Biyolojik atıksuların yenilikçi vermifiltrasyon teknoloji ile arıtılması
Treatment of biological wastewater via innovative vermifiltration technology
Yazar: ONUR NAMALDI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞÜKRÜ TANER AZGIN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atık su arıtma = Waste water treatment ; Filtreleme = Filtration ; Filtreler = Filters ; Vermifiltrasyon = Vermifiltration

Özet:
Endüstriyel faaliyetlerin gelişmesi, küresel nüfusun kontrolsüz bir şekilde artması ve doğal ekosistemlere insanların aşırı müdahale etmesi birçok çevresel problemi beraberinde getirmiştir. Toplumların temiz su ihtiyacına erişimi ve atıksu oluşum miktarlarının azaltılması bu problemlerin kaynakta kontrolü adına önemli çözüm noktalarından birisi olarak görülmektedir. Döngüsel ekosistemin sürdürülebilirliği adına üretilen atıksuların arıtıldıktan sonra yeniden kullanımı ve bunu yapabilecek yenilikçi arıtma teknolojileri, son zamanlarda dünya genelinde önem kazanmaktadır. Konvansiyonel arıtma sistemlerinin alternatifi olarak düşünülen bu sistemler evsel ve endüstriyel atıksuların deşarj standartlarını karşılayabilecek, yenilikçi, enerji tasarruflu, lokal noktalara hizmet sunabilen özellikleri ile ön plana çıkmaktadırlar. Bu tez çalışması ile arıtma performansı denenen vermifiltrasyon arıtma sistemi, yukarıda sayılan özellikleri bünyesinde barındıran yenilikçi bir arıtma alternatifidir. Vermifiltrasyon sistemi, Eisenia Foetida türü solucanlar yardımıyla, atıksuya uygulanan filtrasyon, biyolojik parçalanma prosesleri ve üçüncül arıtma ile geri kazanımın bir arada olduğu kompakt bir doğal arıtma sistemidir. Sistemin üzerinde arıtma işlemi, atıksu besleme ünitesi, solucan filtre yatağı (vermibed tabakası), farklı özelliklere sahip filtre yatakları ve atıksu toplama ünitesinden oluşan vermifiltrasyon kolonlarında gerçekleşmektedir. Yapılan tez çalışmasında Kayseri ili kanalizasyon sistemine ait atıksu örneklerinin arıtım performansları, laboratuvar ortamında kurulan üç farklı yatak malzemesi kombinasyonu ile zenginleştirilen vermifiltrasyon reaktörleri ile takip edilmiştir. Vermifiltrasyon reaktörleri için oluşturulan yatak malzemeleri için literatürde sıklıkla tercih edilen Eisenia Foetida türü solucanlar kullanılmış ve atıksu arıtım verimleri KOİ, AKM, TN, TP, pH ve iletkenlik parametrelerinin analizleri ile hesaplanmıştır. Analizlerin istatistiksel anlamlılığı %95 güven aralığı, p<0.05 anlamlılık düzeyinde incelenmiştir. Verilerin analizinde ANOVA ve Tukey Kremer analizlerinden yararlanılmıştır.
Çalışmanın sonucunda ham atıksu için AKM parametresinin artıma verimi minimum %89 olurken maksimum %93 seviyelerinde tespit edilmiştir. Üç farklı kombinasyon ve bir adet kontrol numunesi arasında yapılan istatistiksel analiz sonuçları neticesinde ise α=0.05 anlamlılık düzeyinde istatistiksel olarak solucan varlığının ve solucan popülasyonundaki artışın lehine anlamlı bir farklılık olduğu sonucuna varılmıştır. Toplam Fosfor (TP) sonuçlarında arıtım verimi nispeten düşük kalırken ham atıksuyun 8,9 mg/L olan toplam fosfor konsantrasyonu en iyi vermifiltrasyon reaktörü sonucuna göre yaklaşık 3,73 mg/L'ye kadar düşmüş ve %58 verim elde edilmiştir. AKM'nin aksine toplam fosfor için reaktörler arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark tespit edilmemiştir. KOİ parametresinde ise hazırlanmış olan her bir vermifiltre kolonunun arıtma verimi %93'ün üzerinde tespit edilmiştir. Kolonlar arasında yapılan ANOVA analizleri sonucunda istatistiksel olarak anlam farklılığının olmadığı gözlemlenmiştir. Giriş konsantrasyonu 101,7 mg/L olan toplam azot (TN) parametresi incelendiğinde arıtma verimi minimum %67 iken maksimum arıtma verimi %80 seviyelerine ulaşmaktadır. Hazırlanmış olan kolonlarda filtre sıralamasının anlamlı bir değişken olmadığı görülmüştür. Bununla beraber AKM parametresinde gözlemlendiği gibi solucan varlığının ve solucan popülasyonundaki artışın istatistiksel olarak anlamlı bir fark oluşturduğu tespit edilmiştir. Ayrıca hazırlanmış olan her bir vermifiltrasyon kolonunun arıma verimleri incelendiğinde KOİ çıkış suyu konsantrasyonu ve pH değerleri 'Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği' deşarj standartlarını sağlıyorken çalışılan diğer parametrelerde deşarj standartlarına ulaşılamamıştır. Bütün bu değerlendirmeler sonucunda yenilikçi vermifiltrasyon teknolojisinin, mevcut ve hâlihazırda kullanılan arıtma teknolojilerine alternatif olabileceği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: vermifiltrasyon, vermibed, filtre yatağı, vermifiltre kolonu, atıksu arıtma

