evre Ynetimi Genel Mdrl

Su ve Toprak Ynetimi Dairesi Bakanl

NSAN 2010

T.C.

EVRE VE ORMAN BAKANLII

EVRE VE ORMAN UZMANLIK TEZ

FLZ DOAN

TEZ KONUSU

MEVCUT ATIKSU ARITMA TESSLERNN FOSFOR GDERM N

REHABLTASYONUNDA SEENEKLERN DEERLENDRLMES

i

NSZ

Avrupa Birliine uyum srecinde olan lkemizde atksulardan ntrient giderimi

zellikle hassas alc ortamlarda oluabilecek kirlilii nlemek amacyla nem

kazanmtr. Bu sebeple yrrle giren Kentsel Atksu Artm Ynetmelii

(08.01.2006 tarih ve 26047 sayl) ve Hassas ve Az Hassas Su Alanlar Teblii

(27.06.2009 tarih ve 27271 sayl) ile azot ve fosfor dearj standartlar mevzuatmza

dhil edilmitir. Atksu artma proseslerinde en nemli ntrientler azot ve fosfordur.

lkemizde ve dnyada azot giderimi prosesi ieren atksu artma tesisleri konusunda

yeterli tasarm ve iletme bilgisi mevcut olduundan bu sistemlerde ok ciddi

sorunlar yaanmamaktadr. Ancak ayr olarak ele alnmas gereken bir dier ntrient

olan fosforun gideriminde skntlar bulunmaktadr. zellikle biyolojik fosfor

giderim mekanizmalar eitli nedenlerle almamaktadr.

Bu tez kapsamnda fosfor giderimi teknolojileri irdelenmitir. Bununla birlikte Trk

ve Avrupa Birlii mevzuatnda fosfor giderimi ile ilgili standartlar karlatrlmtr.

lkemizde fosfor artm yapan 10 atksu artma tesisinin artma kapasiteleri ve

artamama nedenleri incelenmitir. Bu tesislerdeki fosfor artm performansn

etkileyen faktrlere ( pH, scaklk, hidrolik bekleme sreleri, amur ya, uucu ya

asitleri vb.) ait veriler elde edilerek tesislerin giderim verimleri karlatrlmtr.

Mevcut tesislerde yenileme ve iyiletirmeye gidildiinde ilave artma seenei olarak

hangi fosfor giderim teknolojisinin uygun olaca deerlendirilmeye allmtr.

Fosfor giderme prosesleri kompleks bir yapya sahiptirler. Birok faktrden

etkilenmektedirler. Bu nedenle yaplan tez kapsamnda kati sonular elde edilemese

bile bu tez gelecekte yaplacak almalar iin bilgi salayacaktr.

Son olarak; bu tezin hazrlanmas aamasnda desteklerini her zaman hissettiim

eim Ahmet DOAN ve aileme, yardmlarn esirgemeyen mesai arkadalarma

sonsuz teekkrlerimi sunarm.

ii

NDEKLER

NSZ i

NDEKLER ii

SMGELER VE KISALTMALAR DZN iv

TABLO LSTES vi

EKL LSTES ix

GR 1

1. ATIKSULARDA FOSFORUN VARLII VE KAYNAKLARI 3

2. EVSEL ATIKSULARDAN FOSFOR GDERM 5

2.1. Biyolojik Fosfor Giderimi 5

2.1.1. Biyolojik Fosfor Gideriminin Fizyolojisi 5

2.1.2. Biyolojik Fosfor Giderimi Sistemlerinin

Performansn Etkileyen Faktrler 7

2.1.3. Biyolojik Fosfor Giderim Sistemlerinde Biyokimyasal Modeller 15

2.1.4. Biyolojik Fosfor Giderim Sistemlerinde

Fosfor Giderim Verimini yiletirme Yntemleri 16

2.1.5. Fosfor Gideren Biyolojik Prosesler 18

2.1.6. Azot ve Fosforun Birlikte Giderildii Biyolojik Prosesler 20

2.2. Kimyasal ktrme le Fosfor Giderimi 34

2.2.1. Fosfat keltiminin Kimyas 34

2.2.2. Kimyasal Fosfor Giderimi in Stratejiler 36

2.3. Fosfor Geri Kazanm 45

2.4. Atksulardan Fosfor Giderimi zerine Son Gelimeler 47

3. ATIKSU SEKTRNDE MEVCUT DURUM 56

3.1. lkemizde Atksu Sektrndeki Mevcut Durum 56

3.1.1. lkemizin Atksu Sektrndeki Hedefleri 59

3.1.2. Avrupa Birliine Uyum Srecinde Finansman htiyalar 61

3.2. Avrupa Birliine ye ve Aday lkelerde Atksu

Sektrndeki Mevcut Durum 62

iii

4. ATIKSU SEKTRNDE YASAL EREVE 66

4.1. lkemizde Atksu Sektrndeki Yasal ereve 66

4.2. Avrupa Birliinde Atksu Sektrndeki Yasal ereve 76

5. TRKYEDE FOSFOR GDERM YAPAN AAT'LERN

MEVCUT DURUMUNUN DEERLENDRLMES80

5.1. Fosfor Giderimi Yapan Mevcut Atksu Artma Tesisleri 80

5.1.1. Bursa Bykehir Belediyesi Bat Atksu Artma Tesisi 86

5.1.2. Bursa Bykehir Belediyesi Dou Atksu Artma Tesisi 92

5.1.3. stanbul Bykehir Belediyesi Paaky Atksu Artma Tesisi 97

5.1.4. Antalya Bykehir Belediyesi Hurma Atksu Artma Tesisi 104

5.1.5. Antalya Bykehir Belediyesi Lara Atksu Artma Tesisi 109

5.1.6. Kayseri Bykehir Belediyesi Atksu Artma Tesisi 114

5.1.7. Malatya Belediyesi Atksu Artma Tesisi 118

5.1.8. Fethiye Belediyesi Atksu Artma Tesisi 122

5.1.9. Ktahya Belediyesi Atksu Artma Tesisi 126

5.1.10. zmir Bykehir Belediyesi ili Atksu Artma Tesisi 130

6. SONULAR- NERLER 137

KAYNAKLAR 151

ZGEM 163

iv

SMGELER VE KISALTMALAR DZN

Simgeler

m3 : Metrekp

% : Yzde

TL : Trk Liras

: Euro

Al : Alminyum

Ca : Kalsiyum

Fe : Demir

K : Potasyum

Mg : Magnezyum

Na : Sodyum

N : Azot

P : Fosfor

TP : Toplam Fosfor

PO43-

: Ortofosfat

TN : Toplam Azot

NO3- : Nitrat Azotu

TKN : Kjeldahl Azotu

g : Gram

mg : MiliGram

kg : Kilogram

mg/L : Miligram/Litre

kW : Kilowatt 0C : Santigrat

Sa. : Saat

ha : Hektar

Ksaltmalar

AAT : Atksu Artma Tesisi

A/O : Anaerobik+Oksik

A2O : Anaerobik+Anoksik+Oksik

AKM : Askda Kat Madde

BO : Biyolojik Oksijen htiyac

HRT : Hidrolik Bekleme Sresi (Hydraulic Retention Time)

SK : stanbul Bykehir Belediyesi Su ve Kanalizasyon daresi

KASK : Kayseri Bykehir Belediyesi Su ve Kanalizasyon daresi

KO : Kimyasal Oksijen htiyac

MCRT : Kat Madde Alkonma Sresinin Etkisi (Mean Cell Residence Time)

MAP : Magnezyum Amonyum Fosfat

MLSS : Askda Kat Madde

non-PAO : Fosfat Depolayamayan Mikroorganizma

PAO : Fosfat Depolayabilen Mikroorganizma

PHA : Polihidroksi Alkanot

v

PHB : Polihidroksibtirat

PHV : Poly--hydroxyvalyrate

RAS : Geri Devir amuru

rbCOD : Kolaylkla Biyolojik Indirgenebilir Kimyasal Oksijen htiyac

SBR : Ardk Kesikli Reaktr Prosesi ( Sequencing Batch Reactor)

