1. TOPRAK ARITIM YÖNTEMLERİ

Toprak kirliliğine sebep olan doğal ve insan aktivitelerine bağlı olarak topraklara karışan pek çok kirletici vardır. Kirlenmiş bölgenin yeniden kullanılması düşünüldüğünde toprak arıtım teknolojilerinin uygulanması gerekir. Toprak arıtım yöntemleri in-situ aritim yöntemleri ve ex-situ aritim yöntemleri olarak ikiye ayrılmaktadır.

1. İN-SİTU ARITIM YÖNTEMLERİ

İn-situ arıtım teknolojilerinde, toprağın herhangi bir yere taşınmadan bulunduğu yerde fiziksel, kimyasal ve biyolojik yöntemlerle arıtılıp stabil hale getirilmesi sağlanır.

Avantajı: 1. Düşük maliyet 2. Toprak derinliğinde bulunan kirleticilerin uzaklaştırılması

1.1 Fiziksel/Kimyasal Arıtma Teknolojileri

Toprak Vakum Ekstraksiyonu Solidifikasyon/Stabilizasyon Toprak Yıkama Kimyasal Oksidasyon Elektrokinetik Ayırma

1.2. Biyolojik Arıtma Teknolojileri

Biyoventilasyon

Fitoremediasyon

Biyoremediasyon

1.3. Termal Arıtım Yöntemleri

Elektriksel Dirençli Isıtma,

Buhar enjeksiyonu ve ekstraksiyonu,

İletken ısıtma,

Radyo Frekanslı Isıtma,

Vitrifikasyon

1.1.1 Toprak Vakum Ekstraksiyonu (TVE)

Toprakta bulunan kirleticiler topraktan fiziksel olarak ayrılır, kirleticiler buhar fazına ekstrakte edilir. Bu sistem ile uçucu organik bileşikler UOB giderilir. Enjeksiyon ve ekstraksiyon kuyuları kullanılır. Enjeksiyon kuyularından hava uygulanır ve toprak derinliğinde bulunan kirleticiler gaz formunda yüzeye çekilir. TVE prosesi en iyi gevşek bağlı topraklarda sonuç verir. TVE sistemleri düşük bakım gerektiren güvenli sistemlerdir.

1.1.2 Solidifikasyon/Stabilizasyon

Radyoaktif, tehlikeli ve karışık atıkları arıtmak için seçilen teknolojidir. Solidifikasyon/stabilizasyon, zararlı kimyasalların atık, kontamine toprak, sediment ve çamurdan salınımını, hareketini önleyen ya da yavaşlatan arıtma metodudur.

a) Stabilizasyon: Toprak, sediment ya da atık içerisinde bulunan kirleticilerin kimyasal reaksiyonlar ile daha az çözünebilir forma dönüştürülerek tehlike potansiyelinin indirgenmesidir. Örneğin, metallerle kontamine olmuş toprak kireç ile karıştırılırsa reaksiyon sonucunda metallerin çözünürlüğü indirgenir.

b) Solidifikasyon (katılaştırma): Sıvıların, çamurların ve diğer fiziksel olarak stabil olmayan tehlikeli atıkların bağlayıcı maddelerle stabil katılara dönüştürülmesidir.

Stabilizasyon/Solidifkasyon ile Giderilen Kirleticiler Ağır metaller, Metalloidler, Siyanür, Katı Organikler, Asbest, Arıtma tesisi çamurları ve sediment

1.1.3 Kimyasal Oksidasyon

Kimyasal olarak tehlikeli kirleticileri tehlikeli ya da az toksik, hareketli ya da inert bileşiklere dönüştüren oksidasyon/redüksiyon reaksiyonlarını içerir. Redoks reaksiyonları elektronların bir kimyasaldan diğerine transferini içerir. Spesifik olarak bir reaktant oksidize edilir ve bir reaktant indirgenir. Yaygın olarak kullanılan oksidantlar potasyum ya da sodyum permanganat, hidrojen peroksit, ozon ve sodyum persülfattır.

Avantajları

Hızlı ve acilen uygulanabilen teknolojilerdir.

Oksitleyici kimyasalların seçimi için pek çok seçenek bulunmaktadır.

Oldukça düşük konsantrasyonlara kadar arıtım.

Arıtılması zor bileşikler üzerinde etkilidir.

Hızlı arıtımdır. Birkaç hafta ya da ay sürebilir.

Kimyasal Oksidasyonla Giderilen Kirleticiler: Kreozot , Kömür Katranı, Pestisitler, Klorlu Solventler, Uçucu Organik Bileşikler UOB

1.1.4 Toprak Yıkama

Toprağa uygulanan çözeltiler sayesinde kirleticiler bu çözelti ile birlikte uzaklaştırılacağı alana toplanır. Su ya da sıvı çözelti kontamine alana enjekte edilir. Suya eklenen katkı maddeleri kirleticinin çözünürlüğünü arttırır. Kirleticiler çözelti içinde çözünür ve yeraltı suyuna sızarlar ve yeraltı suyu ekstraksiyon kuyuları ile yukarı çekilerek arıtılır.

1.1.5 Elektrokinetik Ayırma

Kaynakta arıtım prosesidir. Kirleticilerin topraktan ekstrakte edilip uzaklaştırılmasını sağlar. Toprağa, çamura ve sedimente düşük yoğunlukta akım uygulanarak ağır metallerin, radyonükleitlerin ve organik kirleticilerin topraktan ayrılması ve ekstrakte edilmesi sağlanır. Elektrod çiftine uygulanan akım, kontamine toprak kütlesine nakledilir.

1.2. BİYOLOJİK YÖNTEMLER

En Önemli Biyolojik Prosesler: Biyoventilasyon, Biyoremediasyon, Fitoremediasyon

1.2.1 Biyoventilasyon

Kirleticilerin biyodegredasyonunu arttırmak için yeraltına gaz enjeksiyonunu içerir. Gaz yeraltını aerobik ve anaerobik tutmak için kullanılabilir ya da kometabolik parçalanmaya olanak veren substratı sağlar.