Abstract:
The development of industrial activities, uncontrolled increase in the global population and the excessive intervention of people in natural ecosystems have created many environmental problems. Access to potable clean water of societies and reducing the amount of wastewater generation is seen as one of the important solution points for the control of these problems at the source. Innovative treatment technologies that can do this have recently gained importance around the world. These systems, which are considered as an alternative to conventional treatment systems, come to the fore with their innovative, energy-efficient, and service-oriented features that can meet the discharge standards of domestic and industrial wastewater.  Vermifiltration treatment system, whose purification performance has been tested in this thesis, is an innovative treatment alternative that incorporates the above-mentioned features. Vermifiltration system is a compact natural treatment system that combines filtration applied to wastewater, biological decomposition processes and in situ treatment and recovery with the help of Eisenia Foetida type worms. The treatment process on the system takes place in vermifiltration columns consisting of a wastewater feeding unit, a worm filter bed (vermibed), filter beds with different characteristics and a wastewater collection unit.  In this thesis, the treatment performances of wastewater samples that belong to the sewage system of Kayseri province were followed with vermifiltration reactors enriched with three different bedding material combinations established in the laboratory environment Eisenia Foetida type worms, which are frequently preferred in the literature, were used for bedding materials created for vermifiltration reactors and wastewater treatment efficiencies were calculated by analysis of COD, AKM, TN, TP, pH and conductivity parameters. The statistical significance of the analyzes was examined at the 95% confidence interval, p<0.05 significance level. ANOVA and Tukey Kremer analyzes were used in the analysis of the data.
As a result of the study, the improvement efficiency of the AKM parameter for raw wastewater was determined to be at the minimum 89% and maximum 93% levels. As a result of the statistical analysis results between three different combinations and one control sample, it was concluded that there was a statistically significant difference in favor of the presence of worms and the increase in the worm population at the α=0.05 significance level. While the treatment efficiency remained relatively low in the Total Phosphorus (TP) results, the total phosphorus concentration of the raw wastewater, which was 8.9 mg/L, decreased to approximately 3.73 mg/L according to the best vermifiltration reactor result, and an efficiency of 58% was obtained. Unlike AKM, no statistically significant difference was found between the reactors for total phosphorus. In the COD parameter, the purification efficiency of each prepared vermifilter column was found to be over 93%. As a result of the ANOVA analyzes performed between the columns, it was observed that there was no statistically significant difference. When the total nitrogen (TN) parameter with an inlet concentration of 101.7 mg/L is examined, the treatment efficiency is minimum 67%, while the maximum treatment efficiency reaches 80%. It was seen that the filter order was not a significant variable in the prepared columns. However, as observed in the AKM parameter, it was determined that the presence of worms and the increase in the worm population made a statistically significant difference. In addition, when the treatment efficiency of each prepared vermifiltration column is examined, the COD effluent concentration and pH values meet the discharge standards of the 'Water Pollution Control Regulation', while the discharge standards have not been reached in the other studied parameters. As a result of all these evaluations, it has been concluded that innovative vermifiltration technology can be an alternative to existing and currently used treatment technologies.

Key Words: vermifiltration, vermibed, filter bed, vermifilter column, wastewater treatment