SD : Su ereve Direktifi

SRT : Kat Madde Alkonma Sresi

TK : Trkiye statistik Kurumu Bakanl

UAKM : Uucu Askda Kat Madde

UCT : University of Cape Town Process

UES : AB Ulusal evre Stratejisi Dokman

UYA : Uucu Ya Asitleri

WAS : Fazla Aktif amur

VIP : Virginia Initiative Plant Process

v.d. : Ve dierleri

vi

TABLO LSTES

Tablo 1.1 Amerika Atksularnda Fosforun Kimyasal Formlar 4

Tablo 2.1 Farkl Biyolojik Fosfor Giderim Prosesleri in Gzlemlenen 11

Giri BO/P KO/P Oranlar

Tablo 2.2 Fosforla Birlikte Tanan yonlarn Molar Oranlar 15

Tablo 2.3 Fosfor Giderim Prosesi iin Avantaj ve Snrlamalar 24

Tablo 2.4 Farkl k Suyu Fosfor Deeri Snrlamalar in

Biyolojik Fosfor Giderim Prosesi Gereksinimleri 26

Tablo 2.5 Yaygn Olarak Kullanlan Biyolojik Fosfor

Giderim Proseslerinin Tipik Dizayn Parametreleri 27

Tablo 2.6 Farkl Oranlarda Fosfor Giderimi iin Gerekli

Tipik Alm Dozajlar 39

Tablo 2.7 Kimyasal Fosfor Giderim Proseslerinin Karlatrlmas 44

Tablo 2.8 Fosforun Kire, Alm Ve Demir le ktrlmesi Srecinde

retilen amur Miktarnn Belirlenmesinde Gerekli Reaksiyonlar 45

Tablo 3.1 Kanalizasyon ebekesi le Hizmet Verilen Nfusun

Toplam Belediye Nfusuna Oran 56

Tablo 3.2 Atksu Artma Tesisi le Hizmet Verilen Nfusun

Toplam Belediye Nfusuna Oran 57

Tablo 3.3 19942009 Yllar Arasnda Atksu Artma Tesisi Durumu 57

Tablo 3.4 Atksu Artma Tesisi le Hizmet Veren Belediye Says 58

Tablo 3.5 Atksu Artma Tesisi le Hizmet Edilen Nfusun

Belediye Nfusuna Oran (lkemizin Hedefi) 60

Tablo 3.6 Atksu Artma Tesisi le Hizmet Edilen

Belediye Says (lkemizin Hedefi) 61

Tablo 3.7 Avrupada Artma Tesislerinin Durumu ve P Giderimi 65

Tablo 4.1 Kentsel Atksu Artm Tesislerinden kincil Artma

likin Dearj Limitleri 72

Tablo 4.2 Kentsel Atksu Artm Tesislerinden leri Artma

likin Dearj Limitleri 73

Tablo 4.3 Hassas ve Az Hassas Su Alanlar Teblii EK-1

Hassas Alanlar Tablosu 75

Tablo 5.1 Trkiye'de Fosfor Giderimi Yapan Mevcut Atksu Artma Tesisleri 82

vii

Tablo 5.2 Atksu Artma Tesisi Bilgi Formu 83

Tablo 5.3 Fosfor Giderimi Tablosu 84

Tablo 5.4 Bursa Bat AAT Dizayn Parametrelerinin Literatrle Karlatrlmas 87

Tablo 5.5 Bursa Bat AAT Giri-k Atksu Karakteristikleri ve

Kirlilik Giderim Performanslar 88

Tablo 5.6 Bursa Bat AAT Giri KO/BO, BO/TP, KO/TP Oranlar ile

TP k Deeri 90

Tablo 5.7 Bursa Bat AAT KO, TP ve Uucu Ya Asidi Deerleri 91

Tablo 5.8 Bursa Dou AAT Dizayn Parametrelerinin Literatrle Karlatrlmas 94

Tablo 5.9 Bursa Dou AAT Giri-k Atksu Karakteristikleri ve

Kirlilik Giderim Performanslar 95

Tablo 5.10 Bursa Dou AAT Giri KO/BO, BO/TP, KO/TP Oranlar ile

TP k Deeri 97

Tablo 5.11 stanbul Paaky AAT Giri-k Atksu Karakteristikleri

ve Kirlilik Giderim Performanslar 100

Tablo 5.13 Paaky AAT Giri KO/BO, BO/TP, KO/TP Oranlar ile

TP k Deeri 101

Tablo 5.14 Paaky AAT KO, TP ve Uucu Ya Asidi Deerleri 102

Tablo 5.15 Hurma AAT Giri-k Atksu Karakteristikleri ve

Kirlilik Giderim Performanslar 107

Tablo 5.16 Hurma AAT Giri KO/BO, BO/TP, KO/TP Oranlar ile

TP k Deeri 109

Tablo 5.17 Lara AAT Giri-k Atksu Karakteristikleri ve

Kirlilik Giderim Performanslar 111

Tablo 5.18 Lara AAT Giri KO/BO, BO/TP, KO/TP Oranlar ile

TP k Deeri 113

Tablo 5.19 Kayseri AAT Giri-k Atksu Karakteristikleri ve

Kirlilik Giderim Performanslar 116

Tablo 5.20 Kayseri AAT Giri KO/BO, BO/TP, KO/TP Oranlar ile

TP k Deeri 117

Tablo 5.21 Malatya AAT Giri-k Atksu Karakteristikleri ve

Kirlilik Giderim Performanslar 120

viii

Tablo 5.22 Malatya AAT Giri KO/BO, BO/TP, KO/TP Oranlar ile

TP k Deeri 121

Tablo 5.23 Fethiye AAT Giri-k Atksu Karakteristikleri ve

Kirlilik Giderim Performanslar 124

Tablo 5.24 Fethiye AAT Giri KO/BO, BO/TP, KO/TP Oranlar ile

TP k Deeri 125

Tablo 5.25 Ktahya AAT Giri-k Atksu Karakteristikleri ve

Kirlilik Giderim Performanslar 128

Tablo 5.26 Ktahya AAT Giri KO/BO, BO/TP, KO/TP Oranlar ile

TP k Deeri 129

Tablo 5.27 zmir-ili AAT Giri-k Atksu Karakteristikleri ve

Kirlilik Giderim Performanslar 132

Tablo 5.28 ili AAT Giri KO/BO, BO/TP, KO/TP Oranlar ile

TP k Deeri 133

Tablo 6.1 Genel Deerlendirme 141

Tablo 6.2 Maliyet Deerlendirmesi 142

Tablo 6.3 Evsel Atksulardan P Giderme Verimini Olumsuz

Ynde Etkileyen Sebepler ve zm nerileri 145

Tablo 6.4 lk Yatrm Maliyeti Art 148

Tablo 6.5 Gnlk letme Maliyetlerindeki Art 149

ix

EKL LSTES

ekil 1.1 Fosforun Bileenleri 3

ekil 2.1 Biyolojik Fosfor Giderim Mekanizmas 6

ekil 2.2 Prosesteki Konsantrasyon Deiimlerinin ematik Gsterimi 6

ekil 2.3 Heteretrof PAOlar ve Non-PAOlarn Anerobik/Anoksik/Aerobik

Koullardaki Davranlarna Ait Diyagram 9

ekil 2.4 KO/P Oran, amurun Fosfor erii ve Fosfor Giderim Verimi likisi 12

ekil 2.5 Asetat Asimilasyonu, Fosfor Salnm ve Anaerobik Sre 13

ekil 2.6 Fosfor Gideriminde Uucu Ya Asitlerinin retimi in

Kullanlan Fermantasyon Reaktrlerine rnekler 17

ekil 2.7 A/O Prosesi 18

ekil 2.8 PhoStrip Prosesi 19

ekil 2.9 Karbon, Azot ve Fosfor iin Ardk Kesikli Reaktr letimleri 19

ekil 2.10 A2/O Prosesi 20

ekil 2.11 Bardenpho Prosesi 21

ekil 2.12 UCT Prosesi 22

ekil 2.13 VIP Prosesi 23

ekil 2.14 Johannesburg Prosesi 23

ekil 2.15 Yapay Sulakalanda Fosfor Giderim Mekanizmas 29

ekil 2.16 Artlmam Atksu Alkalinitesinin Bir Fonksiyonu Olarak

pH 11e Ykseltmek in Gerekli Kire Dozaj Miktar 35

ekil 2.17 zlebilir Fosforla Dengedeki Alminyum ve Ferik

Fosfat Konsantrasyonu 36

ekil 2.18 Fosfor Giderimi iin Alternatif Kimyasal Ekleme Noktalar 37

ekil 2.19 Demir Klorr lavesi le zlebilir Fosfor Giderimi 40

ekil 2.20 Fosfor Giderimi in Tipik Kire Artm Prosesi Ak Diyagramlar 43

ekil 3.1 Belediyelere Ait Atksu Artma Tesislerinin Artma Tr 58

ekil 3.2 Atksu Yatrm htiyac 61

ekil 3.3 1990-2005 Yllar Arasnda Avrupann Tm Blgelerinde

Atksu Artmndaki Deiimler 63

ekil 3.4 1995-2005 Yllar Arasnda Gneydou Avrupa lkelerindeki

Atksularn Artlmasndaki Deiimler 65

x

ekil 4.1 Trkiyede Atksu Mevzuat 67

ekil 5.1 Bursa Bat AAT Akm emas 86

ekil 5.2 Bursa Bat AAT Mevsimsel Artma Verimleri 89

ekil 5.3 Bursa Bat AAT Giri Atksu Karakteristiinin

k Fosfor Konsantrasyonu zerine Etkisi 90

ekil 5.4 Uucu Ya Asidi Deerinin TP Giderme Verimi

zerine Etkisi Bursa Bat AAT 92

ekil 5.5 Bursa Dou AAT Akm emas 93

ekil 5.6 Bursa Dou AAT Mevsimsel Artma Verimleri 96

ekil 5.7 Bursa Dou AAT Giri Atksu Karakteristiinin

k Fosfor Konsantrasyonu zerine Etkisi 97

ekil 5.8 Paaky AAT Grnm 99

ekil 5.9 Paaky AAT Mevsimsel Artma Verimleri 101

ekil 5.10 Paaky AAT Giri Atksu Karakteristiinin

k Fosfor Konsantrasyonu zerine Etkisi 102

ekil 5.11 Uucu Ya Asidi Deerinin TP Giderme Verimi

zerine Etkisi Paaky AAT 103

ekil 5.12 Hurma AAT Akm emas 105

ekil 5.13 Hurma AAT Mevsimsel Artma Verimleri 108

ekil 5.14 Hurma AAT Giri Atksu Karakteristiinin k

Fosfor Konsantrasyonu zerine Etkisi 109

ekil 5.15 Lara AAT Akm emas 110

ekil 5.16 Lara AAT Mevsimsel Artma Verimleri 112

ekil 5.17 Lara AAT Giri Atksu Karakteristiinin k

Fosfor Konsantrasyonu zerine Etkisi 113

ekil 5.18 Kayseri AAT Grnm 114

ekil 5.19 Kayseri AAT Mevsimsel Artma Verimleri 117

ekil 5.20 Kayseri AAT Giri Atksu Karakteristiinin

k Fosfor Konsantrasyonu zerine Etkisi 118

ekil 5.21 Malatya AAT Grnm 118

ekil 5.22 Malatya AAT Mevsimsel Artma Verimleri 121

ekil 5.23 Malatya AAT Giri Atksu Karakteristiinin

k Fosfor Konsantrasyonu zerine Etkisi 122

ekil 5.24 Fethiye AAT Akm emas 123

xi

ekil 5.25 Fethiye AAT Mevsimsel Artma Verimleri 125

ekil 5.26 Fethiye AAT Giri Atksu Karakteristiinin

k Fosfor Konsantrasyonu zerine Etkisi 126

ekil 5.27 Ktahya AAT Genel Yerleim Plan 127

ekil 5.28 Ktahya AAT Mevsimsel Artma Verimleri 129

ekil 5.29 Ktahya AAT Giri Atksu Karakteristiinin

k Fosfor Konsantrasyonu zerine Etkisi 130

ekil 5.30 ili AAT Akm emas 131

ekil 5.31 ili AAT Mevsimsel Artma Verimleri 133

ekil 5.32 ili AAT Giri Atksu Karakteristiinin

k Fosfor Konsantrasyonu zerine Etkisi 134

1

GR

Yksek konsantrasyonlarda fosfor ieren atksularn kontrolsz ekilde alc ortama

dearj edilmesi sonucunda, su kalitesinde nemli lde bozulmalar olabilmektedir.

Alc ortama fosfor dearj trofikasyon olarak bilinen ar miktarda alg ve dier

sucul bitkilerin bymesine sebep olmaktadr. Su kalitesinin korunmas ve alc

ortamlarda trofikasyon riskinin azaltlmas iin karbon ve azot gibi ntrientlerin

yan sra fosforun da atksulardan giderilmesi gerekmektedir. Atksulardan fosfor

biyolojik ve kimyasal metotlarla giderilmekle birlikte, gerekli olduunda her iki

metot da kullanlabilmektedir. Kimyasal metotlar seici olmadndan kullanlacak

kimyasallar atksular ierisindeki farkl iyonlarla tepkime verebilir ve olumsuzluklara

neden olabilir. Bununla birlikte biyolojik prosesler seici olup, tesisler doru bir

ekilde dizayn edilip iletildiinde dk k fosfor konsantrasyonlar kolaylkla

elde edilebilmektedir. Bu nedenle ou atksu artma tesisinde ncelikle biyolojik

prosesler kullanlmakta, gerektiinde kimyasal ktrme yaplmaktadr.

Biyolojik fosfor giderimi iin srasyla anaerobik ve aerobik koullar gereklidir.

Anaerobik koullarda fosfor depolayan mikroorganizmalar asetat, glikoz gibi uucu

ya asitlerini hcre iine tarlar. Ardndan bu uucu ya asitleri polihidroksi

alkanotlara (PHA, rn; polihidroksibtirat: PHB) dntrlr ve depolanr. Tama

ve depolama iin gerekli enerji polifosfatn ortofosfata hidrolizinden salanr.

Bylece ortofosfatlar ortamdaki suya geerler. Aerobik ya da anoksik koullar

altnda depolanan PHB hcre geliimi, polifosfat sentezi, glikojen oluumu ve bakm

iin kullanlr. Aerobik koullarda fosfor depolayan mikroorganizmalar daha nce

anaerobik koullarda sald fosfatn byk miktarn polifosfat olarak depolar.

Depolanan fosfat sistemden amurun uzaklatrlmas ile giderilir. Biyolojik fosfor

giderimini etkileyen faktrler gruba ayrlr. lk grup scaklk, pH ve znm

oksijen gibi evresel faktrleri ierir. Kat madde alkonma sresi, hidrolik bekleme

zaman gibi dizayn parametreleri ikinci grubu oluturur. nc grup biyolojik

olarak indirgenebilir substrat konsantrasyonu, uucu ya asidi retimi ve anaerobik

tanktaki nitrat varldr.

Kimyasal yolla fosfor gideriminde, genellikle ok deerlikli metal tuzlarnn suya

ilave edilmesi ile suda ok az znen trde fosfat kelei oluturarak fosforun

2

sudan uzaklatrlmas salanm olur. En yaygn kullanlan ok deerlikli metal

iyonlar kalsiyum (Ca (II)), alminyum (Al (II)) ve demir (Fe (III)) dir. Fosfor

giderimi iin kullanlacak kimyasal seimini etkileyen faktrler, giri fosfor miktar,

atksudaki askda maddeler, alkalinite, oluan amur miktar, kimyasallarn maliyeti,

kimyasallarn bulunabilirlii ve dier artma niteleri ile uyumluluudur.

3

1. ATIKSULARDA FOSFORUN VARLII VE KAYNAKLARI

Fosfor (P) tm yaam formlar iin gerekli bir ntrienttir. Deoksiribonkleik asit

(DNA), Ribonkleik asit (RNA), Adenozin difosfat (ADP) ve Adenozin trifosfat

(ATP) yaplarnda nemli rol oynar. Doal sulardaki fosfor bileene ayrlr.

zlebilir reaktif fosfor, zlebilir reaktif olmayan ya da zlebilir organik fosfor

ve partikl fosfor. (Rigler, 1973)

ekil 1.1 Fosforun Bileenleri (Carlson, R.E. & J. Simpson, 1996)

zlebilir reaktif fosforun byk bir blm inorganik ortofosfattan (PO43-) oluur.

