202 KB - Çevre Mühendisleri Odası

TMMOB
Çevre Mühendisleri Odası
V. ULUSAL
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ
YÜKSEK YAPILI BİTKİLERLE SU KALİTESİNİN
İYİLEŞTİRİLMESİ ve SU KALİTESİNİN BİTKİLER
ÜZERİNDEKİ ETKİSİ
Aida SAHMUROVA1, Suna Özden ÇELİK2, Atakan ÖNGEN2
(1) Prof.Dr., Trakya Üniversitesi, Çorlu Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği
Bölümü, Tekirdağ/Çorlu, [email protected]
(2) Araş.Gör., Trakya Üniversitesi, Çorlu Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği
Bölümü, Tekirdağ/Çorlu, [email protected], [email protected]
ÖZET
Su havzalarının doğal yollarla arıtılması, fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçlerin karşılıklı
etkileşimi sonucunda, bozulan su kalitesinin eski haline getirilmesini amaçlamaktadır.
Kirlenmiş sulak alanlarda biyogen elementlerin varlığı ve fotosentetik organizmaların bu
maddeleri bünyelerinde biriktirebilme kapasiteleri ( N, P gibi ) bu organizmaları doğal arıtım
sürecinin aktif üyeleri haline getirmektedir.
Araştırmanın yapıldığı alanda Phreagmites communis, Typha laxmanii, Typha angustifolice,
Typha acutus, Bolboschanus compactus, Ιuncus litoralis, Ιuncus maritimus vb. türlerin temiz
ve karışık formasyonlar oluşturduğu gözlemlenmiştir. Söz konusu alanın hidrokimyasal ve
ekolojik yapısı bu formasyonların oluşmasında önemli etkenlerdir.
Çalışma kapsamında, mevcut arıtma tesislerinin göle deşarj noktalarından, gölün orta
bölgesinden ve gölün güney kıyılarında yaklaşık 6 km lik bir kıyı şeridinde yer etmiş olan
Phragmites communis bitkisinin yer altı ve yer üstü kısımlarında yapılan analizler sonucunda
aynı ortamın çeşitli alanlarındaki bitkinin organlarında toplanan minerallerin çok farklı
oldukları gözlenmiştir.
Yıl boyunca aynı noktalardan alınan 3 numune grubunda elementlerin birikim dinamiğinin
bitki türüne göre değiştiği belirlenmiştir. Örneğin Phragmites communis in yer altı organlarının
yüksek emme ve toplama kapasitesi, yer altı ve yer üstü organlarında farklı birikimlerin
gözlenmesine etkendir.
Anahtar Kelimeler : Doğal Arıtım, Yüksek Yapılı Su Bitkisi, Nütrient, Atıksu Arıtımı
IMPROVING THE WATER QUALITY BY AQUATIC PLANTS AND THE EFFECT
OF WATER QUALITY ON PLANT
ABSTRACT
Treatment of the water resin by natural ways aims at corrupted water quality gets turn as before
with interaction of phsical,chemical and biologic process. Availability of biogen material in the
polutted wetland and the biogen material accumulation capacity (such as N,P) of
photosynthetic organisms gets these organisms on active member of natural treatment period.
It has been observed that in the researching area, phreagmites communis ,Typha laxmanii,
Typha angustifolice,Typha acutus,Bolboschanus compactus,Tuncus maritimus e.g. species
formed clean and mixed formation.Hidrochemical and ecological form of researching area is
the important factor in forming these formation.
Yüksek Yapılı Bitkilerle Su Kalitesinin İyileştirilmesi ve
Su Kalitesinin Bitkiler Üzerindeki Etkisi
Aida SAHMUROVA
In this study,analyses have been made in Phragmites communis plant’s underground and
overground parts which in descharge point of available treatment plant,mezo stratum of lake. It
has been observed that accumulated minerals in the plants which in different area of same
environment are various.
It has been derived that the collection dynamics of three sample groups which have been taken
in same place changed during a year as to plant species. For example,the high sucking and
collection capacity of the underground parts of Phragmites Communis have been effected that
the observing different collection in underground and overground parts of this plant.
Key Words : Natural Treatment, Large Aquatic Plants, Nutrient, Wastewater Treatment
1.Giriş
1.1. Doğal Arıtım
Evsel ve endüstri kaynaklı atıksular su havzalarının kirlenmesinde önemli yer tutmaktadırlar.
