İdrardan dolaylı yolla gübre elde edilmesi üzerine karşılaştırmalı bir araştırma

Dünyada bulunan tüm doğal kaynakların sınırlı olduğu gerçeği son zamanlarda karşılaşılan en önemli sorunlardan biridir. Bu sorun nedeni ile sürdürülebilir yaşam için gerekli olan geri kazanım her geçen gün önem kazanmaktadır. Sınırlı kaynakların teknolojiden faydalanılarak yeniden kullanılabilmesi, sürdürülebilirlik açısından önem taşımaktadır. Konu Çevre Mühendisliği açısından değerlendirildiğinde kirletici olarak sularda bulunan, ancak başka alanlarda girdi olarak kullanılan maddelerin geri kazanılması hem çevre kirlenmesinin kontrolünde olumlu etki sağlayacak hem de maddenin geri dönüşümü ile alternative bir kaynak elde edilecektir. Özellikle evsel atıksularda bulunan nutrientlerin alıcı ortamlara verildiğinde ötröfikasyon başta olmak üzere çeşitli sorunlara sebep olduğu bilinmektedir. Nütrientlerin geri kazanımı ile bir yandan kirlilik kontrolü sağlanırken diğer yandan atığın değerlendirilmesi ile kaynak yaratılmaktadır. Evsel atıksuyun hacim olarak yaklaşık 1 %'lik bir kısmını oluşturan insan idrarında, evsel atıksudaki azotun %80'I, fosforun %50'sinden fazlası bulunmaktadır. Bu amaçla son yıllarda kaynağında ayrılmış idrardan azot ve fosfor geri kazanımı ile çalışmalar hız kazanmıştır. Bu çalışmalara genel olarak bakıldığında struvit çöktürme sürecinin ön plana çıktığı görülmektedir. Bu sürece alternatif olarak; iyon değişimi/adsorpsiyon, sıyırma/absorpsiyon süreçleri bulunmaktadır. Yapılan çalışmada azot ve fosfor geri kazanımı ve kazanılan gübre etkin maddelerin kullanılabilirliği üzerine bir ön çalışma hedeflenmiş olup bu hedef doğrultusunda yukarıda belirtilen üç süreç gerek tek kademe halinde gerek kombine olarak iki kademe şeklinde kullanılarak birbiri ile karşılaştırılması amaçlanmıştır. Deneysel çalışma üç aşama halinde gerçekleştirilmiştir. Öncelikle kullanılacak olan idrar, üniversite binasında bulunan erkekler tuvaletinin pisuvarları vasıtası ile toplanmış, gerçeğe daha yakın olabilmesi için gönüllü kadınlardan alınan numuneler ile karıştırılmış ve depolanmıştır. Toplama ve depolama süresince idrar karakterizasyonu yapılmıştır. İkinci aşamada aşamada belirtilen süreçler tek kademe ve kombine iki kademe halinde uygulanarak, idrar içeriğindeki azot ve fosfor elde edilen katı fazlara taşınarak geri kazanılmıştır. Tek kademeli uygulama sonucunda struvit çöktürme ile %10'lara varan azot ve %99 oranında fosfor, iyon değişimi/adsorpsiyon ile %88 azot ve %99 fosfor, sıyırma/absorpsiyon süreci ile %99 azot geri kazanımı sağlanmıştır. Tek kademeli uygulama ile üretilen katı fazların kütleleri incelendiğinde, struvit çöktürme sonucu litre idrar başına 2.1 gr struvit; iyon değişimi ile yaklaşık 500 gr. azot ve fosfor yüklenmiş klinoptilolit; sıyırma/absorpsiyon süreci ile yaklaşık 21 gr. amonyum sulfat elde edilmiştir. Süreçlerin tek kademe halinde uygulanması sonucu sıvı fazda, struvit çöktürmenin ardından yaklaşık 5500 mg/L azot, 3 mg/L fosfor; iyon değişimi/adsorpsiyon süreci sonunda 800 mg/L azot, yaklaşık 15 mg/L fosfor; sıyırma/absorpsiyon uygulaması sonunda ise 60 mg/L azot ve 260 mg/L fosfor ölçülmüştür. Tek kademe uygulamalar sonucu elde edilen sıvı fazların farklı süreçlere tabi tutulduğu ikinci kademe uygulamalarında ise struvit çöktürme sonrası iyon değişimi uygulandığında azot kazanımı %88' e ulaşırken fosfor için bir değişim olmamıştır. Struvit çöktürme sonrası uygulanan sıyırma/absorpsiyon süreci sonuçlarına bakıldığında ise sıvı fazda kalan azotun tamamının kazanıldığı görülmektedir. Iyon değişimi sonrası uygulanan ikinci kademe iyon değişimi ile azot gideriminde %95'e çıkılmış fosforda ise bir değişim gözlemlenmemiştir. Sıyırma/absorpsiyon süreci sonrası uygulanan struvit çöktürme ile sıvı fazda kalan fosforun %92'lere varan kısmı geri kazanılmıştır. İki kademelei kombine uygulamalarda litre idrar başına, çift kademeli iyon değişimi/adsorpsiyon ile 615g, sıyırma/absorpsiyon sonrası struvit çöktürme ile 23 g, struvit çöktürme sonrası iyon değişimi/adsorpsiyon ile 475g ve struvit çöktürme sonrası uygulama sıyırma/absorpsiyon ile 23g ürün katı faz halinde elde edilmiştir. İki kademeli uygulamaların sonunda sıvı fazda, çift kademe iyon değişimi sonrası 260 mg/L azot ve 12 mg/L fosfor; sıyırma/absorpsiyon sonrasında sturvit çöktürme uygulandığında 50 mg/l azot ve 30 mg/L fosfor; sturvit çöktürmenin ardından iyon değişimi uygulandığında 800 mg/L azot ve 2 mg/L fosfor; struvit çöktürme sonrası sıyırma/absorpsiyon uygulandığında ise 25 mg/L azot ve 3 mg/L fosfor ölçülmüştür. Üçüncü aşamada ise elde edilen katı fazların ticari olarak satılan sentetik gübreler ile karşılaştırması biber bitkisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Gübre olarak kullanılabilirliğin karşılaştırıldığı bitki deneylerinde ise elde edilen her üç katı fazında sentetik gübreler ile eşdeğer ve kimi zaman daha iyi sonuç verdiğini görülmüştür. Elde edilen sonuçlar ışığında, idrardan tek kademeli geri kazanım düşünüldüğünde sdaece fosfor geri kazanımı amaçlanıyorsa struvit çöktürme, sadece azot geri kazanımı amaçlanıyorsa sıyırma/absorpsiyon ve her iki elementin geri kazanıılması isteniyorsa iyon değişimi/adsorpsiyon süreci tavsiye edilmektedir. Çift kademe kombine uygulamalarda ise struvit çöktürme sonrası uygulanan sıyırma/adsorpsiyon süreci gerek her iki element için de %99'a varan kazanım verimine ulaşması, gerek uygulama sonrası elde edilen katı faz kütlesinin düşük olması sebebi ile ön plana çıkmaktadır.