Ortofosfatlar algler tarafndan direkt alnabilir. Reaktif terimi zlebilir reaktif

fosfor fraksiyonun sadece inorganik fosfordan olumadn reaktiflerle tepkimeye

giren baz organik formlar ieren dier fosfor formlarn da ierebileceini belirtmek

iin kullanlr. Baz inorganik fosfor (polifosfatlar) formlar gerekte tepkimeye

girmezken, baz organik formlar grnte hidroliz yapar ve test koullar altnda

tepkimeye girer.

zlebilir reaktif olmayan fosfor, fosfor reaktifleriyle tepkimeye girmeyen

filtrelenebilir fosfor formlarndan oluur. Bylece zlebilir reaktif fosfor ile

zlebilir fosfor arasndaki fark lmlenebilir. zlebilir reaktif olmayan

fraksiyondaki bileikler polifosfat olarak isimlendirilen inorganik fosfor molekl

Su Numunesi

Filtreleme Yakma lemi

zlebilir

Reaktif P

Yakma lemi Toplam P

zlebilir P

4

zincirleri ve fosforun organik formlardr. zlebilir fosfor filtratn yaklmasndan

sonra llebilir ve fosforun tm filtrelenebilen formlarn ieririr. Bu formlar

organik ve yakma prosesinden sonra ortofosfatlara dnen inorganiklerdir. Partikl

fosfor filtre zerinde tutulan inorganik, organik btn materyalleri ierir. Partikl

fosfor ya suyu bir membran filtreden geirip daha sonra yakma ilemi

gerekletirilerek llebilir ya da toplam fosfor konsantrasyonundan zlebilir

fosfor konsantrasyonu karlarak elde edilebilir. Toplam fosfor filtrelenebilir ve

partikl fosfor formlarnn tmn ierir.

Yetikin bir insan gnde 1,3-1,5 g fosforu vcudundan atar. Evsel atksudaki

fosforun %50-65i bundan kaynaklanr. % 30-50i ise deterjanlardan kaynaklanr.

Dier fosfor kaynaklar di macunu, gbre ve ila gibi endstrilerin rnleridir.2008

ylnda Bakanlmzca yaymlanan Atksu Artm Eylem Plannda havza baznda

fosfor ykleri ve kaynaklar belirtilmektedir. Bu verilere gre; Marmara Havzasnda

endstri, yerleim alanlar, tarm, orman, ayr, otlak arazileri ve turizmden

kaynaklanan yllk toplam fosfor yk 5905,3 tondur. Orta Akdeniz Havzasnda

toplam azot ve fosfor kirliliin byk ksm (%75) yerleimden kaynaklanmaktadr.

Dou Akdeniz Havzasnda toplam fosfor yknn %60 yerleimden, %38i ise

endstrilerden kaynaklanmaktadr. Bat Karadeniz Havzasnda evsel atksudan

kaynaklanan yllk toplam fosfor yk 313 tondur. Dou Karadeniz Havzasnda

evsel atksudan kaynaklanan yllk toplam fosfor yk 472 tondur.

Tablo 1.1de Amerikada evsel atksudaki tipik fosfor konsantrasyonlar

verilmektedir. n artma fosforun %10nunu giderirken, ikincil artma sadece

%30unu gidermektedir. (Smith,1990). lave fosfor giderimi iin ncl artma

gereklidir. Fosfat konsantarasyonu 0,1 mg/Lnin zerinde olduunda istenmeyen alg

geliimi gzlemlenir. (F. Karg, 1998)

Tablo 1.1 Amerika Atksularnda Fosforun Kimyasal Formlar (Sedlak, 1991)

Ortofosfatlar 3-4 mg/L

Kondanse Fosfatlar

(pyro-meta-ve dier polifosfatlar) 2-3 mg/L

Organik Fosfatlar 1 mg/L

5

2. EVSEL ATIKSULARDAN FOSFOR GDERM

Evsel atksularda fosfor biyolojik ve/veya kimyasal metotlarla giderilebilir. Kimyasal

prosesler seici deildir. Bu yzden atksuda bulunan ou farkl iyonlar kimyasal

fosfor giderimini daima olumsuz ynde etkileyecektir. Biyolojik prosesler yksek

seicilik kabiliyetine sahiptir ve kolaylkla dk k standartlarn salayabilir.

2.1. Biyolojik Fosfor Giderimi

2.1.1. Biyolojik Fosfor Gideriminin Fizyolojisi

Aktif amur fosfat depolayabilen organizmalarla zenginletirildiinde biyolojik

fosfor giderimi mmkn olacaktr. Fosfat depolayabilen mikroorganizmalar

(phosphate accumulating organism: PAO) ayrca fosfor gideren ya da polifosfat

bakterileri olarak ta adlandrlmaktadrlar. Bu mikroorganizmalar fosforu polifosfat

olarak depolayabilirler. Fosfor giderimi iin srasyla anaerobik ve aerobik artlar

gereklidir. Anaerobik koullarda PAOlar asetat, glikoz gibi uucu ya asitlerini

(UYA) hcre iine tarlar. Ardndan bu UYAlar polihidroksi alkanotlara (PHA,

rn; polihidroksibtirat: PHB) dntrlr ve depolanr. Tama ve depolama iin

gerekli enerji polifosfatn ortofosfata hidrolizinden salanr. Bylece ortofosfatlar

ortamdaki suya geerler. Aerobik ya da anoksik koullar altnda depolanan PHB

hcre geliimi, polifosfat sentezi, glikojen oluumu ve bakm iin kullanlr. Aerobik

koullarda PAOlar daha nce anaerobik koullarda sald fosfatn byk miktarn

polifosfat olarak depolar. Bu fosfor alnmdr. Depolanan fosfat sistemden amurun

uzaklatrlmas ile giderilir.

Biyolojik olarak fosfor artmnda fazla amurun alnmasnda dikkat edilmelidir.

amur anaerobik koullar altnda tutulduu zaman fosfor salnm gerekleecektir.

Bakteri enerji kayna olarak depolanan polifosfatlar kullanaca iin asetat ilavesi

olmakszn bile ortofosfatlarn salnm mmkndr. Biyolojik fosfor artm

sistemlerinin anaerobik blgesinde uzatlm kontak sresinden sonra ayrca

ortofosfat salnm olabilir. Bu durumda salnan fosfor aerobik blgede alnmayabilir.

nk sonraki oksidasyon iin salnm asetat alnm ve PHB depolamayla birlikte

olmayacaktr. Bu koullar altndaki ortofosfat salnm biyolojik proses iin daha

6

dk fosfor giderim verimine yol aabilen ikincil salnm (Barnard 1984) olarak

tanmlanr. (Metcalf&Eddy, 2004)

Biyolojik fosfor giderim mekanizmas ekil 2.1de gsterilmektedir. Ayrca

anaerobik ve aerobik koullarda bioktle ve youn amur svsndaki UYA, PHA,

glikojen, ortofosfat konsantrasyonlarndaki deiim ekil 2.2de niteliksel olarak

gsterilmektedir.

ekil 2.1 Biyolojik Fosfor Giderim Mekanizmas

ekil 2.2 Prosesteki Konsantrasyon Deiimlerinin

ematik Gsterimi (App.Microbial Biotech, 1997)

7

2.1.2. Biyolojik Fosfor Giderimi Sistemlerinin Performansn Etkileyen

Faktrler

Biyolojik fosfor giderimini etkileyen faktrler 3 gruba ayrlabilir. lk grup scaklk,

pH ve znm oksijen gibi evresel faktrleri ierir. Kat madde alkonma sresi,

hidrolik bekleme zaman gibi dizayn parametreleri ikinci grubu oluturur. nc

grup biyolojik olarak indirgenebilir substrat konsantrasyonu, UYA retimi ve

anaerobik tanktaki nitrat varldr.

Scakln Etkisi

Biyolojik fosfor giderimine scakln etkisi dier biyolojik proseslerle

karlatrldnda ksmen daha azdr. Sell v.d. (1981) 5Cde giderilen fosfor

miktarnn 15Cde giderilenden %40 daha ok olduunu raporlamlardr. Polifosfat

mikroorganizmalar muhtemelen psikrofildirler. Bazlar mezofilik ya da termofilik

olabilir. (Randall v.d., 1992) Biyolojik fosfor giderimi 10Cnin altnda iletilen

gerek boyutlu artma tesislerinin bazlarnda scaklktan etkilenmez. Bununla

birlikte baz tam ve pilot lekli tesis almalar, souk mevsimlerde scakln

biyolojik fosfor giderimini etkilediini ve k fosfor konsantrasyonunu arttrdn

gstermilerdir. (Randall v.d., 1992) Mamais ve Jenkins (1992) biyolojik fosfor

giderim sistemlerine zerine kat madde alkonma sresi ve scakln etkilerini

deerlendirmek iin srekli akl deney dzenekleri kurdular. Fosfor gideren

organizmalarn geliiminin yksek scaklklarda daha hzl olduu sonucunu vardlar.

Nakamura v.d. (1995) polifosfat depolayabilen bakterilerden Microlunatus

phosphovorus, strain NM-1 kullanarak fosfor salnm ve alnm zerine scakln

etkilerini altlar. 5C ve 35C ile karlatrldnda 25Cde en yksek oranda

fosfor salnm gzlemlendi. 5C ve 35Cde daha dk oranda fosfor alnm

gzlemlenirken 15C ve 25Cde daha yksek orandayd. Biyolojik fosfor giderimi

baskn bakterilere baldr. Bununla birlikte asl konu anaerobik blgede znm

oksijen ve nitratn varldr. Geri devir akmndaki elektron alclarn

konsantrasyonu ( znm oksijen ve nitrat gibi) yksek scaklklarla

karlatrldnda daha dk scaklklarda daha azdr. Bu durum anaerobik blgede

polifosfat bakterileri tarafndan depolanacak substrat konsantrasyonunun azalmasyla

sonulanacaktr. Bu nedenle biyolojik fosfor giderim verimi azalacaktr. Baz geri

8

devir akmlarnn dn yerine de dikkat edilmelidir. rnein filtre geri ykama suyu

geri devir ak anaerobik ya da anoksik blge yerine aerobik blgeye

gnderilmelidir. (Metcalf&Eddy,2004)

pHn Etkisi:

Artan v.d. (1997) gre atksulardan biyolojik yolla fosfor giderimini salamak iin

fosforun kimyasal kelmesi engellenmelidir. Bu yzden pH deerinin 6.5 ve 7.5

arasnda olmas salanmaldr. Groenestijin ve Deinema (1985) 25 Cde biyolojik

fosfor giderimi zerine pHn etkisini altlar. pH 8.5ta pH 7ye gre daha yksek

Acinetobacter maksimum spesifik byme oran rapor ettiler. Tracy ve Flaminno

(1985) aerobik fosfor alnm zerine pHn etkisini gzlemlediler. pH 6.5 ile 7

arasnda ok nemli bir farkllk olmadn tespit ettiler. pH 6.5in altnda fosfor

alnm sabit bir ekilde azald. pH 5.2de tm aktivite durdu.

Elektron Alclarn (Nitrat ve znm Oksijen) Etkisi:

Anaerobik blgedeki nitrat ya da znm oksijen konsantrasyonu ntrientlerin

yksek giderim verimlerini elde etmek iin minimize edilmelidir. Polifosfat bakterisi

iin gerekli olan organik madde okside olacaktr. Bakteri organik maddeyi PHB

olarak depolamak yerine elektron alclar kullanrsa eer geliimi iin daha fazla

enerji elde edebilecektir. Sonu olarak, PHBnin dk miktarlar depolanabilecektir.

Bylelikle aerobik blgede fosfor alnm iin gerekli enerjiyi azaltacaktr. Ayrca

anoksik blgede znm oksijen var olduunda, denitrifikasyon bakterileri nitrat

yerine znm oksijeni kullanacaktr. nk znm oksijenden geliimleri iin

daha fazla enerji elde edeceklerdir. Bylece denitrifikasyon verimi decektir.