Yüksek oranda organik azot bileşikleri içeren evsel atıksular ve karmaşık yapıya sahip
bileşikler içeren endüstriyel atıksuların su havzalarına karışması sonucu suyun fiziksel ve
kimyasal özellikleri yanında su ortamında bulunan mikroorganizmaların yapı ve miktarı, bir
başka deyişle biyolojik özellikleri de değişime uğrar.
Yüksek yapılı su bitkileriyle doğal arıtım süreci gerek evsel gerekse endüstriyel atıksuların
arıtılması amacı ile 1980 li yılların başından itibaren sıkça kullanılmaya başlanmıştır.( Van
Rijn, 1996).
Araştırmacılar yaptıkları çalışmalar sonucunda doğal artım süreci ile su ortamında ki mevcut
askıda maddeler, organik maddeler, nitrojen, fosfor, iz elementler ve bir takım
mikroorganizmaların arıtımında başarı sağlanacağını kaydetmişlerdir ( Kadlec and Knight,
1996).
Su havzalarının nütrientler bakımında zenginleşmesi ötrofikasyona neden olmakta buna bağlı
olarak fotosentetik organizmaların bu nütrientleri ( N, P gibi) kullanabilme özellikleri onları
kirlenmiş suların arıtımı sürecinin aktif bir üyesi haline getirmektedir. Söz konusu arıtma
çalışmaları temelde fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçlerin ışığında şekillenmektedir.
Özellikle su bitkileri ile arıtımın verimi suyun akım hızı, su derinliği, atıksu yükü, hidrolik
bekleme süresi, rüzgar ile yer değiştirme, suyun sıcaklığı ve yoğunluğu ayrıca incelenen
alanın topografik ve hidrojeolojik özelliklerine göre sürekli olarak değişim göstermektedir.
Düşük yatırım ve işletme maliyetinin yanında gerek küçük yerleşimler için gerekse kalabalık
yerleşimlerin kanalizasyon sularının arıtılmasında son işlem olarak kullanılabilirliği doğal
artımın avantajlarındandır. Bunun yanında konvansiyonel atıksu arıtma teknolojilerine göre
düşük işletim hızı bu prosesin dezavantajı sayılabilir (R.B.E. Shutes, 2001).
Kirlenmiş göl, havza, akıntı hızının düşük olduğu dere ve nehirlerde yüksek yapılı su bitkileri
oluşturdukları gruplarla kirleticilerin önünde doğal bir set oluştururlar. Ayrıca çoğu zaman su
ortamının fotosentez sonucu olarak oksijen açısından zenginleşmesinde fitopilanktonlara
nazaran daha etkilidirler.
1.2. Hacı Hasan Gölü
Çalışmanın yürütüldüğü Hacı Hasan Gölü Abşeron yarımadasının merkezinde Bakü şehrinin
batısında yer alıp 5 km’lik kıyı şeridine ve 0,6-1 km lik genişliğe sahiptir. Göle Binekadi,
Abşeron ve Karadağ bölgesinde dağınık olarak yerleşmiş bulunan karton-kağıt, bira, mobilya
kombinesi gibi çeşitli endüstrilerin yanı sıra askeri birliklerin arıtma tesislerinden gelen
atıksular da deşarj edilmektedir. Ayrıca gölün kıyı şeridinde kurulmuş olan köylerden de göle
gerek kullanılmış su gerekse kanalizasyon atıkları deşarj edilmektedir. Hacı Hasan gölüne
deşarj edilen bu atıklar daha sonra akıntı ile birlikte denize kadar ulaşmaktadır.
78
Yüksek Yapılı Bitkilerle Su Kalitesinin İyileştirilmesi ve
Su Kalitesinin Bitkiler Üzerindeki Etkisi
Aida SAHMUROVA
Gölün su kalitesini iyileştirmek amacı ile göle deşarj yapılan noktaların öncesinde klorlama
ünitesi kurulmuş ancak gerek endüstrilerin gerekse yerleşim yerlerinin dağınık oluşu ve
dereye gelen yükün fazlalığı nedeniyle klorlama ünitesi kirlilik yaratan parametreleri tek
başına kontrol edebilecek bir sistem olmaktan çıkmıştır. Bu sebeple doğal ortamda bulunan
yüksek yapılı su bitkileriyle arıtım sürecide alternatif olarak değerlendirilmiştir.
Araştırmanın yürütüldüğü gölde Phragmites communis, Typha laxmanii, Typha angustifolice,
Bolboschamus compactus, Bolboschamus marcitimus, Paspalum digitacia, Juncus acutus,
Juncus litoralis, Juncus maritimus gibi türlerin karışık formasyonlar oluşturduğu
gözlemlenmiş ve söz konusu alanın sürekli farklı yük ve farklı yapıda atıksu deşarjıyla yüz
yüze olmasından dolayı hidrokimyasal ve ekolojik yapısının bu formasyonların oluşumunda
önemli yer tuttuğu saptanmıştır.
