Yayılı kirletici kaynakların yönetiminde yapısal en iyi yönetim uygulamalarının giderim verimi-maliyet ilişkisi
Removal efficiency-cost relationship of structural best management practices in non-point source pollution management
Yazar: NİLAY CAMBAZ
Danışman: PROF. DR. MELİKE GÜREL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Günümüzde, dünyadaki hızlı nüfüs artışı ve artan sanayi faaliyetlerinin bir sonucu olarak su kaynakları başta olmak üzere çevre kirliliğinde önemli ölçüde artış meydana gelmiştir. Bu artışa paralel olarak artmakta olan farklı amaçlar için kullanılan su miktarı ise, temiz suya olan talebi giderek artırmaktadır. Tüm bunlar göz önüne alındığında, su kaynaklarının korunması ve sürdürülebilir biçimde yönetilmesinin önemi daha net bir şekilde ortaya çıkmaktadır.
Gelişen arıtma teknolojileri sayesinde, günümüzde evsel ve endüstriyel kaynaklardan gelen noktasal kirlilik oldukça rahat bir şekilde kontrol altına alınabilmektedir. Öte yandan, su kaynaklarını tehdit eden en önemli etkilerden olan yayılı kirliliğin giderilmesi ve su kalitesinin iyileştirilmesi ise, hala çözülmeyi bekleyen konular arasındadır. Son yıllarda, yayılı kirlilik ile mücadele amacıyla geliştirilmiş, düşük maliyetli ve basit teknolojili sistemler olan "En İyi Yönetim Uygulamaları", farklı tip ve karakterizasyonda atıksuyun yanı sıra, yağmur suyu arıtımı için de kullanılan başlıca yöntemler arasında yerini almıştır. 
Ülkemiz genelinde, özellikle kırsal kesimlerde, yaygın olarak yürütülen tarım ve hayvancılık faaliyetleri göz önüne alındığında, yayılı kirliliğin çözülmesi gereken önemli sorunlardan biri olduğunu söylemek mümkündür. Ülkenin karşı karşıya olduğu bu sorunun çözümü için en efektif yollardan biri olan En İyi Yönetim Uygulamaları'nın gerçek ölçekte kullanımı ise, ne yazık ki, çok yaygın değildir.
Bu uygulamaların kullanımının ülke genelinde yaygınlaşabilmesi için, uygulamaya alınma aşamasında kullanıcı için en önemli parametrelerden biri olan maliyet parametresinin bilinmesi oldukça önemlidir. Bu nedenle, çalışma kapsamında, T.C. Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı tarafından 11.02.2017 tarih ve 29976 sayılı Resmi Gazete'de yayımlanarak yürürlüğe giren "Sularda Tarımsal Faaliyetlerden Kaynaklanan Nitrat Kirliliğinin Önlenmesine Yönelik İyi Tarım Uygulamaları Kodu Tebliği" (Tebliğ No: 2016/46) içerisinde de adına yer verilmiş olan yapay sulak alan, stabilizasyon havuzu, çimlendirilmiş suyolu, filtre şerit sistemi ve hayvan gübre çukuru uygulamaları için örnek tasarımlar yapılmış ve giderim verimi-maliyet eğrileri oluşturulmuştur. Maliyete ilişkin eğriler, uygulamaların işletmeye alınması ve bir yıllık işletme-bakım faaliyetleri olmak üzere iki farklı kaynak için ayrı olarak sunulmuştur. Uygulamaların tasarımında kullanılan parametrelerin, uygulama yapılacak zaman ve bölgenin iklim ve coğrafik koşulları gibi çeşitli faktörler doğrultusunda değişiklik göstereceği göz önüne alınmış ve tüm parametreler değiştirilebilir olarak düzenlenerek tasarım yapılmıştır. Bu sayede, kullanıcıların tüm tasarım parametrelerini mevcut duruma göre uyarlayabilmeleri ve kendilerine özgü tasarım yapabilmeleri sağlanmıştır. Çalışma sonucunda elde edilen giderim verimi-maliyet ilişkisine ait eğrilerin, yapılacak ön fizibilite çalışmalarına yardımcı olması ve kullanıcılar için karar verme safhasında bir destek görevi görmesi amaçlanmıştır. 
Çalışmanın birinci bölümünde; yapılan çalışmanın anlam ve önemi vurgulanarak, amaç ve kapsamı açıklanmıştır. 