Bununla birlikte son zamanlarda ki almalar gstermektedir ki; nitrat elektron

alcs olarak kullanlmakta ve bylelikle fosfor alnm anoksik koullarda da

gerekletirilmektedir. Bu sebeple substrat iin rekabet azalmaktadr. (Kuba v.d.,

1993) Kuba v.d. (1994) denitrifikasyon yapabilen polifosfat bakterileri

gzlemlediler. Barker&Dold (1997) UCT ve VIP (University of Cape Town Process

ve Virginia Initiative Plant Process) proseslerinde anaerobik, anoksik, aerobik

koullar altnda fosfor depolayabilen organizmalar (PAO) ve fosfor depolayamayan

organizmalarn (non-PAO) davranlar zerine alt. (ekil 2.3)

9

ekil 2.3 Heteretrof PAOlar ve Non-PAOlarn Anerobik/Anoksik/Aerobik

Koullardaki Davranlarna Ait Diyagram

Meinhold v.d. (1998) birok deneysel alma yaptlar. lk deneysel alma

anaerobik/anoksik/aerobik koullar altnda yapld. kinci deneysel alma

anaerobik/aerobik koullarda yapld. Fosfor alnm ilk almada ikinciye gre daha

yksekti. Anoksik koullardan aerobik koullara geildii zaman fosfor alnm

zerine nitratn etkisinin devam ettii sonucuna vardlar.

Schn v.d. (1993) amur durumuna gre 0.1 mg/L ve 0.5 mg/L znm oksijen

konsantrasyonlar arasnda fosfor salnmnn baladn rapor ettiler. Havalandrma

tanknn her yerinde yeterli znm oksijenin olmasnn ve son keltme tanknn

hidrolik bekleme sresinin anaerobik koullarn oluumunu engelleyecek ekilde

ayarlanmasnn gerekliliini vurguladlar. Biyolojik fosfor giderimini arttrmak iin

piston akl havalandrma havuzlarnn ortasndan sonuna 2 mg/L ve ya daha fazla

znm oksijen konsantrasyonu olmas gereklidir. (EPA, 1987)

Gerber v.d. (1987) aerobik ve anoksik koullar altnda asetat ve glikoz ilave ederek

deneysel almalar yrttler. Aerobik ve anoksik koullarda asetat ilave ederek

fosfor salnm gzlemlediler. Fakat glikoz ilavesiyle anaerobik koullar haricinde

fosfor salnm gzlemlemediler. Buna gre substrat asetat ise eer aerobik

koullarda da fosfor salnm gerekleti. Sonu olarak uucu ya asidi

konsantrasyonu gereken miktardan daha fazla olmamaldr ve fosfor alnm iin

10

aerobik blgenin balangcnda UYA tam olarak bitirilmelidir eklinde bir

aklamada bulundular.

Kat Madde Alkonma Sresinin Etkisi (Mean Cell Residence Time-MCRT):

Tesiste azot giderimi varsa eer, MCRT yksek olacaktr. Uzun MCRT deerleri

daha az amur atm ile sonulanacaktr. Bu nedenle fosfor giderim verimi

azalacaktr. Daigger v.d. (1987) VIP prosesini kullanarak pilot bir tesiste alma

gerekletirdiler. 12C scaklkta 20 gn MCRT gerekli iken sistem 20C ve

zerindeki scaklklarda 5 gn MCRTde iletildiinde azot ve fosfor giderimin

olabildiini rapor ettiler. Okada v.d. (1991) ise ardk kesikli reaktr prosesi

(sequencing batch reactor-SBR) zerinde altlar. 25 gnden daha az amur

yalarnda, PAOlarn geliim gsteremediini rapor ettiler. Mamais&Jenkins (1992)

yava byyen PAOlarn dk amur yalarnda sistemden kaabileceklerini ifade

ettiler. Onlara gre yksek scaklkta ve 3 gnden daha yksek amur yalarnda

sistem amur yandan etkilenmemektedir. Fakat scaklk azalrsa amur ya

arttrlmaldr. Shao v.d. (1992) Californiadaki bir artma tesisinden veriler elde

ettiler. Sistemdeki MCRT 1,5 gnden 3.1 gne ykseltildiinde k fosfor

konsantrasyonunun 3,1 mg/Lden 0,4 mg/Lye dtn tespit ettiler. Sistem 3 gn

MCRTde altrld zaman toplam askda kat madde bana daha yksek fosfor

salnm ve daha yksek askda kat madde fosfor ierii gzlemlediler. Chang&Hao

(1996) ardk kesikli reaktrde ntrient giderimini aratrdlar. 6 saatlik bir dnm

sresiyle 10 gnlk kat bekleme sresinde srasyla %91,%98 ve %98; KO, toplam

azot ve fosfat giderim verimleri elde ettiler. Karg&Uygur (2002) farkl amur

yalarnda pilot bir SBR tesisinde altlar. 10 gnlk amur yanda srasyla %94,

%84, %70; KO, azot ve fosfor giderim verimleri elde ettiler. Bununla birlikte 15

gn amur ya ok daha az deerlerle sonuland. amur ya 15 gnden fazla

olduunda giderim verimleri daha dkt. Birka fosfor giderim sistemi iin dizayn

MCRT deerlerinin bir fonksiyonu olarak gzlemlenmi BO/P ve KO/P deerleri

aadaki tabloda verilmektedir.

11

Tablo 2.1 Farkl Biyolojik Fosfor Giderim Prosesleri in Gzlemlenen Giri BO/P

KO/P Oranlar (Metcalf&Eddy, 2004)

Biyolojik Fosfor

Giderim Prosesi

BO/P oran

gBO/gP

KO/P oran

gKO/gP

Kat Madde

Alkonma Sresi, gn

Phoredox,VIP 15-20 26-34 25 >43 15-25

Hidrolik Bekleme Sresinin Etkisi (Hydraulic Retention Time-HRT):

HRT anaerobik blgede UYA miktarn ve oluum oranlarn etkiler. Eer n

fermantasyon varsa, anaerobik blgedeki HRT dk seilebilir. Aerobik HRT ise

anaerobik blgede svya salnan fosforu almak iin yeterli srede olmaldr. HRT

deerinden tasarm parametreleri blmnde bahsedilecektir.

amur Artm Proseslerinin Etkisi:

Fosfor fazla amurun bnyesinde sistemden giderilir. Bu sebeple amur artm

prosesleri nem arzetmektedir. Younlatrc ve/veya rtc nitelerinde

anaerobik koullarda nemli miktarlarda fosfor salnmlar gerekleebilir. Bu

nitelerden sistemin balangcna yaplacak geri devirler, giri fosfor

konsantrasyonunu arttracak, bu durum fosforun k suyunda dk deerlerde

eldesi iin daha yksek indirgenebilir kimyasal oksijen ihtiyacna sebep olacaktr.

Kimyasal ilavesiyle bu geri devir akmlarndaki fosfor konsantrasyonu drlebilir.

znm hava flotasyonu, gravity bant younlatrc, ya da dnen tambur

younlatrc kullanlarak younlatrma, fosfor salnmn minimize etmek adna

gravity younlatrclara gre daha ok tercih edilir. Fosfor salnm anaerobik ve

aerobik rtclerde de beklenir. Bununla birlikte Randall v.d. (1992) anaerobik ve

aerobik rtclerde beklenen den daha az fosfor salnm ve geri devri

gzlemlemilerdir. Howard Eyaleti Little Patuxent atksu artma tesisinde biyolojik

fosfor giderim prosesinden kaynaklanan amur zerinde yaplan laboratuar lekli

almalara dayanlarak sadece %20 fosfor salnm gzlemlenmitir. York Nehrinde

ki atksu artma tesisinde giderilen fosforun yalnzca %27si anaerobik rtcde

salnmtr. (Metcalf&Eddy, 2004)

12

Giri Atksuyunun Karakteristii:

Ekama v.d. (1983) KO, TKN/KO oran, biyolojik olarak indirgenebilir KO

konsantrasyonu, azot bakterilerinin maksimum byme hzlar, maksimum ve

minimum scaklklar, P/KO oran gibi giri atksuyu karakteristiinin biyolojik

ntrient giderim proseslerini etkilediklerini rapor etmilerdir. Anaerobik blgede

nitrat yokluuyla bile gerekli fosfor giderim verimini elde etmek iin biyolojik olarak

indirgenebilir KO konsantrasyonunun en az 60 mg/L olmas gerektiini

belirtmilerdir. Ayrca Siebritz v.d. (1983) en az 25 mg/L biyolojik olarak

indirgenebilir substratn gerekli olduunu nermilerdir. Abu-Ghararah&Randall

(1991) UCT prosesi zerine giriteki organik maddelerin etkilerini altlar. 1 mg

fosforu gidermek iin KO olarak en az 20 mg asetik asitin gerekli olduu kansna

vardlar. Reddy (1991) aktif amur prosesini fosfor yklemesi snrl ve fosfor

depolamas snrl olarak iki blme ayrd. lk koulda KO/P oran yksek ve fosfor

snrldr. Bylelikle amurun fosfor depolama kapasitesi henz almamtr. kta

fosfor konsantrasyonu dk olacaktr. Bu koul altnda ar KO konsantrasyonu

polifosfat bakterisi olmayan dier bakteriler tarafndan geliimleri iin kullanlabilir

ve polifosfat bakterileri dominant olmaz. Bioktlenin fosfor ierii dk olur. kinci

koulda KO/P oran dk ve KO limitlidir. Polifosfat bakterilerinin says

artacaktr ve maksimum fosfor depolama kapasitesi kullanlacaktr. Bylelikle

bioktlenin fosfor ierii ve k toplam fosfor konsantrasyonu yksek olacaktr.

Reddy (1991) KO/P oran ile amurun fosfor ierii ve k toplam fosfor

konsantrasyonu arasnda ters orant olduu sonucuna vard. Bu iliki ekil 2.4te

gsterilmektedir.

ekil 2.4 KO/P Oran, amurun Fosfor erii ve

Fosfor Giderim Verimi likisi

13

Randall v.d. (1992) gre 1 mg/L ve daha az k toplam fosfor konsantrasyonu elde

etmek iin BO /TP oran 20:1 ve KO/TP oran 40:1 gereklidir. Randall v.d. (1992),

Ekama&Marais (1984) evsel atksulardan 1 mg/L fosfor gidermek iin 50-59 mg/L

KO gerekli iken 1 mg/L nitrat gidermek iin 8,6 mg/L KO gerekli olduunu rapor

etmilerdir. Virginia Techde yaplan deneylerde giderilen mg/L fosfor bana

yaklak 50 mg/L KO gerekli olduu rapor edilmitir.

Fermente substrat konsantrasyonu biyolojik fosfor giderimi iin nemli bir faktrdr.

Polifosfat bakterileri glikozu direkt kullanamaz. Glikozun polifosfat bakterisi

olmayan bakteriler tarafndan ya asitlerine dntrlmesi gerekir. Randall v.d.ye

gre anaerobik faz glikoz iin fermantasyon blgesi olamaz. nk glikoz hzlca

fermente olmadan hcre iine geer. ou aratrmac polifosfat bakterileri

tarafndan en ok tercih edilen fermantasyon rnnn asetat ve propiyonat

olduunu gstermilerdir. (Potgieter&Evans, 1993; Siebritz v.d., 1983; Comeau v.d.,

1987; Abughararah&Randall, 1991) ekil 2.5 anaerobik bekleme sresinin bir

fonksiyonu olarak asetat konsantrasyonundaki azalmay ve ortofosfat

konsantrasyonundaki artmay gstermektedir. Asetat tketiminin fosfor salnmna

molar oran 1,3tr.

ekil 2.5 Asetat Asimilasyonu, Fosfor Salnm ve

Anaerobik Sre (Rensink v.d., 1981)

14

Randall v.d. (1987), Wedi v.d. (1992), Raper v.d. (1993) tarafndan ilk kelmi

amur bir ktrme tank iinde ya da bir asit rtcnn iinde, anaerobik blgede

uucu ya asitlerinin konsantrasyonunu arttrmak iin fermente edildi.

Siebritz v.d. (1983) evsel atksudaki fermantasyon rnlerinin miktarn saptamak

iin aratrmalar yaptlar. Giri KO deerinin %20nin kolaylkla indirgenebilir

substrat olduu sonuca vardlar. Evsel atksular septik koullara maruz kalrsa eer

fermantasyon nedeniyle baz uucu ya asitleri ierir. Ve giri KO deerinin %6s

asetik asit gibi UYA olacaktr. (Henze, 1992) 7-10 mg asetat fosfor gideriminin

iyiletirilmesiyle yaklak 1 mg P giderebilir. (Wentzel v.d.,1989,1990) Oldham ve

Stevens (1985) srekli UYA ilavesiyle k zlebilir fosfor konsantrasyonunu 2,5

mg/Lden 0,3 mg/Lye drdler. UYA/P oran 6,7 g/g olup tahmin edilen 7-10 g/g

deerinden daha dk bir deerdi.

