İnsan idrarının gübre olarak dolaylı kullanımında klinoptilolitle muamele ve alternatifleri
Alternatives for indirect use of urine as fertilizer through processing with clinoptilolite
Yazar: AYŞE DUDU ALLAR
Danışman: PROF. DR. AYŞE BİLSEN BAYKAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Ayrı toplanmış insan idrarındaki nütrientlerin doğal bir zeolit olan klinoptilolit kullanılarak adsorpsiyon/iyon değişimi yöntemi ile sıvı fazdan ayrılması ve sonrasında desorpsiyon ile geri kazanımı araştırılmıştır. Çalışmada tuvalet ve depo arasındaki boru hattı boyunca üre-amonyak dönüşümünün önemli bir kısmının gerçekleştiği ayrıca boru hattı boyunca fosforun çöktüğü belirlenmiştir. İzoterm deneylerinde klinoptilolitin idrardan amonyum, ortofosfat ve potasyum ayırma kapasitesi sırasıyla 28 mg NH4/g klinoptilolit, 1,5 mg PO4-P/g klinoptilolit ve 10 mg K/g klinoptilolit olarak tespit edilmiştir. İdrardaki nütrientlerin klinoptilolitle kesikli sistemde yükleme ile sıvı fazdan ayrılmasında en önemli parametrenin başlangıç amonyum yüklemesi olduğu belirlenmiştir ve seçilecek başlangıç amonyum yüklemesine göre elde edilecek yüklenmiş klinoptilolit üstündeki nütrient miktarları değişmektedir. Kademeli yükleme yapılarak kalıntı idrarın nütrient açısından evsel atıksu karakterine indirilebileceği görülmüştür. Gübre olarak farklı nütrientleri içeren yüklenmiş klinoptilolitin elde edilmesi amacıyla, farklı yükleme koşulları uygulanarak hedeflenen gübre etkin maddelerin elde edilmesi mümkün olabilmektedir. Bu bağlamda amonyum veya fosfat ağırlıklı gübre oluşturulabilmektedir. Yüklenmiş klinoptilolitten geri kazanım amaçlı yapılan deneylerde amonyumun çok uzun süre, ortofosfatın hızlıca, potasyumun ise ara ara salındığı izlenmiştir. İçeriğinde en fazla miktarda bulunan nütrientin amonyum olmasına paralel olarak idrardan en yüksek geri kazanım amonyumda elde edilmiştir. Sera denemelerinde yüklenmiş klinoptilolit ile suni gübre uygulamasına benzer sonuçlar elde edilmiş, ürünün gübre olarak kullanılabileceği ortaya konmuştur. Bir yazlık sitede toplanan idrarla yüklenmiş klinoptilolitin azot içeriğinin sitenin yeşil alanlarına gübre olarak uygulama için yeterli olacağı belirlenmiştir. İdrardan nütrient geri kazanımında dolaylı uygulama doğrudan uygulamaya, peyzaj amaçlı kullanım gıda amaçlı kullanıma, pişirilerek tüketim çiğ tüketime göre daha fazla kabul görmüştür.

Abstract:
Indirect use of human urine as fertilizer was investigated through adsorption/ion exchange using the natural zeolite, clinoptilolite. First, ammonium, orthophosphate and potassium were removed from urine, then these nutrients were recovered through desorption. Between urinals and storage tank, urea conversion to ammonia was almost complete and phosphate precipitation occured. The capacities for ammonium, orthophosphate and potassium in urine were measured as 28 mg NH4/g clinoptilolite, 1.5 mg PO4-P and 10 mg K/g clinoptilolite, respectively in the isotherm experiments. Removal of nutrients from urine is highly dependent upon initial loadings. Nutrient concentrations in residual urine could be decreased to the level of domestic wastewater when stagewise loading was applied. Individual target nutrients may be obtained using different loading conditions, and fertilizers with either ammonium or orthophosphate predominance may be produced using the method suggested. Release of ammonium continued for a long time, release of orthophosphate was quick and potassium release was intermittent during recovery experiments. High ammonium recovery was achieved because of the high ammonium concentration in urine. Results similar to synthetic fertilizer suggested that the product may be used as a potential fertilizer. A full scale sufficiency investigation revealed that the product obtained was self-sufficient as a fertilizer for a summer housing site. Results of survey showed that direct and indirect application of human urine as fertilizer received more acceptance for landscape plants than uncooked crops and indirect application of urine was more preferable.