1.2.1.1 Aerobik Biyoventilasyon

Aerobik parçalanmayı kolaylaştırmak için düşük oksijen konsantrasyonlu kontamine toprağa oksijen sağlanır. Sağlanan oksijeni kullanan mikroorganizmalar büyümeler için enerji ve karbon kazanmak için kirleticileri okside ederler. Petrol türevli bileşikler, non halojenli solventler, az halojenli solventler ve bazı PAH (polisiklik Aromatik Hidrokarbonlar) giderilebilir.

1.2.1.2 Anaerobik Biyoventilasyon

Pek çok hidrokarbon ve bazı klorlu bileşiklerin parçalanması için faydalıdır. Mikroorganizmalar bu proses ile enerjiyi geri kazanır.

1.2.2 Bitki ile Arıtım Mekanizmaları (Fitoremediasyon)

Fitoremediasyon, kirlenmiş toprakların, çökeltilerin ve atıksuyun bitkiler kullanılarak

arıtılması işlemidir. Organik maddelerin veya metal kirleticilerle kirlenmiş alanlar;

fitotransformasyon, rizosfer biyoiyileştirmesi (biyoremediation), fitostabilizasyon,

fitoekstraksiyon ve rizofiltrasyon adı verilen beş mekanizmadan biriyle arıtılabilmektedir. Bu

teknoloji, maliyeti, estetik avantajları ve uzun süreli uygulanabilirliği nedeniyle kirlenmiş

alanların iyileştirilmesi için gelişen bir teknolojidir. Fitoremediasyon, çok geniş alanlarda

diğer arıtım metotlarının pratik olmadığı, maliyetin yüksek olduğu, zehirlilik konsantrasyonun

düşük olup sadece uzun süreli arıtma işlemlerinin yeterli olduğu ve son bir örtü olarak

bitkilendirmenin yapılıp alanine kapatılabileceği durumlarda kullanmak için uygundur. Bu

yöntemin kullanılmasında bazı kısıtlamalar vardır. Bunlar; yasal sınırlamalar, zamanın uzun

olması nedeniyle arıtım için gereken etkinlik düzeyinin altında kalınması, bitkilerin ve besin

zincirinin kirlenme potansiyeli ve toksik atık alanlarında bitkilendirmenin zorluğudur.

Bitkilerin toksik maddelerden etkilenmeksizin yüksek yoğunluklarda organic maddelere

direnç kapasiteleri olduğu ve toksik kimyasalları alıp daha az zehirli metabolitlere

dönüştürebilecekleri gösterilmiştir. Ayrıca, bitkilerin rizosferde kök sızıntı sıvıları, enzimleri

ile organik maddeler bozunmakta ve toprakta organic karbonun oluşumuna sebep olmaktadır.

Bitkiler, metal kirleticileri; fitoektraksiyon (kirleticilerin toprak üstü biyokütleye alınması ve

yeniden kazanılması), metallerin sudan köklere süzülmesi (rizofiltrasyon), veya büyük

miktarlardaki suyun solunum yoluyla buharlaştırılması ve erozyon kontrolu yoluyla atık

alanlarını stabilize edilmesi (fitostabilizasyon) ile giderebilmektedir. Fitoremediasyon ile,

benzen, toluen, etilbenzen ve ksilen (BTEX) içeren petrol hidrokarbonları ve polisiklik

aromatic hidrokarbonlar (PAHlar), pentaklorofenol, poliklorinatlı bifeniller (PCBler),

klorinatlı alifatikler (trikloroetilen, tetrakloroetilen ve 1,1,2,2-tetrakloroetan), patlayıcı

atıkları, metaller (kurşun, kadmiyum, çinko, arsenik, krom, selenyum), pestisit atıkları ve

artıkları (atrazin, siyanazin, alaklor), radyonükleitler ve yapay gübre atıkları (amonyak, fosfat

ve nitrat) gibi kirleticiler arıtılabilmektedir. Değişik uygulamalara, söğütgiller (melez kavak,

pamuklu kavak ve söğüt), çimenler (bermuda çimi, su hezaranı, çayırotu, süpürge darısı),

baklagiller (yonca, alfalfa ve börülce), sulak alan bitkileri (papağan tüyü, su mercimeği,

ararot, büyük su kamışı, suotu) ve hiper metal toplayıcılar (ayçiçeği, hint hardalı ve Thlaspi

türleri) örnek verilebilir.

Kullanılan Bitkiler:

Söğütgiller (melez kavak,

Pamuklu kavak ve söğüt),

Çimenler (bermuda çimi, su hezaranı, çayırotu, süpürge darısı),

Baklagiller (yonca, alfalfa ve börülce),

Sulak alan bitkileri (papağan tüyü, su mercimeği, ararot, büyük su kamışı, suotu)

Hiper metal toplayıcılar (ayçiçeği, hint hardalı ve Thlaspi türleri) örnek verilebilir.

Organik Kirleticilerin Fitoremediasyon ile Kontrol Edilmesi

Fitodegredasyon

Bitkinin salgıladığı enzimlerle kirleticilerin parçalanmasıdır. Kompleks organik kirleticiler basit moleküllere parçalanır ve bitkinin daha hızlı büyümesini sağlamak için bitki dokularına alınır.

Rizodegradasyon

Kirleticilerin kök bölgesinde (rizosfer) mikrobiyal aktivite ile parçalanmasıdır. Fitodegredasyona göre daha yavaş bir prosestir. Mikroorganizmalar organik maddeleri besin ve enerji kaynağı olarak tüketirler

Fitovolatilizasyon

Kirleticinin topraktan alımı ve kirleticinin ya da modifiye formunun buharlaşma ile atmosfere verilmesi fitovolatilizasyon olarak tanımlanır. . Fitovolatilizasyon, suyu ve organik kirleticileri alarak büyüyen ağaçlarda görülür. Kirletici bitkinin yapraklarına taşınır ve yapraklardan atmosfere buharlaşma ile geçer.