Biyolojik Fosfor Giderim Sistemleriyle lgili Mikroorganizmalar

Aktif amur sistemlerindeki baskn bakteri, organik maddeyi karbondioksit ve suya

dntren aerobik heterotroflardr. (Gray, 1989) Fuhs&Chen (1975) pilot lekteki

bir aktif amur sistemine zayf Acinetobakter kltr eklediklerinde fosfor

toplanmasn hemen gzlemlediler. Birok aratrma Acinetobakter olarak bilinen tek

cins bir bakterinin biyolojik fosfor gideriminde baskn olduunu gstermitir. Daha

da spesifik olarak tek bir tr Acinetobakter Calcoaceticus bu konuyla

ilikilendirilmitir. (Buchan, 1980, 1983; Horan, 1991; Starkenburg v.d., 1993)

Acinetobakter trleri hcre sentezi iin gerekli olandan daha fazla fosfat

depolayabilirler. Bu tre ilaveten Gram-pozitifler de polifosfat depolayabilirler.

(Ltter&Murphy, 1985)

Biyolojik fosfor giderimi sistemlerinde AKM (Askda Kat Madde)deki fosfor

ieriinin tipik ortalama deeri %6dr. Baz durumlarda %8-12lere ulalabilir.

Tersine klasik aktif amur fosfor ierii P/UAKM (Uucu Askda Kat Madde) baz

alarak tipik olarak %1,5tan %2ye deiir. Pseudomonas, Aerobacter, Beggiato,

Moraxella, Escheichia coli, Mycobacterium ve Klebsiella gibi bakteriler de hcre

kuru arlnn yaklak %1-3 kadar fosfor toplama kabiliyetine sahiptirler.

15

Katyonlarn Etkileri

Biyolojik fosfor giderim proseslerinde fosfor salnm ve alnm boyunca baz

katyonlar alnr ve salnr. (Comeau v.d., 1987;Wentzel et al., 1988) Fosforla birlikte

salnan yaygn katyonlar K+, Mg

2+ ve az miktarda Ca

2+dur. Birok aratrmac

tarafndan saptanan Katyon/P molar oranlar Tablo 2.2de gsterilmektedir.

Tablo 2.2 Fosforla Birlikte Tanan yonlarn Molar Oranlar (Blkba, 2002)

2.1.3. Biyolojik Fosfor Giderim Sistemlerinde Biyokimyasal Modeller

PHB oluumunu salamak iin nasl bir indirgeme gcne gerek olduuyla ilgili

biyokimyasal modeller gelitirildi. Biyolojik fosfor giderimiyle ilgili 3 ana model

vardr.

- Comeau-Wentzel (1986)

9n asetat + 9nATP (C4H6O2)4n + 2nCO2 + 9nADP + 9nPi (H2PO4- )

- Mino (1987)

Glikojen tketimi ile asetatn PHBye dnmnn net reaksiyonu

(C6H10O5)n + 6n asetat + 3nATP

(C4H6O2 ) 4n + 3nADP + 3nPi (H2PO4- ) + 2nCO2

16

- Modified Mino (1991)

(C6H10O5)n + 6n asetat + 4nATP

(C4H6O2 ) 4n + 4nADP + 4nPi(H2PO4- ) + 2nCO2

Abu-Ghararah&Randall (1989), Wentzel v.d.ye (1986) gre ATP: ADP oran ve

NADH (Koenzim NADn indirgenmi hali) oranlar polifosfat ve PHB indirgemesi

ve sentezinin kontrolnde ana parametrelerdir. Ayrca Abu-Ghararah&Randall

(1989) uucu ya asitlerinin kimyasal yapsnn rnein karbon atomlarnn says ve

balarn derecesinin anaerobik blgedeki karbon depolanmasn lmek iin

kullanlabileceini nerdi. Fosfor salnm ve alnm ile ilgili PHBye ek olarak PHV

(Poly--hydroxyvalyrate) bulundu. E zamanl olarak anaerobik blgede spesifik

substrat metabolizmasnda birden ok metabolik yol olduunu kaydettiler. Benzer

kimyasal modeller rapor edildi ve dier birok aratrmac tarafndan zetlendi.

(Comeau et al, 1986; Heymann, 1985; Tracy and Flammino, 1985; Grady and

Daigger, 1993). Ayrca Heymann (1985) giri atksuyundaki karbonhidratlar ve

yalar gibi yksek enerjili ve dk biyosentetik deere sahip substrat bileiklerinin

sistemin performansn etkilediini ve fazla fosfor giderimi iin destek verdiini

belirtmitir. Randall v.d. (1992)a gre Lotter (1989) polifosfat kinaznn anaerobik

mekanizmada (rnein; fosfor salnm ve substrat alnm kinetikleri) anahtar rol

oynadn aklad. Kawaharasaki ve Nakamura (1995) NM-1 kullanarak aerobik

fosfor alnm mekanizmasn etkileyen faktrleri aratrdlar. Hcrelerdeki glikojen

gibi karbonhidratlarn hcre ii toplanmasnn aerobik fosfor alnmn arttrdn

buldular. Ayrca geliim evresinin bu bakteri trnn fosfor alnm mekanizmas

zerine byk bir etkiye sahip olduunu buldular. Durgun evre sresince hcrelerin

toplanmas daha az fosfor alnm aktivitesi gsterirken logaritmik evre sresince

hcreler toplandnda fosfor alnm byk bir aralkta gzlendi.

2.1.4. Biyolojik Fosfor Giderim Sistemlerinde Fosfor Giderim Verimini

yiletirme Yntemleri

Fosfor giderimi iin performans iyiletirme yntemleri aadaki verilmektedir.

1. Dardan ya da n keltim amurunun fermantasyonu ile ilave asetat

salanmas

2. Kat madde alkonma sresinin azaltlmas

17

3. n keltime ya da k suyuna alm ya da demir ilavesi

4. Anaerobik blgeye giren nitrat ya da oksijen miktarn azaltmak

lave kolaylkla biyolojik indirgenebilir kimyasal oksijen ihtiyac (rbCOD) salamak

iin kullanlan iki metot; dardan karbon kayna (rn; asetat) tedarik etmek ya da

n keltim amurunun fermantasyonu ile UYA retmektir. n keltim amuru

fermantasyonu iin iki rnek dizayn ekil 2.6da gsterilmektedir. Farkl dizaynlar

da mmkndr. ekil 2.6 (a)da grld zere bir fermantasyon reaktr bekleme

sresi ve birincil amurun karmn salar. n ktrme boyunca, anaerobik

blgede ikincil artma prosesine beslenmek zere, UYA salnr. Daha derin bir

ktrme tank dizayn (ekil 2.6 (b)) hidroliz ve asit fermantasyonunda keltilmi

birincil amur iin yeterli alkonma sresini salayacaktr. (Barnard, 1984) Aa

akm amuru sv akma UYAlar salmas iin geri devrettirilir. Koku, kartrma ve

fermantrde madde toplanmas gibi iletme problemlerine dikkat edilmelidir. n

keltim tank amur fermantrleri stlmaz ve kat madde alkonma sreleri

scakla bal olarak 3-5 gn arasnda deiir. Genellikle metojenik aktivitenin

balayabilecei noktann altnda kalmak iin kullanlr. (Rabinowitz ve Oldham,

1985) MCRT deerleri 4-5 gnden byk olursa metan oluum aktivitesi UYAlar

tketmek iin yeterince yksek olabilir. Fermantrlere uygulanan UYA retim

oranlar 0,1-0,2 gUYA/gUAKM arasnda deiir. Fermantrler giri atksuyuna 10-

20 mg/L UYA ilave eder. Fermantrler kullanldnda daha az ve daha tutarl k

zlebilir fosfor konsantrasyonlar gzlemlenir.

ekil 2.6 (a), (b) Fosfor Gideriminde Uucu Ya Asitlerinin retimi in Kullanlan

Fermantasyon Reaktrlerine rnekler

18

2.1.5. Fosfor Gideren Biyolojik Prosesler

A/O Prosesi (Ana Akmda Fosfor Giderimi-Phoredox)

Patentli olan A/O Prosesi atksulardan e zamanl olarak fosfor giderimi ve karbon

oksidasyonu iin kullanlr. A/O Prosesi srasyla anaerobik ve aerobik blmleri

ieren, basit askda amur gelien sistemlerdir.

ekil 2.7 A/O Prosesi

A/O Prosesinde nitrifikasyon yoktur ve biyolojik fosfor giderimi iin anaerobik

bekleme sresi 30 dakika ila 1 saat arasnda deiir. Aerobik blge tam karml

svda kat madde alkonma sresi scakla bal olarak 2 ila 4 gn arasnda deiir.

(Metcalf&Eddy, 2004)

PhoStrip Proses (Yan Akmda Fosfor Giderimi)

Gerekte PhoStrip Proses biyolojik ve kimyasal prosesleri ierir. (ekil 2.8) Geri

devir aktif amurunun bir ksm anaerobik kartrma tankna transfer edilir. Bu

tankta bekleme sresi 8 -12 saat arasnda deiir. (Metcalf&Eddy, 2004) Asetik asit

ya da giri atksuyu fosfor salnm iin kartrc tanka ilave edilir. Salnan fosfor

st su ile birlikte tank geer ve fosforca fakir aktif amur havalandrma tankna

dndrlr. Fosforca zengin st su ayr bir tankta kirele ya da baka bir koaglantla

artlr. Bylece fosfor kimyasal amur ierisinde giderilecektir.

19

ekil 2.8 PhoStrip Prosesi

Ardk Kesikli Reaktr

Ardk kesikli reaktr biyolojik artma prosesi aktif amurun bir eididir. Bu proses

klasik sistemlerdeki bir ok tank yerine ayn tankta oklu admlar kullanr. (ekil

2.9) Havalandrmal reaksiyon sresi zellikle sistemdeki BO ve azot yklemesini

karlamas iin deitirilebilir. kelme sreleri flok tipinin kelme

gereksinimlerini karlamak iin modifiye edilebilir. Ardk kesikli reaktr

gelitirmek iin dngye anaerobik adm eklenir. Havalandrlmayan doldurma adm

anaerobik koullar yaratmak iin yeterli olabilir. Anaerobik adma ilave karm

eklenmesine ihtiya duyulabilir. kelme ve dinlendirme admnn uzunluuna

zellikle dikkat edilmelidir. Eer nitrifikasyon olur da nitrat retilirse anaerobik

aamadan nce giderilmek zorundadr.

ekil 2.9 Karbon, Azot ve Fosfor iin Ardk Kesikli Reaktr letimleri

20

2.1.6. Azot ve Fosforun Birlikte Giderildii Biyolojik Prosesler

A2/O Prosesi

A2/O prosesi A/O prosesinin bir modifikasyonudur ve denitrifikasyon iin anoksik

blge salar. (ekil 2.10) Anoksik blgede bekleme sresi yaklak bir saattir.