Çalışmanın ikinci bölümünde; yayılı kirlilik kavramı ele alınarak, yayılı kirlilik kaynakları ve yayılı kirletici parametreler hakkında kısa bir bilgi verilmiş, ve En İyi Yönetim Uygulamaları üzerinde durulmuştur. En İyi Yönetim Uygulamaları'nın tanımı, önemi ve sınıflandırılması ile ilgili açıklamalar yapılmış ve yapısal sınıflandırma kapsamında yer alan sulak alan, stabilizasyon havuzu, filtre şerit, çimlendirilmiş suyolu ve hayvan gübre çukuru detaylı olarak incelenmiştir.
Çalışmanın üçüncü bölümünde; yapısal En İyi Yönetim Uygulamaları'ndan Yüzeyaltı Dikey Akışlı (YDA) sulak alan, fakültatif stabilizasyon havuzu, olgunlaştırma havuzu, filtre şerit, çimlendirilmiş suyolu ve hayvan gübre çukuru için, giderimde etkili oldukları farklı parametreler (TN, TP, Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ), sediment) temelinde verimleri baz alınarak örnek tasarımlar yapılmış ve oluşturacakları maliyet hesaplanmıştır. 
Çalışmanın dördüncü bölümünde; Yüzeyaltı Dikey Akışlı (YDA) sulak alan, fakültatif stabilizasyon havuzu, olgunlaştırma havuzu, filtre şerit, çimlendirilmiş suyolu ve hayvan gübre çukuru için elde edilen giderim verimi-maliyet ilişkisine ait fonksiyon ve grafikler sunulmuştur. Farklı parametrelere (TN, TP, BOİ, sediment) ait giderim verimleri için sistemlerin  maliyetlerinin kıyaslamaları yapılmış ve aradaki farkların sebepleri yorumlanmıştır.
Çalışmanın beşinci bölümünde; çalışma genel olarak değerlendirilmiş ve ileride yapılacak olan çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur.
Çalışma sonucunda, BOİ gideriminde en yüksek maliyetin fakültatif stabilizasyon havuzunda olduğu görülmüştür. TN ve TP gideriminde ise, stabilizasyon havuzlarının evsel atıksu, filtre şerit sisteminin ise yüzey akışı iyileştirme amacıyla kullanılması dolayısıyla, sistemler arası bir maliyet karşılaştırması yapmanın doğru bir yaklaşım olmayacağını söylemek mümkündür. Diğer bir önemli parametre olan sediment gideriminde ise en yüksek maliyet çimlendirilmiş suyolunda oluşurken, en düşük maliyet filtre şerit sisteminde gerçekleşmiştir. Tüm sistemlere bakıldığında, en düşük maliyetin filtre şerit sisteminde oluştuğu görülmüştür. Filtre şerit sisteminin maliyetinin düşük olması, yapı malzemesi içermemesi ve bakımının kolay olması ile açıklanabilir. Elde edilen sonuçlara bakılarak, kullanılacak En İyi Yönetim Uygulaması'nın seçiminde giderilmek istenen kirleticinin önemli bir rolü olduğu söylenebilir. Bunun yanında, kullanılacak En İyi Yönetim Uygulaması'nın seçiminde özellikle uygulama yapılacak alanın coğrafik, jeolojik ve topografik özellikleri ile iklim koşullarının da dikkate alınması oldukça önemlidir. 
Çalışmada ele alınan sistemlerin, fonksiyonlarını doğal arıtma yolu ile gerçekleştirdikleri göz önüne alındığında, çevresel diğer parametreler (iklim, sıcaklık, topografik yapı vb.) ve farklı tasarım opsiyonlarının de etkisiyle verimlerinin çok hızlı bir şekilde değişebileceği unutulmamalıdır. Çalışmada tasarımı yapılan uygulamalar birer örnek niteliğinde olup, kullanıcı tarafından mevcut duruma uygun olarak düzenlenerek tasarım yapılması, ön fizibilte çalışmasının daha doğru bir şekilde yapılması ve dolayısıyla oluşacak maliyetin daha net olarak öngörülmesine katkıda bulunacaktır.

Abstract:
Nowadays, there has been a significant increase in environmental pollution, particularly in water resources as a result of rapid population growth and increasing industrial activities in the world. In parallel with this increase, the amount of water used for different purposes increased the demand for clean water. On the other hand, climate change, which has become more evident in recent years, is also another problem that has a negative impact on water resources. Considering all, the importance of water resources' conservation and their sustainable management become more clear.
