebilirlik kapsamında kendine yetebilen sistemler olarak öne çıkmaktadır. Tez çalışması ile doğal arıtma sistemleri kullanılarak atık suyun arıtılarak yeniden kullanımı ve bu sistemlerin kullanımının yaygınlaştırılması vurgulanmıştır. Doğal arıtma sistemleri döngüsel ekonomi kapsamında değerlendirilerek, başka proseslerden çıkan atıkların giderim amacıyla kullanım çalışmalarının arttırılması gerekliliği önerilip, doğal kaynakların korunması amaçlanmıştır.