(Metcalf&Eddy, 2004)

ekil 2.10 A

2/O Prosesi

Bardenpho Prosesi (Be-Aamal)

Bardenpho prosesi (ekil 2.11) fosfor depolayan bakterilerin uucu ya asitlerini alp

depoladklar bir n anaerobik blge ierir. Uucu ya asitleri giri atksularnda

vardr ya da bu blgede fermantasyonla retilir. Anaerobik blgeden kan atksular

anoksik blgeye geer. Bu blge denitrifikasyona izin vermek iin nitrat azotu

salamas amacyla aerobik blgenin aa akmndan gelen nitrata zengin kark

svnn eklendii nitedir. Giri atksularnda bulunan biyolojik olarak indirgenebilir

organik maddeler hzl bir denitrifikasyon salamak iim karbon kayna olarak

kullanlr. Atksu anoksik blgeden, nitrifikasyon olmas iin oksijen ilave edilen, ilk

aerobik blgeye geer. Ayrca fosfat depolayabilen bakteriler anaerobik blgede

depolanan uucu ya asitlerini burada okside ederler. Atksu ilk aerobik blgeden

ilave denitrifikasyonun olduu ikinci anoksik blgeye geer.

kinci anoksik blgeden gelen atksu ikinci aerobik blgeye geer. Bu blge son

keltim havuzuna gelmeden nce kark svdan, anoksik blgenin yukar akmnda

gaz formunda bulunan azotun ayrld bir blgedir. Ayrca bu blge son keltim

tanknda fosfor salnmn minimize eder. 5 aamal Bardenpho prosesi A2/O

21

prosesinden daha fazla (10-20 gn) MCRTlerde kullanlr ve bylelikle karbon

oksidasyon kapasitesi artar. (Metcalf&Eddy, 2004)

ekil 2.11 Bardenpho Prosesi

UCT (University of Cape Town) Prosesi

Anaerobik blgeye nitrat geri devrinin olumsuz etkileri gzlemlenmitir. (Barnard,

1975; Barnard, 1976; Nicholls, 1975) Bu gzlemlere dayanarak A2/O Prosesi

deitirilerek UCT Prosesi gelitirilmitir. A2/0 Prosesi ve UCT prosesi arasnda iki

fark vardr. lk farkllk geri devir aktif amurunun anaerobik blge yerine anoksik

blgeye devrettirilmesidir. kinci farkllk ise anoksik blgeden anaerobik blgeye

isel geri devrin ilave edilmi olmasdr. Aktif amurun anoksik blgeye geri

devriyle anaerobik blgeye nitrat giriimi elimine edilmi olur. Bylelikle anaerobik

fosfor salnm kuvvetlendirilmi olur. sel geri devir zellii anaerobik blgede

organik madde tketiminin artmasn salar. Anoksik blgeden gelen kark sv

olduka zlebilir BO ierirken az miktarda nitrat ierir. Anoksik kark svnn

geri devri anaerobik blgede fermantasyon oluumu iin optimal koullar salar.

nk kark sv daha az konsantrasyondadr. Anaerobik bekleme sresi Phoredox

prosesinden daha fazla olmak zorundadr ve 1-2 saat aralndadr. Anaerobik geri

devir oran giri atksu miktarnn 2 kat kadardr. (Metcalf&Eddy, 2004)

22

ekil 2.12 UCT Prosesi

VIP (Virginia Initiative Plant) Prosesi

VIP prosesi ekil 2.13te gsterilmitir. Bir fark dnda UCT prosesine benzerdir.

VIP prosesinde anaerobik, anoksik ve aerobik tanklar birden fazla paraya

blnmtr. Bu proses yksek fosfor ieren mikroorganizmalar semek iin n bir

anaerobik blgeden, denitrifikasyonu (toplam azot giderimi ile sonulanan) salamak

iin kark sv geri devirli anoksik blgeden ve nitrifikasyon ile fosfor alnm iin

aerobik blgeden oluur. Bu proses konfigrasyonunda geri devir aktif amuru (nitrat

azotu ierecek) denitrifikasyonun olmas iin anoksik blgeye ynlendirilir. Anoksik

geri devrin oluumunda ilave bir proses geri devir akm uygulanr. Bu geri devir

akm anoksik blgede var olan denitrifiye olmu kark svy alr ve anaerobik

blgeye akan proses giri atksuyuna iletir. Bu geri devir biyolojik reaksiyonun

olmas iin anaerobik blgeye kark svnn iletilmesi amacyla gereklidir. nk

denitrifiye olmu kark sv geri devrettirilir. Bylelikle anaerobik blgeye nitrat

azotu ilavesi minimize edilmi olur. Dolaysyla biyolojik fosfor giderimiyle nitrat

azotunun giriiminin azaltlmas prosesin biyolojik fosfor giderme kapasitesini

arttrr. Anaerobik ve anoksik blgeler iin toplam MCRT deeri 1,5-3 gn

arasndadr. Hidrolik bekleme sreleri ise anaerobik blge iin 60 dakika, anoksik

blge iin 90 dakikadr. (Metcal&Eddy, 2004)

23

ekil 2.13 VIP Prosesi

Johannesburg Prosesi

UCT prosesine alternatif bir prosestir. Anaerobik blgeye nitrat giriini engelleyerek

zayf atksularda fosfor giderimini iyiletirmeyi amalar. Geri devir aktif amuru

anaerobik blgeye beslenmeden nce denitrifikasyon iin yeterli zamann olaca

anoksik blgeye ynlendirilir. Kark svdaki isel solunumla nitratn azalmas ve

anoksik blgede bekleme sresi kark sv konsantrasyonuna, scakla, geri devir

amurundaki nitrat konsantrasyonuna baldr. UCT prosesiyle karlatrldnda 1

saat bekleme sresine sahip anaerobik blgede daha yksek AKM konsantrasyonlar

elde edilebilir. (Metcal&Eddy, 2004)

ekil 2.14 Johannesburg Prosesi

24

Tablo 2.3 Fosfor Giderim Prosesi iin Avantaj ve Snrlamalar (Metcalf&Eddy,2004)

Proses Avantajlar Snrlamalar

A/O

(Phoredox)

* Dier proseslerle

karlatrldnda daha basit

iletme.

*Dk BO/P oran mmkn

olmas.

*Dierlerine oranla daha dk

hidrolik bekleme sresi

*yi kelmi amur retimi

*yi fosfor giderimi

*Nitrifikasyon olursa fosfor

giderim prosesinin olumsuz

etkilenmesi

*Prosesin kolay kontrolnn

snrlanmas

A2/O *Azot ve fosfor giderimi

*Nitrifikasyon iin alkalinite

salamas

*yi kelebilir amur retimi

*Dierlerine kyasla iletim

kolayl

* Enerji ihtiyac dk

*Nitrat ieren geri devir aktif

amurunun anaerobik

blgeye devredilmesi

halinde fosfor giderim

kapasitesinin etkilenmesi

*sel geri devir oran

sebebiyle azot gideriminin

kstlanmas.

*A/O prosesine nazaran daha

yksek BO/P oran

gerektirmesi

UCT *Anaerobik blgeye nitrat

yklemesini azaltmasyla fosfor

giderim kapasitesini arttrmas

*Zayf atksularda prosesin

gelimi fosfor giderimi salamas

* yi kelebilir amur retimi

*yi azot giderimi

*ok daha kompleks iletme

*Ek geri devir sistemleri

ihtiyac

25

VIP *Anaerobik blgeye nitrat

yklemesini azaltmasyla fosfor

giderim kapasitesini arttrmas

*UCT prosesine kyasla daha az

BO/P oran gerektirmesi

*yi kelebilir amur retimi

*Daha kompleks

havalandrma

* Ek geri devir sistemleri

ihtiyac

*Aamal iletme iin daha

fazla ekipman ihtiyac

Bardenpho

(5-aamal)

*Filtrelenmemi k suyunda 3-5

mg/L TN salayabilmesi

*yi kelebilir amur retimi

*Daha az verimli fosfor

giderimi

*Daha byk tank hacmi

gerektirmesi

AKR (SBR) *Azot ve fosfor giderimi

*letme kolayl

*Askda kat maddelerin hidrolik

akmlarla ykanmamas

*Durgun kelmeyle k suyunda

daha az askda kat madde

salanmas

*Azot ve fosfor giderimi iin

daha kompleks iletme

*Sadece azot gideren AKR

prosesinden daha byk

hacim gerektirmesi

*k suyu kalitesinin

susuzlatrma nitesinin

verimliliine bal olmas

*Daha kompleks tasarm

*Kalifiye bakm gereklilii

*Dk debiler iin daha

uygun

PhoStrip *Mevcut aktif amur proseslerine

kolaylkla ilave edilebilmesi

*Esnek proses; fosfor gideriminin

BO/P oran ile kontrol edilmemesi

*Temel kimyasal ktrme

proseslerinden nemli miktarda

daha az kimyasal kullanm

*k suyunda 1 mg/Lden daha

az ortofosfat eldesi

*Fosfor ktrme iin kire

ilavesi gereklilii

*Son keltmede fosfor

salnmn nlemek iin aktif

amurda daha fazla

znm oksijen ihtiyac

*Kartrma iin ilave tank

kapasitesi gereklilii

*Kire ayarlamasnn bakm

problemi olabilme ihtimali

26

Biyolojik fosfor giderim prosesi gereksinimleri deiik k suyu fosfor deeri

snrlamalar iin farkldr. Tablo 2.4te farkl k suyu eldeleri iin hangi fosfor

giderim ynteminin gerekli olacana ynelik bir almann zeti verilmektedir.

Tablo 2.4 Farkl k Suyu Fosfor Deeri Snrlamalar in Biyolojik Fosfor

Giderim Prosesi Gereksinimleri (Canviro Danmanlk Ltd, 1986)

k TP

(mg/L) Phoredox UCT A/O Phostrip

1-2 BFG* BFG BFG BFG

1

BFG+F**

ya da

BFG+K***

BFG+F

ya da

BFG+K

BFG+F

ya da

BFG+K

BFG

0,3 BFG+F

BFG+F+ K

BFG+F+ K

BFG+F+ K

*BFG:Biyolojik fosfor giderimi ** F: Filtrasyon *** K: Kimyasal lavesi

Atksu Artma Tesisleri Teknik Usuller Teblii (20.03.2010 Tarih ve 27527

Sayl)nde atksuda nispeten dk KO/TKN, KO/ P seviyelerinde biyolojik

fosfor giderimi iin UCT, VIP tipi aktif amur sistemleri tercih edilmelidir ifadesi

yer almaktadr. Bunun sebebi havasz tanka geri devir ile (isel geri devir ve amur

geri devri) giren nitrat ve oksijen yknn azaltlmasn salamaktr. Evsel atksular

iin KO/TP deerinin dk olmas durumunda UCT, VIP tipi aktif amur

sistemleri biyolojik fosfor giderimi asndan A2O sistemine gre daha avantajl

olmaktadr. Ancak, UCT ve VIP sistemlerinde daha yksek havasz hacim oranlarna

ihtiya duyulmaktadr. Teblide belirtildiine gre BO5/ P oran 15-20 aralnda ise

VIP ya da UCT prosesi, oran 20-25 aralnda ise A2/O ya da A/O, 25ten byk ise

Bardenpho prosesi tercih edilmelidir. Burada P, atksu artma tesisi giriindeki

toplam fosfor ile kndaki znm fosfor arasndaki fark ifade etmektedir.

27

Tablo 2.5 Yaygn Olarak Kullanlan Biyolojik Fosfor Giderim Proseslerinin Tipik Dizayn Parametreleri (Metcalf&Eddy, 2004)

Dizayn

Parametresi

Proses

SRT

(Kat Madde

Alkonma

Sresi), gn

MLSS

(Askda Kat

Madde), mg/L

Anaerobik

Blge (Sa.)

Anoksik Blge

(Sa.)

Aerobik Blge

(Sa.)

RAS

(Geri Devir

amuru),

Giri

Atksuyunun

Yzdesi %

sel

Geridevir,

Giri

Atksuyunun

Yzdesi %

A/O 2-5 3000-4000 0,5-1,5 - 1-3 25-100 -

A2/O 5-25 3000-4000 0,5-1,5 0,5-1 4-8 25-100 100-400

UCT 10-25 3000-4000 1-2 2-4 4-12 80-100 200-400

(anoksik)

100-300

(aerobik)

VIP 5-10 2000-4000 1-2 1-2 4-6 80-100 100-200

(anoksik)

100-300

(aerobik)

Bardenpho 10-20 3000-4000 0,5-1,5 1-3(1.kademe)

2-4(2.kademe)

4-12(1.kademe)

0,5-1(2.kademe)

50-100 200-400

Phostrip 5-20 1000-3000 8-12 - 4-10 50-100 10-20

AKR (SBR) 20-40 3000-4000 1,5-3 1-3 2-4 - -

28

Yapay Sulak Alanlarda Fosfor Giderimi

Konvansiyonel sistemlerle karlatrldnda, yapay sulak alanda fosfor artm genel

olarak ok alan gerektiren bir teknolojidir. Fosfor gideriminde kullanlan sulak

alanlarda araziye olan ihtiya dier btn sulak alan sistemlerine gre ok fazladr.

Fosforun doal kayna yzeysel su giriimleri ve atmosferdir. klar ise dar

akm ve yeralt sularna szmayla olabilir. Yeralt sularndan giriim ve buharlaarak

atmosfere karm daha azdr. Fosforun bitkilerin bnyesine alnma yoluyla giderimi

henz tam olarak aydnlatlamamtr.