2.Materyal ve Metot
Çalışma süresince, endüstrilere ait arıtma tesislerinin göle deşarj yaptığı noktalardan
(1. örnek), tesislerin deşarj noktasından yaklaşık 3 km uzaklıkta gölün orta kesimlerinden
(2. örnek) ve gölün yaklaşık 5 km uzunluğunda ki güney kıyısında (3. örnek) gruplar
oluşturmuş olan Phragmites communis bitkisinin yer altı ve yerüstü kısımlarından 1 yıllık
zaman zarfında bitkiler üzerindeki analizler için 3 farklı zamanda numuneler alınarak gölün
mevcut su kalitesini belirlemek için ise aylık periyotlarla izleme programı oluşturulmuştur.
Laboratuvar çalışmalarında yürütülen analizlerin tamamı Standart Metotlara bağlı kalınarak
yapılmış olup, Aquamate Water Analysis Spectrophotometers marka spektrofotometre
kullanılarak mineral madde ve ağır metal analizleri gerçekleştirilmiştir.
Gölde klorlanma ünitesinin girişinden ve çıkışından alınan numunelerde yapılan analizler
sonucunda saptanan parametrelere ait değerler aralık olarak Tablo 1 de gösterilmiştir.
Deneylerin yürütüldüğü 1 yıllık süre içerisinde bitkilerin yeraltı ve yerüstü organlarından
alınan örneklerde kimyasal analizler yapılarak bitki bünyesinde bir takım minerallerin
birikimi takip edilmiştir. İzlenen parametrelerin ölçüm değerleri Tablo 2 de gösterilmiştir.
Tablo 1. Klorlamadan önce ve sonra göl suyunun hidrokimyasal yapısı
Parametreler
pH
Koku (5 puan üzerinden)
Bulanıklık (NTU)
Renk ( derece ile)
Askıda Katı Madde (mg/l)
Petrol Ürünleri (mg/l)
BOI5 (mg/l)
COD (mg/l)
NH4+-N(mg/l)
NO3—N (mg/l)
Klorlamadan önce
7-7.5
5 p – durgun
7
7o
250-300
1.1
250-300
600-850
20-30
<2
Klorlamadan sonra
7-7.5
4 p - durgun
3
5o
175-225
0.5
150-200
400-450
10-20
<2
Tablo 2. Phragmites Communis bitkisinin yer altı ve yerüstü kısımlarında yıl boyunca
birikmiş minerallerin miktarları
Parametreler
K
P
Ca
Mg
Na
S
1.Örnek (kg/ha)
Yerüstü
Yeraltı
126
810
43
105
54
70
28
460
21
210
98
145
2. Örnek (kg/ha)
Yerüstü
Yeraltı
107
720
35
90
42
55
24
410
20
165
110
3. Örnek (kg/ha)
Yerüstü
Yeraltı
96
680
29
75
41
40
23
375
18
136
57
90
79
Yüksek Yapılı Bitkilerle Su Kalitesinin İyileştirilmesi ve
Su Kalitesinin Bitkiler Üzerindeki Etkisi
N (mineral)
Si
54
825
150
3150
Aida SAHMUROVA
48
812
125
2750
42
742
105
2400
Laboratuvar analizleri sonucunda klorlama ünitesinin çıkısında izlenen parametrelerde bir
takım azalmalar saptanmıştır. Ancak gerek askıda maddelerin büyük bir kısmının gerekse
çözünmüş maddelerin klorlama ünitesinden sonrada göle ulaştığı izlenmiştir.
Tablo2 incelendiği zaman, yıl boyunca bitki bünyesinde biriken maddelerin değişim
gösterdiği belirlenmiştir. Minerallerin Phragmites türünün yer altı ve yerüstü organlarında
birikim dinamiğinin farklılığı bu bitkinin yeraltı organlarının yerüstü organlarına kıyasla
yüksek emme ve toplama özelliğine sahip olmasından ileri gelmektedir.
Su kalitesinin izlenmesi amacı ile gölün çıkış bölgesinden alınan su numunelerinde yapılan
analizler sonucunda klorlama ünitesinden göle giren suyun bitkilerden oluşan doğal setleri
geçmesi sonrasında da izlenen parametrelerde değişiklikler olduğu gözlenmiştir. İzlenen KOI,
BOI5 ve NH4+-N parametreleri sırasıyla 150-200 mg/l, 50-100 mg/l ve <5 mg/l olarak
bulunmuş bu verilere bağlı kalınarak ortalama giderim verimi sırasıyla %60, %67, %67 olarak
hesaplanmıştır. Analiz sonuçları Tablo 3 de gösterilmiştir.