İnorganik Bileşiklerin Fitoremediasyon ile Kontrolü

Fitostabilizasyon

Bitkilerin absorpsiyon, adsorpsiyon ve kök bölgesinde çökelme prosesleri ile stabilize edilmesidir.

Rizofiltrasyon

Bitkinin kök bölgesinde kirleticilerin bitki kökleri üzerinde adsorpsiyonu ya da çökelmesi ile gerçekleşir. Örneğin; ayçiçeği bitkisi radyoaktif bileşiklerle kontamine olmuş havuzların arıtılması için kullanılır.

Fitoekstraksiyon

Kirleticilerin bitki kökleri ile alınımını ve ardından bitki dokularında taşınımını ve birikimini içerir. Fitoekstraksiyon sonunda bitki hasat edilir ve düzenli olarak uzaklaştırılır.

2. SIZINTI SULARININ DOĞAL ARITIMI

Katı atık sızıntı suyu; katı atıktan çıkan sıvı ve çözünmüş maddelerdir. Diğer bir ifadeyle katı

atık içinde bulunan büyük yoğunluktaki organik maddelerin aerobik ve anaerobik

mikroorganizmalarca daha küçük parçalara ayrılmasıyla oluşan çözünmüş haldeki maddeler

veya sıvıdır.

Katı atık maddelerinin özelliğine bağlı olarak ortaya çıkan sızıntı suları yüksek miktarda

organik madde, inorganik madde (sodyum klorür, karbonat) ve ağır metal içerebildiğinden bir

çok evsel ve endüstriyel atıksuya göre daha konsantre (fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak)

bir kirlilik yüküne sahiptir.

Sızıntı sularının arıtımı için geliştirilen yöntemler fiziksel, kimyasal, biyolojik ve ileri arıtma

metotları olup bu metotlardan herhangi birini tek başına kullanarak yüksek oranda arıtma

verimi ve çıkış suyu kalitesi elde etmek zordur. Bunun için sızıntı sularının arıtımında

genellikle biyolojik, fiziksel-kimyasal ve kimyasal proseslerin bir kombinasyonu

önerilmektedir. Bu teknolojilerin ana problemleri, yüksek maliyet ve yönetimin

karmaşıklığıdır. Sonuç olarak atıksu gideriminde olduğu gibi bu kompleks suların arıtımı için

de maliyeti düşük, minimum insan gücü gerektiren ve enerji tüketimi çok az olan alternative

teknoloji olarak kabul edilen sucul bitkili sistemlerin kullanılabileceği belirtilmiştir. Sızıntı

sularının doğal sistemler ile arıtılması, çoğu bileşenin arıtımı için çevresel olarak uygun

gözükmektedir. Hem yüzeyaltı akış hem de serbest su yüzeyi sistemleri, deponi sızıntı suyunu

arıtma potansiyeli olan ekoteknolojilerdir. Yapay sulakalan sistemleri, sızıntı suyu yönetimi

için uygun bir düşük maliyetli çözümdür. Sulakalan sistemleri, immobilize veya birleşik

organik maddeleri ve kirletilmiş sulardaki diğer kirleticileri parçalamak için anaerobik ve

aerobik reaksiyonlar kullanır. Yapay sulakalanların, deponi sızıntı suyundan besin

maddelerinin ve organik bileşenlerin azaltılmasında etkili olduğunu bulunmuştur. Bir

sulakalanın deponi sızıntı suyunu arıtmak için çevresel olarak uygun bir teknik olduğunu

tespit etmişlerdir.

Sızıntı Suyu: Katı atık içerisindeki çoğu organik madde biyolojik olarak bozunabilir olup

anaerobik ve aerobik mikroorganizmalarca daha basit bileşiklere parçalanabilir. Böylece

sızıntı suyu oluşur Sızıntı suyu, katı atıktan süzülmüş ve çözünmüş ve askıda maddelerin

ekstrakte olan kısmı olarak tanımlanabilir. Katı atıkların depolandığı deponi alanlarında sızıntı

suyu; yüzey drenajı ile atıkların bozunmasından oluşan sıvı ile yağmur, yeraltısuyu,

yeraltındaki kaynaktan giren su gibi dış kaynaklardan deponiye giren sıvılardan meydana

gelir. Sızıntı suyu özelliği; manganez, demir, kadmiyum ve kurşun gibi ağır metal içeriğine

bağlı olarak toksik atığa benzer olabilir. Sızıntı suyu, flora ve fauna üzerindeki ters etkiler

kadar, insan sağlığı üzerinde kanserojen etkiler, nöro toksidite, böbrek hasarı, bağışıklık

hasarı, sindirim hastalıkları gibi ters etkilere sahiptir.

2.1. Sızıntı Suyu Oluşumu

Çöpteki biyolojik olarak bozunabilir organiklerin mikrobiyal bozunması sonucu su açığa

çıkar. Bu da, sızıntı suyu üretimi için çöp nemine katkıda bulunur. Biyokimyasal su, hem

aerobik hem de anaerobik su reaksiyonundan oluşur. Genel olarak, aerobik şartta bozunma

anaerobik şarttakinden daha hızlıdır. Sızıntı suyu oluşumu; su mevcudiyeti, doğrudan

çökelme, yüzey akış, çöp bozunması ve sıvı atıkla beraber uzaklaştırılmayı içermektedir.

Çökelme, yüzey akış, suyun deponi örtüsünden çöp tabakaları içerisine süzülmesine yol açar.