Birok doal ortamda kstl miktarlarda fosfor olmasna ramen sulak alanlarn da

iinde bulunduu doal ekosistemler, ok iyi adaptasyona sahiptir. Genel olarak, bir

sulak alann giderdii fosfor miktar bitkilerin tek bir byme mevsiminde ortamdan

ald fosfor miktarndan ok azdr. Tm sulak alan canllar; byme, lm ve ksmi

ayrmadan oluan bir evrim iinde bulunurlar. Sulak alanlardaki canl

organizmalar, bymeleri iin fosfora ihtiya duyarlar. Fosforun en hzl bnyeye

alm bakteri, mantar gibi mikroskobik, canllarca gerekletirilir. nk bu

organizmalar ok hzl byr ve oalrlar. te yandan, mikrofitler fosforu daha

yava kullanrlar. Fosforun bir ksm, suyun iinde bulunan bitki kklerince alnr.

Byk bir ksmi ise toprak altnda bulunan kkler tarafndan alnr. Bu da fosforun

topran iinde aaya doru hareket ettiini ortaya karr. Fosforun bir ntrient

oluu sebebiyle bu elementin ortama ilavesi bitkinin bymesini hzlandrr. Fosfor,

sadece bitkilerin remesi iin deil, onlarn daha fazla bymesi iinde kullanlr.

Bu, sonuta daha fazla artn ortaya kmasna yol aar. Biyoktledeki fosfor

miktarndaki art hzl ancak kararsz bir prosestir. Dolaysyla bitkinin fosforu

bnyesine almas kalc bir giderme olarak dnlmemelidir.

Bitki kk, aktif fosforun biriktii nemli bir blmdr. Kk, toprakta en st

katmanna "akrotelm" adi verilir. Buna karlk, topran kk blgesinin altndaki

katman "catotelm" adn alr ve bu ksm pasif bir blgedir. Her iki blgede de

kullanlmaya hazr ve hazr olmayan fosfor vardr.

Herskowitz ( 1986) tarafndan bitki hasad ile yzeysel akl bir sulak alanda toplam

fosforun ortalama %2,5inin giderildii belirtilmitir. Yzc su bitkilerinin hasad

daha kolay olup, toplam fosforun %20'nin zerinde su mercimei ile giderimi sz

29

konusudur. (Fisher ve Reddy, 1987) Sulak alanlarda znm fosfor bitkiler

tarafndan alnr, hcre fosforuna evrilir veya sulakalan topra ve kelen

maddelerce tutulur. Eer organik ksm oksitlenirse organik fosfor, znm fosfor

olarak serbest kalr. Sulak alan sistemlerindeki temel fosforlu bileikler znm

fosfor, partikler fosfor ve partikler organik fosfordur. (Ayaz, 2007)

ekil 2.15 Yapay Sulakalanda Fosfor Giderim Mekanizmas

Birok sulakalan sisteminde fosfor gideriminin atksu ve toprak arasnda yeterli

temas imknnn olmay sebebiyle ok fazla etkili olmad belirtilmektedir. Ancak

sistemlerde dolgu malzemesi olarak uygun ortamlar seildiinde giderim

artabilmektedir. Yapay sulakalanlarda fosfor giderimi genellikle adsorpsiyon,

absorpsiyon, kelme ve filtrasyonun bir arada gerekletii tutulma kavram ile

aklanmaktadr. (Sakadevan ve Bavor, 1998; Forbes, 2002)

Yapay sulakalanlar fosfor giderme kapasitesine sahiptir ancak uzun sreli deneyler,

sulakalann P ile ok hzl doyduunu ve alamaz hale geldiini gstermitir.

Mineral toprak dolgulu sistemlerde (Masscheleyn v.d., 1992) ve kalsiyum, demir ya

da alminyum bakmndan zengin dolgu malzemeli ortamlarda (Mitsch v.d.,1995;

Cooke v.d., 1992) Pnin kelme ve/veya tutulma prosesi ile uzun dnemli

30

giderilmesinin mmkn olduu belirtilmektedir. P gideriminde en nemli etken

askda kat madde ilikisidir. Eer atksu yksek oranda AKM ieriyor ve bu AKM

znmez P ya da organofosfor kompleksleri ieriyorsa, P sedimentasyon prosesi ile

giderilir. (Kadlec ve Knight, 1996; Mitsch v.d., 1995) Eer atksuda znm P

fazla ve/veya AKM iinde hemen desorbe olabilen P ve/veya AKM iinde

planktonlar gibi hemen ayrlabilen organik P formlar varsa; P giderimi daha az etkili

olacaktr. znm Pnin giderimi ise yapay sulakalandaki en kritik konu olup,

giderimi sedimantasyondan ok kelme, bitki alm, tutulma gibi proseslerle

aklanmaktadr. Yapay sulakalanlarda fosfor gideriminden esas olarak iki fiziksel

proses sorumludur; partikler fosforun sedimantasyonu ve znm fosforun

ortamda tutulmas. Partikler bal fosfor sedimente kolayca kebilir ancak zayf

bal olmas durumunda tekrar su kolonuna karma ihtimali de yksektir.

1975 ylnda Hollandada kurulmu bir sulakalanda verime olan etkisini incelemek

zere su ve ktle dengesi zerine yaplan bir aratrmada (Meuleman vd., 2003), drt

adet 0.25 halk sisteme phragmites australis ekilmi olup, atksu ile beslenen

sistemde kumlu toprak ortam malzemesi olarak kullanlmtr. Sistemin su btesi bir

yl boyunca aylk periyotlar halinde meteorolojik verilerden ve sistemdeki gerek

deerlerden yararlanlarak hesaplanmtr. Sisteme uygulanan ykleme hzlar 16700

kg KO/ha.yl, 2400 kg N/ha.yl, 335 kg P/ha.yldr. KO ve BO iin elde edilen

verimler sras ile %81 ve %96 olup, yaklak % 99 E.Coli giderimi de salanmtr.

N ve P giderimi ise %30 ve %24 olarak gereklemitir. Ntrient giderimi

kaynaklarna gre bitki alm ve hasat (%15 N ve %10 P ), denitrifikasyon (%8 N),

sedimantasyon ve organik maddenin toprakta birikimi (%7 N ve %14 P) olarak

gereklemitir. Yazarlar, giderim veriminin arttrlmas iin bitki hasadnn Aralk-

Ocak ay yerine Ekim aynda yaplmasnn ve ortam malzemesi olarak P adsorplama

zellii olan kumlu sediment kullanmnn yararl olacan belirtmitir. Sistemin P

iin dolma sresi 15 yl olarak hesaplanmtr.

Davies ve Cottingham (1993) tek basna alum kullanarak ve kire ile birlikte

uygulandnda fosfor giderimine olan katknn anlalmas iin 30 m uzunlua, 5 m

genilie ve 0.6 m derinlie sahip bir sulakalanda deiik P:Al molar oranlarnda

bitkili ve bitkisiz sistemlerde almlar, alum ile birlikte kire kullanarak fosfor

giderimini aratrmlardr. Sonu olarak alum ile birlikte kire kullanarak, tek basna

31

alum kullanldgnda elde edilen verimin (%28.8-%54.9) iki katna kadar ulamann

(%69.6-%81.8) mmkn olduunu rapor etmilerdir.

Brix v.d. (2000) tarafndan yzeyalt akl yapay sulakalanlarda fosfor giderimi iin

ortam seimi zerine yaplan bir alsmaya gre fosforun kum yatana sorpsiyonu

yzeyalt akl yapay sulakalanlar iin en nemli fosfor giderim mekanizmas olarak

gsterilmektedir. Bu yzden kum malzemesinin seiminin nemine deinilerek 13

adet Danimarka kumunda fosfor giderimi zerine alma yaplmtr. Yazarlara gre

fosfor giderimindeki en nemli zellik, kumlarn Ca ihtivasdr. Bunun yannda

fosfor balayc zellii olarak kalsit ve krlm mermerin olduka yksek

kapasiteye sahip olduu belirtilmitir.

Mlga Ky Hizmetleri Genel Mdrlnn 2005 verilerine gre yapay sulak

alanlar, yaplan bilimsel almalarla artma verimlilii ispatlanm gvenilir

sistemlerdir. Farkl bitki trne ve ak ekline sahip sulak alanlarda evsel atksu

artmnda, genel olarak, %80-99 BO5, KO ve bakteri giderimi, %92-95 AKM,

%30-80 toplam azot ve %20-70 toplam fosfor giderimi tespit edilmitir.

Picard v.d. (2005) tarafndan yaplan bir almada, bitkili ve bitkisiz sistemlere 31

mg/l TP verilerek yaplan giderim almasnda, bitkinin TP giderimindeki rolnn

%3 ile %60 aralnda deitii belirtilmitir. Steer v.d. (2005) tarafndan yaplan bir

baka almada ise, akln dolgu malzemesi olarak kullanld bir bitkili (Scirpus

ve Sagittaria) sistemde %55 TP giderimi elde edilmitir.

Dal 2006 ylnda hazrlad doktora tezinde yapay sulakalan sistemlerinde fosfor

giderimini aratrmtr. Laboratuar almalarnda sentetik olarak hazrlanan evsel

karakterde atksu, arazi lekli almalarda TBTAK-Marmara Aratrma Merkezi

Gebze Yerlekesinden kaynaklanan evsel nitelikli atksu kullanlarak, 1 m2lik, 10

m2lik ve 100 m

2lik pilot lekli yapay sulakalan sistemleri zerinde deneyler

yrtlmtr.1 m2lik sistemlerde 5 farkl dolgu malzemesi (orta boy akl, orman

topra, deniz kumu, perlit ve demir elik endstrisi at olan uucu kl )

kullanlmtr. 10 m2lik sistemde dolgu malzemesi olarak akl ve bitki olarak iris ve

32

phragmites kullanlm, 100 m2lik sistemde ise dolgu malzemesi olarak akl ve

bitki olarak cyperus alternatifolius kullanlmtr.

1 m2lik sistemlerde yaplan giderim almalarna gre, en iyi toplam fosfor (TP)

giderimi elde edilen malzemelerin akl, kum ve yksek frn crufu olduu

grlmtr. Tm malzemeler k periyodunun bitii ile hzl bir verim arts

periyoduna girmi ve giderim verimleri %50 civarnda dengeye gelmitir. akl iin

elde edilen TP giderim verimi % 52.5 olarak gereklemi, bunu % 49.3 ile kum, %

46.4 ile yksek frn crufu, % 35.9 ile perlit ve % 35.6 ile toprak izlemitir.

Ortofosfat iyonu (PO4 2-

) asndan bakldnda, en iyi giderime yine akl, yksek

frn crufu ve kumda ulalmtr. akl iin elde edilen PO42-

giderimi %65,9,

yksek frn crufu iin %61,5, kum iin %58,8, perlit iin % 50,2, toprak iin ise

%47,2dir. 10 m2lik sistemde yaplan giderim almalarna gre, 5 m

2lik ilk

reaktrde elde edilen TP giderim verimi %41,4, ikinci reaktrde ise %68,8dir.

Ortofosfat iyonu asndan bakldnda ilk reaktrde %44, ikinci reaktrde ise

%70,1 giderim verimi elde edilmitir. Birinci reaktr, sisteme gelen ok yklerin

dengelenmesi ve ikinci sistemin daha yksek verimde almasn salamtr. 10

m2lik sistemde elde edilen giderim erilerindeki sapmann azl da bu durumu

dorulamaktadr. 100 m2lik sistemde yaplan giderim almalar sonucunda, TP iin

elde edilen giderim verimi %47,5, PO42-

iin ise %49,9dur. 100 m2lik sistem, 10

m2 ve 1m

2lik sistemlere gre daha iyi bir akm rejimi ve giderim ortam

saladndan elde edilen %49luk giderim verimin 10 m2lik ve 1m

2lik sistemde

elde edilen verimden daha iyi olmas gereklidir. Ancak 100 m2lik sistemde elde

edilen toplam fosfor ve ortofosfat giderim veriminin 1 m2lik sistemlerden daha iyi

olmasna ramen 10 m2lik sistemin ksnda elde edilen %70,1lik verimden daha

dk olmas artc bir sonu dourmutur. Bu durumun en muhtemel sebebinin

100 m2lik sistemin iki blml reaktrden tekil edilmemesi olduu dnlmtr.