Tablo 3. Gölün çıkış bölgesinden alınan numunelere ait analiz sonuçları
Parametreler
pH
Koku (5 puan üzerinden)
Bulanıklık(NTU)
Renk ( derece ile)
Askıda Katı Madde (mg/l)
BOI5 (mg/l)
COD (mg/l)
NH4+-N (mg/l)
NO3—N (mg/l)
Analiz Sonuçları
7-7.5
4 p – durgun
7
7o
75-100
50-100
150-200
<5
-
Phragmites comminus bitkisinin 1 ton/ha lık kurutulmuş yerüstü kısımlarının ve yine
kurutulan 50 ton/ha lık kökümsü kütlesinden, sudan ve topraktan aldığı minerallerin miktarını
gösteren Tablo 2 de görülüyor ki, su bitkilerinin bünyelerinde mineralleri biriktirme
kapasiteleri yüksektir ve doğal arıtımda önemli yer tutmaktadırlar. Bu özelliklerinin yanı sıra
zamanla bitkilerin ölen kısımlarının çürümesiyle birlikte bünyelerinde biriken maddeler tekrar
su ortamına geçme riskini gösterir. Bu nedenle her yıl vejetasyonun sonuna yakın bu bitkilerin
hasat edilmesi gerekmektedir.
Araştırma süresince göl suyundaki maddelerin bitkiler üzerinde birikmesinin kontrolü yanında
ayrıca Phragmites comminus türü ile birlikte Bolboschamus compactus ve Typha laxmanii
türlerinin de göldeki çiçeklenme dönemleri incelenmiş ve göl suyunun bu çiçeklenme üzerine
etkisi 6 aylık bir periyot içinde izlenmiştir.
Bu amaçla her bir türe ait alınan diğer örneklerle eş zamanlı 3 er örnek alınmış ve çiçeklenme
fazları takip edilmiştir.
Elde edilen sonuçlar Tablo 4 de gösterilmiştir.
80
Yüksek Yapılı Bitkilerle Su Kalitesinin İyileştirilmesi ve
Su Kalitesinin Bitkiler Üzerindeki Etkisi
Aida SAHMUROVA
Tablo 4. Bazı su bitkilerinin çiçeklenme fazına ortamın etkisi
Bitki Türü
Örnek
Aylara göre bitkilerin çiçeklenmesi
No
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.
IX
Bolboschonus Compastus
1
2
3
Typha Laxmanii
1
2
3
Phragmites Communis
1
2
3
*Çizgiler çiçeklenme fazının uzunluğunu temsil etmektedir.
Yukarıda da görüldüğü gibi araştırma için seçilmiş üç türün çiçeklenme fazları alınan birinci
numunelerde son numunelere göre daha kısa sürmüştür. Bu da bulunan kimyasal madde
konsantrasyonlarının, bitkilerin gelişiminde olumsuz etki ettiğini göstermektedir. Üç örnekte
de yayılmış bitkilerin oluşturdukları assosiyasyonlarda tür yapısına göre farklılık
göstermektedir. İlk örneğin alındığı bölgede az karışık bir grup (Phragmites comminus, Typha
laxmanii, Sparganium neclestum) gözlemlenmişken 2. ve 3. örneklerde Phragmites
comminus, Typha laxmanii, Juncus acutus, Juncus litoralis, Juncus maritimus, Bolboschomus
compactus, Bolboschomus maritimus gibi farklı türlerin oluşturduğu grup dikkat çekmiştir.
Yapılan çalışmalar, gölün hidrokimyasal yapısının sadece bitkinin reproduktif organlarının
gelişme süresine, bitkilerin oluşturdukları gruplarının tür zenginliğine değil aynı zamanda
özellikle yerüstü organlarında biyokütlenin toplanma dinamiğine de doğrudan etki ettiğini
göstermiştir. İzlenen su bitkilerinin genel kütleye göre yer altı ve yerüstü organlarının
gelişimini gösteren veriler Tablo 5 de gösterilmiştir.
