Tarımsal drenaj sularının yapay sulak alan ve reaktif bariyer sistemleriyle iyileştirilmesi
Improvement of agricultural drainage water with artificial wetland and reactive barrier systems
Yazar: İREMNAZ GÜLMÜŞ
Danışman: DOÇ. DR. EMRE BURCU ÖZKARAOVA
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Ziraat = Agriculture ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Amonyum bileşikleri = Ammonium compounds ; Nitratlar = Nitrates ; Sulak alanlar = Wetlands ; Yüzey drenaj sistemleri = Surface drainage systems

Özet:
Dünya, nüfusunun katlanarak artması ve sanayi anlamında hiç durmadan
gelişme göstermesi, sınırlı su kaynaklarının kullanımının artmasına sebep olmuştur.
Bu yüzden önüne geçemediğimiz bu gelişmelere alternatif çözümler arayarak ve
kaynaklara takviyeler yapılması sağlanarak entegre projeler geliştirilmeli ve çözüm
yolları aranmalıdır. Bu amaçla çalışmada yapak sulak alan ve aktif bariyer sistemi bir
arada kullanılarak literatür kapsamında birleşik sistem uygulamalarına örnek teşkil
etmesi istenmiştir. Tarımsal drenaj sularındaki dönemsel kirlilik yüklerindeki ve
debilerindeki farklılıklar göz önüne alınarak bu seçime gidilmiştir. Birleşik sistemin
yapay sulak alan kısmında yüzer bitkiler olarak Lemna minor ve Pistia kullanımı
sağlanmıştır. Batık bitkiler için Elodea densa, Micranthemum micranthemoides,
Ceratophyllum demersun bitkileri kullanılmıştır. Ayrıca aktif bariyer sisteminde
kenevir kökü kullanımı bulunmayan ama dünya üzerinde oldukça farklı alanlarda 
iyileştirici özellikleri bilinen kenevirin artığı olarak kullanımı sağlanmıştır. Reaktif 
bariyer sisteminde kullanılan kenevir nitrat giderimi için, kalsine midye kabuğu fosfat
için, zeolit ise amonyum giderimi için kullanılmıştır.
Çalışmanın hem sistem olarak sürekli birleşik sistem oluşu hem de yapay sulak 
alan ve reaktif bariyer kısımlarında kullanılan bitki ve reaktifler yenilikçi bir çalışma 
kapsamında literatüre katkı sağlamaktadır. Sistemlerde nitrat azotu (NO3-N), 
amonyum azotu (NH4-N), fosfat (PO4), pH, çözünmüş oksijen (ÇO) ve elektriksel 
iletkenlik (EC) sonuçları değerlendirilmiştir. Çalışmalar kesikli sistem çalışmalarının 
ardından sürekli drenaj suyu akışlı sistemde test edilmiştir. Sulak alan sisteminde 
gerçekleştirilen kesikli çalışmalar esnasında Lemna minor, Elodea densa ve 
Micranthemum bitkileri %90'ın üzerinde NO3-N giderim verimine sahip olarak 
bulunmuştur. Pistia bitkisinin %80 verimle NH4-N giderimi sağladığı kaydedilmiştir. 
Sürekli akışlı sistemde birleşik sistem çalışmaları 16 gün boyunca 12,5 mL/dk hızla 
sisteme beslenen sentetik drenaj suyu yaklaşık 10 mg/L nitrat, 1 mg/L amonyum, 0,1 
mg/L fosfat ve 1 g/L sodyum klorür içermektedir. Yüksek tuzluluğa sahip drenaj suyu 
akışı altında birleşik sistem çıkışında nitratın %95'i, amonyumun %74'ü 
uzaklaştırılmıştır. Fosfat miktarı sürekli akış altında artış göstermiştir.
Sistemde devamlılığın sağlanabilmesi ve verimin arttırılabilmesi için sunulan 
öneriler; karbon miktarının arıtımdaki öneminden dolayı kenevir organiğinin 
sistemdeki miktarı reaktör tasarımı değiştirilerek arttırılabilir. Sistemi destekleyen 
sulak alan tankındaki bitkilerin miktarı ve çeşidi değerlendirilerek ve geliştirilerek 
drenaj suyu reaktif sistemine aktarılmadan önce fosfat ve amonyum miktarı daha da 
azaltılabilir.

Abstract:
The exponential increase in the population of the world and its unceasing 
development in terms of industry have led to an increase in the use of limited water 
resources. Therefore, by seeking alternative solutions to these developments that we 
cannot prevent and by providing reinforcements to the resources, integrated projects 
should be developed and solutions should be sought. For this reason a combination of 
artificial wetland with reactive barrier (PRB) systems was evaluated as an example. 
This combination was decided regarding the variable nature of agricultural drainage 
water flow rate and contaminant load. In the artificial wetland part of the combined 
system, lemna minor and pistia were used as floating plants. Elodea densa, 
micranthemum micranthemoides, ceratophyllum demersun plants were used for 
submerged plants. Roots as residues from a plantation of hemp, a known plant for the 
health and textile sectors, was investigated as a substrate for PRB for the first time. In 
the PRB system hemp roots were used for nitrate removal, calcined mussel shell for 
phosphate and zeolite for ammonium removal.
The fact that the study is a continuous unified system as well as the plants and 
reagents used in the artificial wetland and reactive barrier parts contribute to the 
literature within the scope of an innovative study. Nitrate nitrogen (NO3-N), 
ammonium nitrogen (NH4-N), phosphate (PO4), pH, dissolved oxygen (DO) and 
electrical conductivity (EC) results were evaluated in the systems. The studies were 
tested in the system with continuous drainage water flow after the intermittent system 
studies. During the intermittent studies carried out in the wetland system, Lemna 
minor, Elodea densa and Micranthemum plants were found to have a NO3-N removal 
efficiency of over 90 %. It has been noted that the Pistia plant provides NH4-N removal 
with 80 % efficiency. Combined system studies in continuous flow system, synthetic 
drainage water fed into the system at a rate of 12,5 mL/min for 16 days contains 
approximately 10 mg/L nitrate, 1 mg/L ammonium, 0,1 mg/L phosphate and 1 g/L 
sodium chloride. Under high salinity drainage water flow, 95 % of nitrate and 74 % of 
ammonium were removed at the combined system outlet. The amount of phosphate 
increased under continuous flow.
Suggestions offered to ensure continuity in the system and increase efficiency; 
Due to the importance of carbon content in treatment, the amount of hemp organic in 
the system can be increased by changing the reactor design. By evaluating and 
improving the amount and variety of plants in the wetland tank that supports the 
system, the amount of phosphate and ammonium can be further reduced before the 
drainage water is transferred to the reactive system.