Sızıntı suyu oluşumunu etkileyen; miktar, yoğunluk, sıklık ve süre gibi 4 yağmur

karakteristiği vardır. Yağmur suyu miktarı; yıllık ortalama, sezonluk ortalama, aylık ortalama

ve haftalık ortalama yağmur verileriyle analizlenir. Yağmur yoğunluğu, yüzey toprak

partikülleri üzerinde yağmur damlalarının etkisini etkilemektedir. Böyle bir etki, sızıntı

suyunun süzülme oranlarını değiştirerek üretilen sızıntı suyu miktarını değiştirebilir. Yağmur

sıklığı ve süresi de, süzülme ve yüzey akış üzerindeki etkileriyle sızıntı suyu oluşumunu

etkiler. Yüzey akışını etkileyen temel arazi yüzey şartları; yüzey topografyası (boyut, şekil ve

eğim), örtü malzemesi, bitki, toprak geçirgenliği ve önceki toprak nemidir. Yüzey

topografyası, yüzeydeki akımı kontrol eder. Örneğin, eğim açısından deponi yüzeyi düz

olduğunda yüzey akışı daha düşüktür ve suyun çöpe doğru süzülmesi fazladır. Suyun çöpe

doğru süzülme miktarı, bitkisiz bir deponide fazladır. Çünkü, bitkiyle suyun daha az

buharlaşması sağlanır.

2.2. Sızıntı Suyu Bileşimi

Genel olarak sızıntı suyu, KOİ ve BOİ olarak ölçülen organik kirleticiler, halojenleştirilmiş

hidrokarbonlar, ağır metaller ve amonyak tarafından yüksek oranda kirletilmiştir. Sızıntı

sularının karakteristiğinde göze çarpan en önemli parametreler organik kirlilik ve azotlu

bileşiklerdir. Azot, sızıntı suyundaki önemli kirleticilerden birisidir. Sızıntı suyundaki Toplam

Kjeldahl Azotu (TKN) konsantrasyonunun yapılan çalışmalarda 10-800 mg/L ve 50-5000

mg/L aralığında olduğu belirtilmiş olup ortalama 1350 mg/L düzeylerinde olduğu

bildirilmiştir. NH3, TKN’nin önemli bir kısmıdır. Sızıntı suyu ayrıca genellikle yüksek

konsantrasyonlarda sodyumklorit ve karbonatlar gibi inorganik tuzları içermektedir. Bazı

araştırmacılar, humik tipte maddelerin sızıntı suyu organik maddesinin önemli bir grubunu

oluşturduğunu bildirmişlerdir. Deponideki endüstriyel atığın birlikte uzaklaştırılması sızıntı

suyu üzerinde ters etki yapabilir. Endüstriyel atığın içeriği, fiziksel karakteristiği ve çevresel

bozunma potansiyeli oldukça değişkendir. Endüstriyel atığın eklenmesi, sızıntı suyunda, evsel

çöp sızıntı suyunun başlangıç içeriğinden fazla değişik toksik elementlerin oluşmasına yol

açabilir. İz metaller ve ağır metallerce yüksek olan endüstriyel çamurun eklenmesi, sızıntı

suyunda, yüksek metal konsantrasyonlarına yol açar. Katı atık bozunmasının 4 temel fazı

vardır. Her kademe farklı kompozisyonlarda sızıntı suyu oluşturur. Şekil 1, katı atık

bozunmasının 4 fazını göstermektedir.

Şekil 1. Katı Atık Bozunmasının 4 fazı

Faz 1ve Faz 2’de (hidroliz ve asidifikasyon fazı) oksijen, gömülü çöpün içine hapsolur ve

organik maddenin bozundurulması için aerobik mikroorganizmalarca kullanılır. Bu faz

genellikle büyük oranda karbondioksit üretimi ve atıkta sıcaklık artışıyla karakterize edilir.

Asidojenik fazda taze (genç) bir sızıntı suyu, yüksek bir organik içerikle BOİ5/KOİ>0,4

değerine sahiptir (Pouliot, 1999). Sızıntı suyu kolaylıkla biyolojik olarak bozunabilir bir

özellik gösterir ve zayıf asidiktir. Bu nedenle ağır metalleri hareketlileştirir. Aerobik bozunma

tipik olarak kısa olup bir aydan daha az sürede gerçekleşir. Atıktaki mevcut oksijen

kullanıldığında aerobik bozunma sonlanır ve deponi sahası anaerobik sisteme döner. Faz 3

(başlangıç metan üretim fazı), anaerobik ve fakültatif organizmaların aktivitelerinin

başlamasıyla başlar. Mikroorganizmalar; selüloz ve diğer çürüyebilen maddeleri, uçucu yağ

asitleri (yüksek BOİ değerine yol açar) ve amonyak gibi daha basit ve çözünebilir bileşiklere

hidroliz ve fermente eder. Üretilen uçucu yağ asitleri; asetat, propiyonat ve bütrat gibi

karboksilik asitlerdir. Bu organik asitler sızıntı suyunun asidik olmasına (tipik olarak pH:4,5-

5,5) yol açar. Sızıntı suyunun asidik yapısı toprak metallerinin ayrışmasına bağlı olarak

yüksek metal konsantrasyonlarına sebep olur. Deponi sızıntı suyunda mevcut en yaygın

metaller yüksek konsantrasyonda indirgenmiş formdaki demir ve manganezdir (Fe2+, Mn2+).

Deponi olgunlaşmaya devam ettikçe, biriken karboksilik asitler, yavaş büyüyen metanojenik

bakterilerce CH4 ve CO2 gazına dönüştürürler. Bu gazlar deponi gazlarıdır. Karboksilik

asitler harcandıkça, KOİ ve BOİ değerleri azalır ve pH artmaya başlar. Bu sebeple bu fazdaki

sızıntı suyu; dayanıklı organik bileşik ve yüksek amonyak konsantrasyonu içeren daha yaşlı

sızıntı suyu olup yüksek pH değerleriyle karakterize edilir. Bozunmanın bu fazının 30-200

yılda sona ermesi beklenebilir. Faz 4’de (stabilize olmuş kademe) bakteriler, büyük oranda

Faz 2 sızıntı suyunun karakteristiklerinden sorumlu, temel olarak yağ asitleri olan çözünebilir

organik bileşikleri uzaklaştırırlar. Sonunda asetojenik ve metanojenik bakteriler arasında

dinamik bir denge oluşur ve atık aktif olarak bozunmaya devam eder. Hem KOİ hem de BOİ,

bu fazda zamanla azalır. Bu fazda oluşan sızıntı suyu sıklıkla stabilize sızıntı suyu olarak

adlandırılır. Bu fazda üretilen sızıntı suyu düşük BOİ ve düşük BOİ/KOİ oranı ile karakterize

edilir. Amonyak azotu, asetojenik prosesin birinci kademesinde bırakılmaya devam eder ve

böylece sızıntı suyunda yüksek seviyede amonyak azotu mevcut olur. Bu fazda sızıntı

suyunun pH değeri nötrdür ve uçucu yağ asitleri konsantrasyonu düşüktür. Fakat dayanıklı

organik madde konsantrasyonu yüksektir.