Bakanlmzn mteri kurum stanbul Teknik niversitesinin ise proje yrtcs

olduu Dk Masrafl Artma Teknolojilerinin Trkiye artlarna Gre

Gelitirilmesi Ve Marmara Blgesi in rnek Uygulama Projesi (2009)

kapsamnda yaplan almalarn fosfor giderimine ynelik ksmnn zeti aada

verilmektedir.

33

TBTAK MAM sahasnda kurulan pilot lekli sistemde, Anaerobik Perdeli

reaktr ve Havasz amur Yatakl Reaktr sistemlerinden kan atksuyun iki

kademeli yapay sulak alan sisteminde giderimi incelenmitir. Ayrca yine MAM

sahasnda pilot lekli sistem sonuna kurulan 1x1 m boyutlu 30 cm derinlikli

polyester haznelerde farkl dolgu malzemelerinin fosfor giderimine etkisi

incelenmitir. Mcr, mermer ta, cruf ve zeolit ile gerekletirilen adsorpsiyon

deney sonular; cruf dndaki dolgu malzemelerinde fosfat adsorpsiyonunun ok

dk olduunu ortaya koymutur. Pilot lekli sistem ise havasz reaktrler

ardndan gelen iki kademeli yapay sulakalan sisteminden olumaktadr. Yapay sulak

alanlar havasz reaktrlerden (Havasz amur Yatakl Reaktr (HYR) ve Ardk

Perdeli Reaktr(APR) ) kan atksu ile beslenmitir. Pilot lekli havasz reaktrler

iki farkl havasz reaktr iermektedir ve bu iki sistem mukayeseli olarak

altrlmtr. Her iki havasz reaktrn k, ortak bir rgarda toplanm ve iki

kademeli yapay sulak alan sisteminde besleme amal kullanlmtr. 18.12.2008

tarihinden bu yana yapay sulak alanlar, yalnzca HYR dearj ile beslenmektedir.

almada kullanlan HYR ve APRler, TBTAK MAM lojmanlarndan temin

edilen evsel atksu ile beslenmitir. Yzeyalt Akl(YAS) sistemde, organik madde

giderimi ve denitrifikasyon hedeflenmitir. Dey Akl Sistemde (DAS) ise organik

kirletici miktar dk konsantrasyonlara getirilen atksuyun sisteme verilmesi ile

sistemin nitrifikasyona ynelik olarak iletilmesi planlanmtr. DASta kullanlan

dolgu malzemesi mermer ta, kum ve akldr. DASn dolgu malzemesi zellikleri

ve sistemi besleyen atksu karakteri, azot giderimi yannda fosfor giderimini de

salamtr. Dolgu malzemesi mcr olan YASda PO4-P giderimi genel olarak

%20nin altndadr. YASda ksmi olarak ve dnem dnem gerekleen giderimin

partikllerin tutulmasndan ve oluan biyoktlenin fosforu kullanmasndan

kaynakland dnlmektedir. Mermer tann dolgu yata olarak kullanld

DASda ise sistemin iletilmeye balad ilk aylk dnemde Austos Ekim

2007 %60 90 arasnda giderim verimi elde edilmi olup 4. aydan itibaren giri

k PO4-P konsantrasyonlarnn ayn olduu grlmtr. Nisan Temmuz 2008

dneminde %60 90 arasna kan giderim verimi grlmtr. Austos Kasm

2008 dneminde giderim verimi genel olarak %30un altna dmtr. Aralk

2008den Mart 2009a kadar olan dnemde giderim oran %10 ila 43 arasnda

deimitir. DASta fosfat gideriminin YASa gre yksek olmas; fosfatn DASta

dolgu malzemesi olarak kullanlan kire tandaki kalsiyum katyonuyla kelmesi,

34

tutunmas ve filtrasyon prosesinin gereklemesi ile aklanabilir. Bu durum, P

adsorpsiyonunun, ok miktarda kalsiyum ieren alkali sulak alanda en yksek olmas

bilgisi ile desteklenmektedir. Kalsiyum znebilir fosfor ile yksek pHta

reaksiyona girerek hidroksiapatit oluturur ve ker. (Stumm ve Morgan, 1981;

Dal, 2005) Yine bilindii zere Ca, Fe, Al gibi metal oksitlerin mevcudiyeti

adsorpsiyon ve kelme mekanizmalar ile dolgu malzemesinin fosfor giderim

kapasitesini artrmaktadr.(Sakadevan ve Bavor, 1997) Bu nedenle DASda yksek

oranda meydana gelen fosfor gideriminin, mermer tann ieriinde bulunan CaOin

etkili olmas olarak aklanabilmektedir. DASta gerekleen fosfor giderimindeki

dier bir payn, ilk ekim yaplan tarihten itibaren geliim gsteren bitkilere ait olduu

dnlmektedir. YASta ise sistem kurulduktan sonra ekilen, bitkiler, ilk olarak

ham atksu ile beslendikleri iin kuvvetli bir organik madde ve besi maddesine maruz

kalarak canllklarn yitirmilerdir. Bu nedenle sisteme ikinci defa bitki ekilmitir.

kinci ekimde ise sistem hidroliinin yetersiz olmas nedeni ile bitkiler yeterince

geliememilerdir. YASta kullanlan dolgu malzemesinin (mcr) fosfor gideriminde

yetersiz olmas ve bitkilerin sistemde yeterince gelimemeleri nedeni ile YAStaki

fosfor giderimi DASa gre dk olmutur.

2.2. Kimyasal ktrme le Fosfor Giderimi

2.2.1. Fosfat keltiminin Kimyas

Kimyasal fosfor giderimi atksuya az znr fosfat keltisi formunda ok

deerlikli metal iyonu tuzlarnn eklenmesiyle gerekletirilir. En yaygn kullanlan

ok deerlikli metal iyonlar kalsiyum (Ca (II)), alminyum (Al (II)) ve demir (Fe

(III)) dir. Polimerler younlatrmaya yardmc olarak alm ve kirele birlikte

kullanlrsa etkili sonular elde edilebilir. nk kalsiyum ile fosfat keltimi

kimyas alminyum ve demir ile ktrmeden olduka farkldr.

Kalsiyum ile Fosfat ktrlmesi:

Kalsiyum genellikle kire formunda (Ca(OH)2) eklenir. Daha nceki eitliklerden

anlalaca zere kire suya ilave edildiinde CaCO3 keltmek iin doal

bikarbonat alkalinitesiyle reaksiyona girecektir. Aadaki eitlikte gsterilecei

35

zere atksudaki pH deeri 10u getiinde fazla kalsiyum iyonlar hidroksilapatiti

Ca10(PO4)6(OH)2 ktrmek iin fosfatla reaksiyona girecektir.

10Ca2+

+ 6PO43-

+ 2OH- Ca10(PO4)6(OH)2

Atksu alkalinitesiyle kirecin reaksiyonu sebebiyle gerekli kire miktar genellikle

mevcut fosfat miktarndan bamsz olup, ncelikle atksudaki alkaliniteye baml

olacaktr. (ekil 2.16) Atksulardaki fosforu ktrmek iin gerekli kire miktar

tipik olarak yaklak CaCO3 olarak ifade edilen toplam alkalinitenin 1,4 ya da 1,5

kat kadardr. Fosfat ktrmek iin yksek pH deerleri gerekir. Birlikte ktrme

genellikle uygun deildir. Kire ham atksuya ya da ikincil artmadan kan suya

ilave edilirse genellikle bir sonraki artmadan nce pH ayarlamas gerektirir. pH

deerini drmek iin karbondioksit ile rekarbonizasyon kullanlr.

ekil 2.16 Artlmam

Atksu Alkalinitesinin Bir

Fonksiyonu Olarak pH

11e Ykseltmek in

Gerekli Kire Dozaj

Miktar

Alminyum ve Demir le Fosfat ktrlmesi:

Alminyum ve demir ile fosfat ktrlmesindeki temel eitlikler aada

verilmektedir.

Al3+

+ HnPO43-n

AlPO4 + nH+ Fe

3+ + HnPO4

3-n

FePO4 + nH

+

Bir

mol alminyum ya da demir bir mol fosfat ktrecektir. Bununla birlikte bu

reaksiyonlar basit grlmekte olup, ou rakip reaksiyonun ve onlarn bal olduu

denge sabitleri ve alkalinitenin, pHn, iz elementlerin, ve atksuda bulunan

ligandlarn (merkezi atoma bal atom, molekl veya iyon) nda dnlmelidir.

36

ou kar eitlik sebebiyle yukardaki eitlikler gerekli kimyasal dozaj miktarn

belirlemede direkt olarak kullanlmayabilir. Bu sebeple dozaj miktarlar laboratuar

lekli testlere dayanlarak, bazen ise zellikle polimer kullanlyorsa tam lekli

testlere dayanlarak belirlenir. rnein AL (III) , Fe (III) ve fosfatn emolar ilk

konsantrasyonlar iin zlemez AlPO4 ve FePO4n her ikisiyle dengede

zlebilir fosfatn toplam konsantrasyonu aadaki ekilde gsterilmektedir. Kat

izgiler kelmeden sonraki kelen zlebilir fosfat konsantrasyonunu belirtir.

Zayf metal fosfatlar dolgulu blgede keltilir ve kark kompleks polinkleer

trler daha yksek ve daha dk pH deerleri dorultusunda ekil alr.

ekil 2.17 zlebilir Fosforla Dengedeki Alminyum ve Ferik Fosfat

Konsantrasyonu a) Al(III)-fosfat b) Fe(III)-fosfat

2.2.2. Kimyasal Fosfor Giderimi in Stratejiler

Atksulardan fosforun ktrlmesi ak diyagramnda birka farkl noktada olabilir.

Fosforun giderilebilecei genel noktalar nde ktrme, birlikte ktrme ve

sonrasnda ktrme olarak snflandrlabilir. (Sedlak,1991)

37

ekil 2.18 Fosfor Giderimi iin Alternatif Kimyasal Ekleme Noktalar

(a) n keltimden nce (b) Biyolojik Artmadan nce ve Sonra

(c) kincil Artmadan Sonra (d-f) Srete Birka Noktada

38

Fosfor giderimi iin kullanlacak kimyasal seimini etkileyen faktrler aada

verilmektedir.

Giri fosfor miktar

Atksudaki askda maddeler

Alkalinite

Kimyasallarn maliyeti

Kimyasallarn bulunabilirlii

Oluan amur miktar

Nihai uzaklatrma imkan

Dier artma niteleri ile uyumluluu

Fosforun ktrlmesi deiik kademelerde olabilir.

nde ktrme:

n ktrme havuzunda kimyasal ilavesi yaplarak fosforun ktrlr. kelen

fosfor amurla birlikte sudan uzaklatrlm olur.

Birlikte ktrme:

Kimyasal ilavesi bazen de n ktrme havuzundan sonra veya aktif amur

nitesinin iinde olabilir. Ayrca son kelme havuzunun nnde biyolojik artma

prosesinin knda da olabilir.

Sonda ktrme:

Kimyasal ilavesi son ktrme havuzu k suyuna yaplr. Ve bu durumda kta

ayr bir keltim havuzu ile ya da filtrasyon ilavesi ile kelen fosfat amurlar

giderilebilir.

Metal Tuzlar ve Polimerler Kullanlarak Fosfor Giderimi:

Polifosfatlar ve organik fosfor, ortofosfatlardan daha zor giderilir. Organik fosforla

polifosfatn ortofosfata dntrld yer olan ikincil artmadan sonra alminyum

ve demir tuzlarnn ilavesi en iyi sonucu verir. Daha iyi kelme sebebiyle baz ilave

azot giderimi olur. Fakat gerekte n artmaya kimyasal ilavesi nitrifikasyonun

olabilecei noktalarda BO ykn azaltmadka amonyak giderilmez.

39

Artma srecinde farkl noktalara metal tuzlarnn ve polimerlerin ilavesinin birka

nemli zellii aada belirtilmektedir.

n keltme nitesine Metal Tuzlarnn lavesi:

Artlmam atksuya alminyum ve demir tuzlar ilave edildiinde bir kelti elde

etmek iin zlebilir ortofosfatla reaksiyona gireceklerdir. Organik fosfor ve

polifosfatlar daha kompleks reaksiyonlarla ve flok partikllerinin zerine tutunarak

giderilirler. znmez haldeki fosfor, epeyce miktarda BO ve AKMde de olduu

gibi sistemden n keltme amuruyla giderilir. Ayr havuzlar saland ya d