Tablo 5. Helofitlerde yer altı ve yerüstü organlarının karşılaştırılması (Genel kütleye göre %)
Bitki Adı
Örnek 1 (%)
Örnek 2 (%)
Örnek 3 (%)
Yerüstü Yeraltı
Yerüstü
Yeraltı Yerüstü
Yeraltı
Bolboschonus Compastus
44
56
47
53
49
51
Typha Laxmanii
24
77
29
71
31
69
Phragmites Communis
18
82
22
78
24
76
Halofitlerin yer altı ve yerüstü organlarının genel kütleye oranla gelişimlerini incelediğimiz
zaman çiçeklenme fazında karşılaştığımız duruma benzer bir durum görmekteyiz. Ortamdaki
madde konsantrasyonu bitkilerde biyokütlenin oluşumuna özelliklede yeraltı kütlesinin
yerüstü kütlesine nazaran daha fazla gelişmesine neden olduğu gözlemlenmiştir.
3.Sonuç
Doğal arıtım sürecinin durgun veya durgun sayılabilecek sularda uygulanabilmesi için
öncelikli olarak havzanın hidrojeolojik, topografik, iklimsel özellikleri ile birlikte su
kütlesinin fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin incelenmesi gerekmektedir.
Araştırmanın yürütüldüğü gölün endüstrilerin deşarj alanından uzaklaştıkça yüksek yapılı su
bitkilerinin büyümesi ve farklı tür oluşturmaları için uygun bölgelere sahip olduğu ve
gelişecek türlerin göle deşarj edilen atıksularla birlikte göldeki madde konsantrasyonlarındaki
değişime bağlı olarak oluşacağı belirlenmiştir.
Her ne kadar gelişen bitki türleri mineral maddelerin daha yoğun olduğu bölgelerde (1. örnek)
çeşitlilik göstermese de minerallerin bünyelerinde tutulmasında oldukça büyük rol
oynamaktadırlar.
81
Yüksek Yapılı Bitkilerle Su Kalitesinin İyileştirilmesi ve
Su Kalitesinin Bitkiler Üzerindeki Etkisi
Aida SAHMUROVA
Göl suyunun çıkışına yakın bölgelerin (3. örnek) makrofitlerin büyümesi ve grup
oluşturabilmeleri için daha uygun olduğu gözlemlenmiştir. Bu bölgede su ve su-kıyı
bitkilerinin tür zenginliğine ve gelişen biyokütle miktarına göre daha verimli oldukları
belirlenmiştir.
Bitkilerin bünyesinde biriken arzu edilmeyen maddelerin tekrar su ortamına geçişini
engellemek için bu bitki gruplarının yerüstü organlarının her yıl vejetasyon sonunda hasat
edilerek gölden uzaklaştırılmalıdır.
Ayrıca göldeki makrofitlerin yanı sıra etkin bir iyileştirme sağlayabilmek için mikro ve
zoofitlerin biyokimyasının da araştırılması, coğrafi habitatın belirlenmesi ve bu verilere dayalı
kontrol mekanizmalarının belirlenmesi gerekmektedir.
4.Kaynaklar
•
Luederitz V. et. al. (2001), “Nutrient removal efficiency and resource economics of
vertical flow and horizontal flow constructed wetlands”, Ecological Engineering, 18:
sf:157-171
•
Scholz M. (2003), ”Performance predictions of mature experimental constructed
wetlands which treat urban water receivinghig h loads of lead and copper”, Water
Research, 37: 1270-1277
•
Ying-Feng Lin (2002), “Nutrient removal from aquaculture wastewater using a
constructed wetlands system”, Aquaculture, 209: 169-184
•
R.B.E. Shutes, (2001), “Artificial wetlands and water quality improvement”
Environment International, 26: 441-447,
•
Espun˜a A., et al. (2003), “Design optimisation of constructed wetlands for wastewater
treatment” Resource Conservation & Recycling, 37: 193-204
•
Ayaz S. Ç., Akça L. (2001), “Treatment of wastewater by natural systems” Environment
International, 26, 189-195
•
Cheng S. (2002), “Efficiency of constructed wetlands in decontamination of water
polluted by heavy metals” Ecological Engineering, 18: 317-325,.
•
Katanskaya B.M. (1981), “Su havzalarında Yüksek yapılı su bitkilerinin incelenmesi”
Petersburg, 186-212,
•
Hailov K.M. (1971), “Denizlerde ekolojik Metabolizma” D.Kiev, 98-176
•
Konin K.H., (1982) “Yüksek yapılı bitkilerin ekolojisi” Moskova, Rusya, 159-198,
•
Van Rijn (1996), “The potantial for integrated biological treatment systems in
recirculating fish culture : a review.,Aquaculture, Vol:139,181-201
•
Kadlec, R.H & R.L Knight (1996), “Treatment wetlands”, CRC Lewis Publishers, Boca
Raton. 893 p.
82