2.3. Sızıntı Suyu Arıtma Yöntemleri

Doğal çevrede; su, toprak, bitkiler, mikroorganizmalar ve atmosfer etkileşerek fiziksel,

kimyasal ve biyolojik prosesler meydana gelir. Doğal arıtma sistemleri atıksuların arıtımı için

bu proseslerin avantajlarını kullanırlar. Doğal sistemlerdeki prosesler, doğal sistemler için

benzersiz olan fotosentez, fotooksidasyon ve bitki alımı gibi yollara ek olarak sedimentasyon,

filtrasyon, gaz transferi, adsorpsiyon, iyon değiştirme, kimyasal çökeltme, kimyasal

oksidasyon ve redüksiyon, biyolojik dönüşüm ve bozunma gibi mekanik veya bitkili arıtma

sistemlerinin çoğunu içermektedir. Doğal sistemlerde prosesler, ayrı reaktörde veya tanklarda

enerji girişinin bir sonucu olarak, proseslerin artırılmış hızlarda ardışık olarak meydana

geldiği mekanik sistemlerin tersine, doğal hızlarla meydana gelirler ve tek bir ekosistem

reaktöründe aynı zamanda meydana gelmeye eğilimlidirler. Doğal arıtma sistemleri; yavaş

hızlı sistemlerden, hızlı infiltrasyon sistemlerinden, yüzeyüstü akışlı sistemlerden ve doğal ve

yapay sulakalanlardan oluşmaktadır.

3. STABİLİZASYON HAVUZLARI

Bu sistemler, atık suların ağırlıklı olarak doğal metotlarla tabi tutulduğu, büyük hacimli, geniş

alanlı, uzun bekletme süreli, arıtma üniteleridir. Bu tesisler arıtmayı gerçekleştiren

biyokimyasal faaliyetlerin özelliklerine göre sınıflandırılırlar.

Söz konusu faaliyetler;

sıcaklık

güneş radyasyonu gibi ortam özelliklerine bağlı oldukları gibi

havuzların hacimsel kirlilik yüklemeleri ve geometrik özelliklerine de bağlıdır.

Stabilizasyon havuzları organik madde giderme, alg üretimi ve oksijen temini, koliform ve

nütrient madde giderimi amaçları ile biyolojik arıtma ünitesi olarak dünyada yaygın bir

şekilde kullanılmaktadır.

Havuzların aerobik tabakasında görülen bakteriler aktif çamur prosesi ve damlatmalı

filtrelerde görülen bakterilerle aynıdır. Bu organizmalar aerobik tabakadaki organik maddeleri

parçalayarak oksitlenmiş ürünlere dönüştürürler. Sistemde arıtımı sağlamaya yardımcı olan

algler de mevcuttur. Bunlar mavi-yeşil, yeşil, kahverengi ve kırmızı alglerdir.

Sistemin avantajları, aşırı derecede basit ve işletiminin güvenilirliğinden kaynaklanmaktadır.

Doğal arıtma neticesinde oluşan çamur miktarı diğer atık su arıtma yöntemlerine kıyasla çok

daha azdır ve oluşan çamur stabil halde olduğu için ayrıca bir çamur arıtım işlemine tabi

tutmaya gerek yoktur. Bununla birlikte doğal arıtma yavaş cereyan ettiğinden büyük havuz

hacimlerine ihtiyaç vardır. İklimin sıcak olması tercih sebebidir.

Proses yeterli büyüklükte arazinin mevcut olduğu, iklimin müsait olduğu, alıcı ortamın

yüksek arıtma verimliliği gerektirmediği, tesisin inşa edileceği bölgeye yakın yerleşim

alanının bulunmadığı ve belediyenin yüksek teknolojili bir tesisi işletemeyeceği endişesinin

olduğu durumlarda tercih edilir.

Bu arıtma yönteminde atık sular ön arıtma ünitelerinden geçirildikten sonra havuzlara alınır.

Havuzlar seri ve paralel bağlanabilir. Genel olarak birden fazla havuz kullanılarak proses

performansı arttırılır. Sistemin arıtma verimi %70-80 civarında, kişi başına alan ihtiyacı 2-4.5

m2 olup sadece personel ve çok az bakım masrafı gerektirmektedir.

3.1. Stabilizasyon Havuzlarının Avantajları

Kolaylık

İnşa açısından

İşletim ve bakım açısından

İşletim ve bakım için kalifiye eleman ihtiyacı

Düşük Maliyet

Diğer arıtma sistemlerine göre daha ucuz

Yüksek maliyetli elektromekanik ekipmana ihtiyaç yok

Az miktarda elektrik enerjisi tüketimi

Az miktarda çamur üretimi

Kolay kurulum

Minimum ön arıtım ve mekanik ekipman ihtiyacı

Küçük ve sıcak yerler için uygundur.

Düşük işletme maliyeti.

Ayrı bir çamur arıtımına ihtiyaç duymaz.

