İçme suyu arıtma tesislerinde biyolojik arıtım
Biological treatment in drinking water treatment plants
Yazar: ZELAL ŞENER
Danışman: PROF. DR. DENİZ UÇAR
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Biyodenitrifikasyon = Biyodenitrifikasyon ; İçme suyu arıtma = Drinking water treatment ; İçme suyu arıtma tesisleri = Drinking water treatment plants

Özet:
Su, yaşamın devamını karşılayabilmesi için gerekli olan en temel ihtiyaçlardan biridir. İnsanlar tarafından kullanılan suyun sağlığa zararlı veya organizmaları içermemesi için geliştirilen çalışmalar ve yöntemler geçmiş yıllara dayanmaktadır. Günümüzde Avrupa ülkelerinde yapılan araştırmalar neticesinde atıksularda, arıtma tesisi çıkış sularında, yüzeysel sularda ve yeraltı sularında ve hatta içme sularında 100'ün üzerinde mikrokirletici çeşidine rastlanmıştır. Mikrokirleticilerin dirençli yapılarından dolayı bu kirleticiler klasik arıtma tesislerinde arıtımı yapılmamaktadır. Bu nedenle mikrokirleticilerin sucul ortamlardan arıtımı için ileri arıtma prosesleri uygulanmaktadır.
İçme suyu olarak yeraltı sularının kullanılması durumunda bu suyun alındığı bölge bir tarım arazisi ise tarım kaynaklı gübrelerden yeraltı sularına sızan azot türevleri yeraltı sularında bulunabilmektedir. Bu türevlerden nitrat düşük adsorpsiyon eğilimi nedeni ile yeraltı sularında sıklıkla karşılaşılan bir kirleticidir. Nitratın bir diğer kaynağı ise ileri arıtma yapılmadan alıcı ortamlara deşarj edilen evsel ve endüstriyel atıksulardır. Bu atıksularda bulunabilen amonyum azotu nitrifikasyon yolu ile nitrata dönüşebilmektedir. 
Nitrifikasyon işlemi sadece amonyağın kimyasal formunu değiştirir ve nitrat haline getirir. Denitrifikasyon ise nitratın (NO3-), nitrit (NO3-), nitrik oksit (NO), nitröz oksit (N2O) ve son olarak azot gazına (N₂) indirgenmesi sürecini ifade eder.
Nitrat giderimi için kullanılan yöntemlerden birisi olan biyolojik denitrifikasyonda ototrofik ve heterotrofik bakterilerin kullanılır. Ototrofik denitrifikasyon sürecinde mikroorganizmalar inorganik karbon kaynakları kullanır ve yine inorganik elektron vericiler kullanırlar. 
Heterotrofik denitrifikasyonda ise hem karbon kaynağı hem de elektron kaynağı bir organik maddedir. Her iki denitrifikasyon türünde ortamda diğer besin maddeleri (fosfor, kükürt iz elementler vb.) de bulunmalıdır.
Heterotrofik ve ototrofik denitrifikasyon yöntemleri gerçek ölçekli içme suyu arıtma tesislerinde kullanılmaktadır. Bu araştırma tezinde heterotrofik proseslerin olduğu 4 adet ve ototrofik proseslerde ise 1 adet laboratuvar ortamında kurulan pilot ölçekli tesisin gerçek ölçekli içme suyu arıtma tesisine uyarlanması incelenmiştir.
Her ne kadar biyolojik arıtma süreçlerinde yüksek giderim verimleri gözlenemese de, takip eden ek üniteler ile (örneğin aktif karbon adsorpsiyonu, filtrasyon), %90-95 arasında nitrat giderimi gözlenmiştir. 
Bu tez çalışmasında, içme sularında bulunan çeşitli mikrokirleticilerden bahsedilerek bazı arıtma tesislerinde kullanılan arıtım yöntemlerine değinilmiştir. Gerçek ölçekli biyolojik içme suyu arıtma tesisleri incelenerek arıtımın halk tarafından kabul görüp görmeyeceği değerlendirilmiştir. Biyolojik arıtma tesislerinin ülkemizde uygulanması durumunda halkın konuya bakış açısı araştırılmıştır.

Abstract:
Water is one of the most fundamental needs for sustaining life. Efforts and methods developed by humans to ensure that water used is free from harmful substances or organisms have a long history. Recent studies in European countries have identified over 100 types of micropollutants in wastewater, effluents from treatment plants, surface waters, groundwater, and even drinking water. Due to their resistant structures, traditional treatment facilities often do not effectively remove these pollutants. Therefore, advanced treatment processes are applied to purify micropollutants from aquatic environments.
When groundwater is used as drinking water, contamination by nitrogen compounds, such as nitrates from agricultural fertilizers leaching into groundwater, is a common concern. Nitrate, due to its low adsorption tendency, frequently contaminates groundwater. Another source of nitrate is untreated municipal and industrial wastewater discharged into receiving environments, where ammonium nitrogen can be converted to nitrate via nitrification.
Nitrification converts ammonia's chemical form solely to nitrate. Denitrification, on the other hand, refers to the reduction of nitrate (NO3-), nitrite (NO2-), nitric oxide (NO), nitrous oxide (N2O), and ultimately to nitrogen gas (N₂).
Biological denitrification, one of the methods used for nitrate removal, involves both autotrophic and heterotrophic bacteria. In autotrophic denitrification, microorganisms use inorganic carbon sources and inorganic electron donors. In heterotrophic denitrification, both the carbon and electron sources are organic substances. In both types of denitrification, other nutrients (such as phosphorus, sulfur, trace elements, etc.) must be present in the environment.
Heterotrophic and autotrophic denitrification methods are employed in full-scale drinking water treatment plants. This research thesis investigates the adaptation of a pilot-scale facility, comprising four heterotrophic and one autotrophic denitrification processes, in laboratory conditions to real-scale drinking water treatment plants.
Although high removal efficiencies are not always observed in biological treatment processes, nitrate removal rates of approximately 90-95% have been achieved with additional units (e.g., activated carbon adsorption, filtration). This thesis discusses various micropollutants found in drinking water and touches upon treatment methods used in some treatment plants. The acceptance of treatment methods by the public has been evaluated by examining full-scale biological drinking water treatment plants implemented in our country.