Thanks to the progression in treatment technologies, point pollution related to domestic and industrial sources could be controlled quite easily today. On the other hand, the elimination of non-point source pollution, which is one of the most important problems that threats the water resources, and the improvement of water quality are still among the issues that are needed to be solved. In recent years, Best Management Practices (BMPs), which are developed with the aim of combating non-point source pollution and have low cost and simple technology, have taken their place among the main technologies used for the treatment of wastewater of different types and characterization, as well as rainwater. BMP's, which can be classified in different ways based on various parameters, could be defined basically as the systems that work with the principle of preventing the transport of pollutants.
Considering the widespread agricultural and animal husbandry activities in our country - particularly in rural areas- it is evident that non-point source pollution is one of the most important problems that need to be solved. Nevertheless, the real-scale use of BMP's, which is one of the most effective ways to solve this problem the country is facing, is unfortunately not very common. 
Determination of the cost parameter, which is one of the most important parameters for the user, is a strong driver for widening the use of these applications throughout the country. By means of this study, the sample design of the structural BMP's such as constructed wetland, stabilization pond, grassed waterway, filter strip system and animal manure storage pit was performed. The removal efficiency-cost relation of BMPs was revealed, and it was intended to assist the pre-feasibility studies and to act as a supporter for the decision-making process for the users. The cost curves were presented on an individual basis for two different sources as commissioning of the practices and one-year operation-maintenance activities. All the parameters used in the design process of the BMPs have been designed as modifiable, considering that they would vary according to various factors such as application time and the climate and geographic conditions of the region. In this regard, it was enabled users to be able to customize all design parameters according to the current situation and to make their own designs.
In the first part of the study; the aim and scope of the study were emphasized and the importance of the study was explained.
In the second part of the study; the concept of non-point source pollution was discussed and brief information on non-point source pollutants and sources was given. The definition, importance, and classification of the BMPs were explained, and constructed wetland, stabilization pond, filter strip, grassed waterway and animal manure pit within the scope of structural classification were examined in detail.
In the third part of the study; a sample design of Vertical Flow Subsurface Wetland (VFSW), facultative stabilization pond, maturation pond, filter strip, grassed waterway, and animal manure storage pit was made based on their removal efficiencies for different pollutant parameters (TN, TP, BOD, sediment) and the related cost was calculated. The efficiency-cost relation of the practices was revealed.
In the fourth part of the study; formulas and graphs related to the removal efficiency-cost relation for the Vertical Flow Subsurface Wetland (VFSW), facultative stabilization pond, maturation pond, filter strip, grassed waterway, and animal manure storage pit were presented. The cost of the systems was compared for different pollutant parameters (TN, TP, BOD, sediment) and the reasons for the differences were interpreted.
In the fifth part of the study; the study was generally evaluated and suggestions were made for future studies.
Results of the study indicated that the highest cost for BOD removal has occurred in the facultative stabilization pond, followed by VFSW. Considering that the stabilization ponds are used for the improvement of domestic wastewater and the filter strip system for surface flow, it would not be a realistic approach to compare the costs of the systems for TN and TP. When investigating the sediment removal, it has been found that the highest cost occurred in grassed waterway, while the lowest cost has occurred in filter strip system. When comparing all systems, it has been shown that the lowest cost has occured in filter strip system. Such a result could be explained by the lack of building material used in its construction process and its easy maintenance procedure.
Obtained results also demonstrated that the pollutant that is desired to be eliminated has an important role in the selection process of the Best Management Practice to be used. Considering the results of the study, it is possible to say that the design of the filter strip when it was targeted to remove TN and TP, and the design of VSFW when it was aimed the BOD removal would decrease the cost considerably for the user.
In addition to the targeted pollutant parameter to be eliminated, it is also very important to consider especially the land characteristics and climatic conditions during the selection process of the Best Management Practice to be used. For instance, although the cost of constructed wetland in BOD removal is lower compared to stabilization pond, it should be taken into consideration that removal with stabilization pond could be a more accurate choice due to their low operation and maintenance costs where the land is inexpensive or there is no shortage of area. Either, it should be taken into consideration that the stabilization ponds, which the temperature is the most important parameter for their effective work, could increase the total cost due to the low efficiency when using in the regions with cold climate, even though they were found to be low cost compared to other practices as a result of the analyzes made.
Considering that the systems discussed in the study perform their functions through natural treatment, it should be kept in mind that their efficiency can change very quickly through other environmental parameters (climate, temperature, topographic structure, etc.) and different design options. The designed practices in the study are exemplary and their designing by the user in accordance with the current situation would help to make the preliminary feasibility study more accurate and thus to provide a more precise forecasting of the cost.
As only the structural Best Management Practices could have been investigated in the study, it is evident that the studies related to the cost of product based and in-situ control methods in struggling with non-point source pollution which would be done in the following years would be highly supportive for the user at the decision-making point.