3.2. Stabilizasyon Havuzlarının Dezavantajları

Koku

Böcek (özellikle sivrisinek) üremesi

Fazla miktarda alan ihtiyacı

Çıkış suyunda yüksek bulanıklılık, özellikle alg kaynaklı

3.3. Stabilizasyon Havuz Türleri

Bu havuzlar genellikle toprak yapılar şeklinde inşa edilirler. Başlıca aşağıdaki gruplara

ayrılırlar;

Aerobik stabilizasyon havuzları

Fakültatif stabilizasyon havuzları

Anaerobik stabilizasyon havuzları

Olgunlaştırma havuzları

3.3.1. Aerobik Stabilizasyon Havuzları:

Organik maddelerin ayrışması bakteri ve alglerin yardımı ile olur. Algler, fotosentez sırasında

güneş enerjisini kullanarak oksijen açığa çıkarırlar. Açığa çıkan oksijen heterotrof bakteriler

tarafından kullanılırlar. Aerobik stabilizasyon havuzları genellikle düşük hacimsel organik

madde yüküne sahip 1.5 m' den sığ havuzlardır. Böylece havuzun tüm derinliği boyunca

oksijen sağlanması mümkün olur bekleme süresi 10-40 gün olup, yüzeysel kirlilik yükü 40-

120 kgBOİ5/hektar kadardır.

3.3.2. Fakültatif Stabilizasyon Havuzları:

Bu havuzlarda aerobik bakteriler ve alglerin bulunduğu bir yüzey tabaka ile dip kısımda

anaerobik bakterilerin faaliyet gösterdiği bir alt anaerobik tabaka mevcuttur. Bu iki tabaka

arasında ise kısmen anaerobik bir ortam ile her iki ortama da adaptasyon gösterebilen

fakültatif bakteriler bulunur. Havuzların derinliği 1-2.5m, bekleme süresi 7-20 gün

arasındadır. Yüzeysel kirlilik yükü 50-280 kgBOİ5/hektar kadardır.

Fakültatif Havuzlarin Biyolojisi:

Hangi alg türünün baskın olacağı bir çok faktöre bağlıdır. Genellikle, bulanık sularda

hareketli algler baskındır. Çünkü bulanık sularda, ışığa doğru yönelerek gelen ışığı optimal

şekilde kullanabilir. Alg fotosentezi, sıcaklığa ve ışığa bağlıdır. Fakültatif havuz rengi

izlenerek biyolojik faaliyetin iyi gidip gitmediği hakkında karar vermek mümkündür. Havuz

yüzeyi rengi havuzun durumunu yorumlar. Çok yeşil iyi şartlar: yüzeyde bol miktarda alg

mevcut, çözünmüş oksijen ve pH yüksek Donuk yeşil veya sarımtırak Çok iyi değil Alglerin

arzu edilmeyen türü (mavi yeşil, fimantlı algler) hakim oluyor, kötü şartları gösterir,

çözünmüş oksijen ve pH optimum değerlerden daha düşüyor. Taba rengi, kahve rengi Kusurlu

ya göl kıyısından erozyonla toprak girmiştir veya kırmızı veya farklı pigmentli alg mevcut.

Gri veya siyah Çok kötü Anaerobik veya septik şartlar mevcut, dolayısıyla atık su arıtılamaz,

Muhtemelen koku mevcut. Fazla çamur olduğu da söylenebilir.

3.3.3. Anaerobik Stabilizasyon Havuzları:

Yüksek miktarda organik madde ve katı madde içeren atık suların arıtımında kullanılır.

Havuzlar anaerobik reaksiyon şartlarını sağlamak amacı ile derin toprak yapılar olarak inşa

edilirler. Bu havuzların hacimsel kirlilik yükü 100-400 grBOİ5/m3 gün mertebesindedir.

Ortalama bekleme süresi 5 günden azdır.

3.3.4. Olgunlaştırma Havuzları:

Olgunlaştırma havuzlarının amacı arıtılmış atık suları kalitesinin daha iyileşmesi, tesislerin

toplam organik madde giderim veriminin yükseltilmesi ve bakteri gideriminin sağlanmasıdır.

Bu sistemler fakültatif, veya aerobik stabilizasyon işlemlerinden sonra kullanılabilecekleri

gibi, klasik biyolojik arıtma sistemlerini takiben de kullanılabilirler. Bu havuzlar 1.5 m' den

sığ olup bekletme süresi 5-20 gün mertebesindedir. Yüzeysel kirlilik yükü 15 kgBOİ5/hektar

kadardır.

Anaerobik, fakültatif ve olgunlaştırma lagünleri her ne kadar tam karıştırmalı olarak

düşünülse bile, lagünlerin verimini piston akımlı reaktörlerin verimine yaklaştırmak amacı ile

lagün giriş ve çıkışları zıt yönlerde olmalı ve belirli aralıklarla, suyun akım yörüngesini

uzatmak amacı ile perdeler inşa edilmelidir.

4. YAPAY SULAKALANLAR

Atıksu arıtımı için yapay sulak alanların kullanımı geçmiş birçok kültürde (Mısır, Çin vb.

gibi) kullanılmıştır. Bu uygulama, atıklarını özümseme kapasitesi oldukça yüksek olan doğal

bataklıklara ya da sulak alan bitkilerini içeren uzun ve dar kanallara vererek bertaraf etme

yollu denemelerdir. Ancak, bu ortamların bir mühendislik sistemi olarak kullanılması 1950’ li

yıllarda Avrupa’ da başlamış ve halen devam etmektedir. Günümüzde atıksu arıtımı için

yapay sulak alanlar Avrupa’ nın ve hatta kışları oldukça uzun ve sert geçen Norveç, Çek

Cumhuriyeti ve Yeni Sovyetler Birliği’ nin Cumhuriyetlerinde dahi mevcuttur. Yani yapay

sulak alanları Antartika hariç dünyanın her bölgesinde görmek mümkündür.

Yapay sulak alanlar özel olarak tasarlanan yataklarda yetiştirilen bitkiler vasıtasıyla atıksuyun

arıtılması esasına dayanmaktadır. Yapay sulakalanlarda bitkilerin ölümü sonucu ortaya çıkan

artıklardan ortama yayılan organik karbon mikroorganizmalar tarafından besin kaynağı olarak

kullanılır. Bitkilerin kök bölgelerinde bulunan mikroorganizmaların organik ve inorganik

kirleticileri gidermesinde çözünmüş oksijen önemli bir rol oynar. Bitkiler, oksijen varlığında

kök bölgesindeki besinleri alırlar ve mikroorganizmalarda oksijen varlığında organik

maddeleri parçalarlar. Oksijen, sulak alanlardaki mikroorganizmalar tarafından biyolojik ve

metabolik reaksiyonlarda kullanılır ve bu yüzden sudaki çözünmüş oksijen konsantrasyonu

düşmektedir. Oksijen konsantrasyonu yapay sulak alanların işletiminde göz önüne alınması

gereken önemli bir parametredir.

