Erzurum Kentsel Atıksu Arıtma Tesisinde Seçili Mikrokirleticilerin Tesbiti ve Akibetinin Belirlenmesi
The Detection and Fate Analysis of Selected Micropollutants in Erzurum Municipal Wastewater Treatment Plant
Yazar: FATMAGÜL ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. ZEYNEP EREN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Asetaminofen = Acetaminophen ; Atık su arıtma tesisleri = Waste water treatment plants ; Bisfenol A = Bisphenol A ; Diklofenak = Diclofenac ; Farmasötikler = Pharmaceuticals ; Mikrokirleticiler = Micropollutants

Özet:
Amaç: Bu tez çalışmasında yüzey sularında hem çeşitlilikleri hem de konsantrasyonları son yıllarda artan mikrokirleticilerin, sucul ekosisteme yayıldıkları ana kaynak olan atıksu arıtma tesislerindeki mevcudiyetleri ve akıbetleri incelenmiştir. Bu amaçla son yıllarda yüzey sularında konsantrasyonları en çok analiz edilen üç mikrokirletici olan diklofenak, parasetamol ve Bisfenol A hedef bileşik seçilerek Erzurum Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisinde bu mikrokirleticiler bir yıllık dönem boyunca tesis giriş ve çıkış atıksu akışında izlenmiş ve tesise ait işletme parametreleri kullanılarak tesisteki ve tesisin biyolojik arıtma ünitesindeki akıbetleri bilgisayar yazılımı ile modellenmiştir. 
Yöntem: Aralık 2020-Kasım 2021 döneminde 12 ay boyunca tesisin giriş-çıkış noktaları başta olmak üzere belirli noktalarından alınan atıksu numunelerinde sıvı-sıvı ekstraksiyon yöntemi kullanılarak LC-MS/MS metodu ile hedef mikrokirleticiler analiz edilmiştir. Hedef mikrokirleticilerin Erzurum Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisinde arıtılabilirliklerini ve akıbetlerini belirlemek amacıyla elde edilen bu mikrokirletici konsantrasyonları ile tesise ait işletme parametreleri kullanılarak Toxchem yazılımı ile tesis modellenmiştir. Toxchem yazılımı ile öncelikle "Back Solver Analysis" yapılarak modelin tesisle uyumu belirlenmiş ardından duyarlılık analizi yapılarak tesise ait işletme parametrelerinin mikrokirleticilerin tesisteki akıbeti üzerindeki etkisi belirlenmiştir.
Bulgular: Çalışmanın yapıldığı dönemde Erzurum Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi giriş noktasında diklofenak konsantrasyonları 0-139,849 µg/L arasında değişirken, parasetamol konsantrasyonları 1,189-3.568,498 µg/L ve BPA konsantrasyonları ise 0,015-1,085 µg/L aralığında değişim göstermiştir. Tesis çıkış atıksularının deşarj edildiği Karasu nehrinden alınan numunelerde diklofenak ve Bisfenol A açısından Karasu Nehrinin çevresel kalite standardını sağladığı görülmüştür. Toxchem model sonuçlarına göre mikrokirleticilerin tesiste çamura absorbe olma yüzdesi sırasıyla Bisfenol A>diklofenak>parasetamol olarak tahmin edilirken; atıksuda çözünür formda kalma yüzdesi sırasıyla parasetamol>diklofenak>Bisfenol A olarak belirlenmiştir. Havaya sıyırma yüzdesi her üç bileşik için ihmal edilebilir seviyede olurken biyolojik arıtma ünitesinde biyolojik parçalanma yüzdesi sırasıyla parasetamol>Bisfenol A>diklofenak olarak modellenmiştir.
Sonuç: Mikrokirleticilerin atıksu arıtma tesisindeki arıtılabilirlikleri çok geniş bir aralıkta değiştiği için mikrokirleticilerin arıtılması için ileri arıtma yöntemleri ilave etmek kolay olmamaktadır. Ancak tesise ait işletme parametrelerinin mikrokirleticilerin arıtılması üzerindeki etkisi Toxchem modeli yardımıyla incelendiğinde tesis işletme koşullarını değiştirerek mikrokirleticilerin arıtılma oranını artırmak mümkün olmaktadır.
Anahtar Kelimeler: Erzurum Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi, Mikrokirletici, Farmasötikler, Diklofenak, Parasetamol, Bisfenol A (BPA)

Abstract:
Purpose: In this study, the occurance and fate of micropollutants, whose diversity and concentration have increased in surface waters in recent years, in wastewater treatment plants, which is the main source from which they spread to the aquatic ecosystem, were investigated. For this purpose, three micropollutants diclofenac, paracetamol and Bisphenol A, whose concentrations have been analyzed the most in surface waters in recent years, were selected as the target compound and these micropollutants were monitored in the inlet and outlet wastewater flow in Erzurum Biological Wastewater Treatment Plant for a one year period using the operating parameters of the Plant. Their fate analysis in the plant and biological treatment unit was modeled with a computer software.
Method: The target micropollutants were analyzed using the liquid-liquid extraction and LC-MS/MS method in wastewater samples taken from certain points, especially the entrance-exit points of the plant for 12 months between December 2020-November 2021. In order to determine the treatability and fate of the target micropollutants in Erzurum Biological Wastewater Treatment Plant, the plant was modeled with Toxchem software by using these micropollutant concentrations and the operating parameters of the plant. "Back Solver Analysis" was firstly made with Toxchem and the compatibility of the model with the facility was determined, and then the effect of the operating parameters on the fate of the micropollutants in the plant was determined by conducting sensitivity analysis.
Findings: At the time period of the study, diclofenac concentrations ranged from 0 to 139,849 µg/L, while paracetamol concentrations ranged from 1,189 to 3,568,498 µg/L and BPA concentrations between 0.015 and 1.085 µg/L at the Erzurum Biological Wastewater Treatment Plant. It has been observed that the Karasu River meets the environmental quality standard in terms of diclofenac and Bisphenol A concentrations in the samples taken from the Karasu river, where the wastewater effluent is discharged. According to the Toxchem model results, the percentage of micropollutants to be absorbed into the sludge in the plant was estimated in the order of Bisphenol A>diclofenac>paracetamol, respectively. The percentage of micropollutants in the wastewater was determined as paracetamol>diclofenac>Bisphenol A, respectively. While the percentage of leaching to air was negligible for all three compounds, the percentage of biodegradation in the biological treatment unit was modeled as paracetamol>Bisphenol A>diclofenac, respectively.
Results: It is not easy to entegrated an advanced treatment method for the treatment of micropollutants because the treatability of micropollutants in the wastewater treatment plant varies in a wide range. However, when the effect of the operating parameters on the treatment of micropollutants is analyzed with the Toxchem model, it is possible to increase the treatment rate of micropollutants by controlling the operating conditions of the plant.
Keywords: Erzurum Biological Wastewater Treatment Plant, Micropollutant, Pharmaceutical, Diclofenac, Paracetamol, Bisphenol A (BPA)