Sulak alanlarda yaşayan bitkiler, yapraklarının fotosentezle özümsediği karbondioksiti

oksijene çevirerek suyun içindeki köklerine taşırlar.

Bu sayede su oksijen bakımından zenginleşir ve köklerde yaşayan mikroorganizmalar

için yaşam ortamı oluşur.

Bu canlılar sudaki organik atıkları, kimyasal kirleticileri parçalayıp yok eder.

Bazı bitkiler sudaki ağır metalleri bile yok edebilmektedir.

Yapay sulak alanlarda bitki topluluğunun görevi:

Akımı yönlendirmek,

Sızdırmayı azaltmak,

Substratların stabilizasyonunu sağlamak,

Mikrobiyal büyüme için bir tutunma bölgesi oluşturmaktır.

Genel Olarak Yapay Sulakalan Akım Şeması

2.1. Yapay Sulakalan Türleri

A. Serbest Yüzeyli (Serbest Yüzey Akışlı) Yapay Sulak Alanlar:

Su yüzeyi atmosferle temas halindedir. Bu sistem çevredeki doğal malzeme kullanılarak

ihtiyaç büyüklüğüne göre hazırlanan havuzlarda atık suyun filtre edilmesi ve yetiştirilen sulak

alan bitkileri ile suyun arıtılması esasına dayanır.

B. Yüzey Altı Akışlı Yapay Sulak Alanlar

Yüzeyaltı akışlı yapay sulak alanlarda anaerobik ortamda atıksu arıtımı yapılmaktadır. Su bir

dolgu malzemesi arasından akmaktadır Atıksu filtreden geçirilerek çakıl yatağı altından direkt

olarak bitki köklerine verilmektedir. Bu sistemde sinek ve koku problemi olmadığı için

serbest su yüzeyli yapay sulak alanlara göre daha çok tercih edilmektedir. Ayrıca soğuk kış

aylarında atıksu arıtma verimi serbest su yüzeyli yapay sulak alanlara göre daha az

düşmektedir.

2.2. Yapay Sulak Alanların Avantajları

• Yapay sulak alanların inşası diğer arıtma alternatiflerinden daha ucuz

• İşletme ve bakım maliyeti daha az

• İşletme ve bakımın sadece düzenli ve yerinde çalışma ile yapılması yeterli

• Aktif çamur için çok seyreltik olan atıksuları yapay sulak alanların arıtabilmesi

• Suyun tekrar kullanımını ve dönüşümünü kolaylaştırması

• Birçok sulak alan organizması için yaşam alanı oluşturması

• Doğal manzara ile uyum içinde inşa edilebilmesi

• Yabani hayat için yaşama alanı oluşturması ve açık alanları daha estetik bir hale

getirmesi.

2.3. Yapay Sulak Alanların Dezavantajları

• Serbest su yüzeyli yapay sulak alanlarda koku ve sivrisinek problemi görülür.

• Sucul bitkilerin her sene ekimi yapılmalıdır. Genellikle yapay sulak alanların

ekonomik ömrü 15 yıldır.

• Küçük nüfuslu yerleşim yerleri için uygundur.

• Serbest su yüzeyli yapay sulak alanlarda kış aylarında arıtma verimi çok düşer.

5. SU BİTKİLERİ ile ARITIM

Bu sistemler, doğayı taklit ederek geliştirilmiş basit düzenekler oldukları için bitkisel arıtma

sistemi ya da ekili sulak alanlar olarak da tanımlanmaktadır. Sistemin basit ve ucuz inşasının

yanı sıra neredeyse hiç enerji kaynağına ihtiyaç duymadan, çevreyle uyumlu olması kullanımı

için oldukça idealdir. Doğal arıtma sistemleri, klasik arıtma sistemlerine göre yatırım

maliyetlerinde %65-70 civarında tasarruf sağlanmaktadır. İşletme maliyetleri açısından ise 4

kat avantajı vardır.

Doğanın kendi kendini arındırabilmesinin sırrı, sulak alan ekosisteminin karmaşık fiziksel,

kimyasal ve biyolojik süreçlerinde saklıdır. Sulak alanlarda yaşayan bitkiler, yapraklarının

fotosentezle özümsediği karbondioksiti oksijene çevirerek suyun içindeki köklerine taşırlar.

Bu sayede su oksijen bakımından zenginleşir ve köklerde yaşayan mikroorganizmalar için

yaşam ortamı oluşur. Bu canlılar sudaki organik atıkları, kimyasal kirleticileri parçalayıp yok

eder. Bazı bitkiler sudaki ağır metalleri bile yok edebilmektedir.

5.1. Sistemin Kurulması

80 bir havuz ve köydeki her bir kişi için 1-2 m2' lik alan yeterli oluyor. Köklü bitkilerin

tutunması için havuzun altına toprak, kum ve çakıldan oluşan bir karışım serilmektedir.

Dağıtım ve drenaj boruları döşendikten sonra uygun sucul bitkilerin dikimine geçilir. Bitki

olarak çoğunlukla suyu seven, sulak ortamda kendiliğinden yetişen saçak köklü bitkiler, sazlar

ve kamışlar kullanılmaktadır. Bitkilerin dikiminden sonra tesisin inşası tamamlanmaktadır.

Evsel atıklar ve kanalizasyon suyu, borular kanalıyla havuza aktarılmaktadır. Kendi kendini

yenileyebilme özelliği olan bu bitkiler suyu kirleten azot, fosfor, potasyum ve karbon gibi

elementleri tüketerek beslenmekteve havadan aldığı oksijeni de kökleri vasıtasıyla suya

ileterek, arıtma işlemini gerçekleştirmektedir.

5.2. Su Arıtıcı Bitkiler

Su arıtmada kullanılan bitkiler üç ana gruba ayrılır:

5.2.1 Tümüyle suyun altında yaşayanlar

Su içinde yaşayan türlere örnek olarak Eledoa verilebilir. Elodoa suyu oksijen bakımından

zenginleştirir. Çok hızlı büyüyen, çok zorlu şartlara dayanan bir bitkidir. Su sıcaklığı 26

derecenin üstüne çıkmadıkça problem yaşamaz. Çok hızlı büyümesi sudaki bitkilerin ve

yosunların kullandığı maddeleri hızlıca azaltarak yosun oluşumuna engel olacak ya da

azaltacaktır.

5.2.2. Suyun üstünde yüzenler

Su Sümbülü, su mercimeği türü bitkiler kirli suyu temizleyerek, atıksuyu tarımsal alanda

yapılan faaliyetlerde sulama suyu olarak kullanılabilir hale getirmektedir. Su yüzeyinde

oluşturdukları katmanla su yosunu oluşumunu yavaşlatırlar.

5.2.2.1. Su Mercimeği: Su mercimekleri yeşil renkte tatlı su bitkileridir. En küçük en basit ve

en hızlı üreme hızına sahip çiçekli bitkilerden biridir. Yaprağında küçük bir hücre bölünür ve

yeni bir yaprak üretir; her yaprak canlı kaldığı süre zarfında en az 10-20 katı yeni yaprak

üretme kapasitesine sahiptir. Yeterli seviyede tutulduğunda çok iyi bir biyolojik filtrasyon

yardımcısıdır. Balıkların yuva yapmaları için ideal bir ortam oluşturur. Ayrıca yavru

balıkların saklanmaları için ve bitkisel olarak beslenmeleri için çok uygundur. Özellikle ışık

gördükleri zaman yapıları koni biçimini alır. Uygun ortam bulduklarında çok hızlı yayılırlar.

Göletlerin yüzeyini kapladıkları için alglerin büyümelerini engeller, dolayısıyla

denitrifikasyon ve amonyak absorbsiyonu ile sudaki azot miktarını azaltır ve ekolojik denge

oluştururlar. Su Mercimekleri içme suyunda bulunan kirleticilerin %50-60’ını uzaklaştırır.

Bütün bu özellikleri ile çevre kirliliğinin önlenmesinde kullanılabilecek önemli

alternatiflerden biri hatta en önemlisidir. Yeterli seviyede tutulduğunda çok iyi bir biyolojik

filtrasyon yardımcısıdır.

5.2.2.2. Su Sümbülü: Tatlı ve tuzlu suda yetişebilen, karasal damarlı makrofitler arasında en

hızlı çoğalan türdür. Durgun ve yavaş akan sularda tek türlü sık bir örtü meydana getirir.

Fiziksel Özellikleri: Genelde 0.5m'ye kadar büyür, 1 metreye kadar büyüdüğü de görülmüştür.

Dairesel biçimli yaprakları kalın, parlak ve balmumu ile kaplanmış gibidir, Su yüzeyinden

yukarıya sapları üzerinde uzar. Çiçekleri hermafrodittir. Biyokütle miktarı 6-18 günde

koşullara bağlı olarak iki katına çıkmaktadır.

Yaşayabileceği Koşullar: Kil, silt, kum ve organik madde içeren topraklarda yaşayabileceği

gibi, killi veya kumlu özellik gösteren topraklarda da yaşayabilmektedir. Asidik, bazik ya da

nötr pH yaşam koşulları için uygundur. Toprak nemli olmalı, ışıklı veya yarı gölgeli

olmalıdır.

Su Sümbülü doğal ortamında yani göllerin içinde çok hızlı yayıldığı için gölde bulunan diğer

canlılara zarar verebilmektedir. Çünkü sudaki buharlaşmayı hızlandırıyor, sudaki oksijeni

azaltıyor ve güneşi engelliyor. Bu özelliği sebebiyle diğer canlılar su sümbülün bulunduğu

ortamda hayatlarını sürdürmekte zorlanabilmektedir. Suyun buharlaşmasını hızlandırdığı için

su kaynaklarının azalmasına sebep olur.

5.2.3. Toprağa köklenip yaprak ve gövdeleri suyun üstünde olanlar

En yaygın olarak kullanılan bitkiler su kamışı (Typha spp.),saz (Scirpus spp.) ve kamışın

(Phragmites australis) yerel türleridir. Bu sucul bitkiler, dünyanın farklı coğrafyalarında

yaygın olarak bulunmaktadırlar. Kana, zencefil, fil kulağı, muz, zambak gibi egzotik bitkiler

de atık su arıtma özelliğine sahiptir.

52.2.3.1 Hasır Otu: Çok yıllık, otsu bitki cinsidir. Halk arasında kullanılan başka isimleri de

vardır: koğa, semerci sazı, semer otu, kılıçverdi. Durgun su ve bataklıklarda yetişir. Tropik ve

ılıman bölgelerde yaygın olarak yetişen dayanıklı 20’den fazla türe sahip olan ve 30–200 cm

boylanabilen çok yıllık rizomlu bir cinstir. Dik yapılı, küme formlu olan bu cinste yapraklar

ince uzun mızrak şeklindedir. Almaşık yaprakları hasırcılıkta kullanılır.

5.2.3.2 Kamış: Sulak yerlerde; göl ya da nehir kenarında yetişen uzunca ve içi boş bitki

türüdür. Kamış kökleri, mineralleri, vb maddeleri emerken aynı zamanda toprağa

mikroorganizmalar tarafından kullanılan karbonhidrat, enzim ve diğer besleyici maddeleri

sağlar. Bitki kökleri, organik maddelerin çözünmesini sağlayan önemli miktarda bakteri

florasına barınaktır. Balıkçıların olta yapımında kullandığı bu bitki ayrıca hasır yapımında da

kullanılır. Budanan ve kurutulan kamışlar bir boya getirilerek hasır kilim, sepet minder ya da

süs eşyası haline getirilir.