Kentsel atıksulardan uzun süreli ozonlama ile KOİ, diklofenak giderimi ve kısmi nitrifikasyon

Kentlerdeki hızlı nüfus artışıyla birlikte endüstriyel ve evsel amaçlı su kullanımı artmaktadır. Konut ve işyerlerinden ortaya çıkan atıksular kentsel atıksu arıtma tesislerinde arıtılarak alıcı ortama verilmektedir. Konvasiyonel yöntemlerle arıtılan tesisler bazı kirleticinin giderilmesinde yetersiz kalmaktadır. Bu türden kirleticileri gidermek için yeni ya da geliştirilmiş proseslere ihtiyaç duyulmaktadır. Tesis alanın elverişli olması durumunda besi maddesi giderimli biyolojik arıtma proseslerinin inşaası mümkün olabilmektedir ancak alan kısıtı olan yerler için çok az yer kaplayan ve öncelikli kirlecilerin de giderilmesine imkan veren ozonlama gibi pratik arıtma sistemlerine ihtiyac duyulmaktadır. Bu çalışmada, İSKİ'nin alan kısıtı nedeniyle konvansiyonel biyolojik arıtma sistemi kurulamayan ve İstanbul Boğazı'nın alt tabakasına atıksu deşarj eden atıksu arıtma tesisleri için sürdürülebilir bir arıtma seçeneği oluşturulması hedeflenmiştir. Bu yüzden, KOİ giderimini arttırmak, biyolojik olarak giderilemeyen diklofenak giderimini sağlamak ve kısmi nitrifikasyon gerçekleştirmek üzere laboratuvar ölçekli kimyasal destekli ön çöktürme ve ozonlama çalışmaları yapılmıştır. İstanbul'un Asya yakasında kurulu konvansiyonel aktif çamur tesislerinden biri olan ATB'nin ön çöktürme girişinden ve biyolojik arıtma çıkışından atıksu numuneleri alınmıştır. İlk aşamada biyolojik çıkış numunesine uzun süreli ozonlama yapılarak derin deşarj öncesi, konvansiyonel parametrelerin gideriminin yanında diklofenak giderimi ve nitrifikasyon izlenmiştir. İkinci aşamada ise ön çöktürme girişinden alınan numuneye kimyasal destekli ön arıtma sonrasında ozon uygulanarak belirlenen parametrelerin giderimleri ölçülmüştür. Biyolojik çıkış numunesine 90 dakika boyunca 20 mg/l ozon uygundığında KOİ'nin önemli oranda giderildiği gözlenmiştir. 90 dakika sonunda KOİ %75 giderilerek 41 mg/l'ye inmiştir. Analiz sonuçlarına göre, son 60 dakilalık süreçte sadece %5'lik bir giderim olduğu için optimum temas süresi 30. dakika olarak gözlenmiştir. İkincil arıtım sonrası TKN konsantrasyonu 17 mg/l olarak ölçülmüştür ve bu değer, ozonlama süresince azalarak 60. dakikada 7.5 mg/l, 90 dakika da ise 4.8 mg/l olmuştur. TKN miktarındaki bu azalışlar daha çok amonyum azatonun oksidasyonundan kaynaklanmıştır. Buna bağlı olarak 60. ve 90. dakikalardaki nitrat konsantrasyonu sırasıyla %29, 6 ve % 50.2 artarak 31.5 ve 36.5 mg/l olmuştur. Toplam azota bakıldığında 60. dakikada bir düşüş gerçekleşmiş ancak 90. dakika itibari ile tekrardan 41.3 mg/l olmuştur. TN'nin pH'ın 6-9 olduğu koşullarda sabit kalması beklendiğinden bu farkın deneysel bir hata ile açıklanabileneceği düşünülmektedir. Diklofenak, biyolojik olarak giderilmesi zor olan öncelikli kirleticilerden biri olduğu için ATB'nin, ikincil arıtma çıkışında diklofenak konsantrasyonu beklenildiği gibi yüksek çıkmıştır. Analiz sonuçlarına göre, ozonlama öncesi diklofenak konsantrasyonu (0. dakika) 0.89 g/l iken, 90 dakikalık periyot sonunda diklofenak >%99 giderilerek ölçüm sınırının altında kalmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında ATB'nin ön çöktürme girişinden alınan numuneye 30 mg/l FeCl 3 dozlandığında KOİ %77 giderilmiştir. İSKİ'nin ATB'ye ait 2018 yılı verilerene göre ise, ön çöktürme sırasında KOİ'nin ortalama %18 giderildiği görülmüştür. Kimyasal destekli ön çöktürme sonrası 90 dakikalık ozonlama süresince KOİ giderimi sürekli artmıştır. 30. 60. ve 90. dakilardaki KOİ giderimleri sırasıyla %89, %92 ve %93'tür. KOİ miktarınındaki en ciddi azalış 0. ve 30. dakilar arasında gerçekleştiğinden, 30. dakika kırılma noktası olmuştur. Ön çöktürme girişinde TKN konsantrasyonu 45.6 mg/l olarak ölçülmüştür. 30 mg/l FeCl 3 dozlandığında TKN 1.3 mg/l azalarak 44.3 mg/l olmuştur. NH4-N konsantrasyonunda bir değişme olmadığından buradaki azalış organik azottan kaynaklanmıştır. FeCl 3 ilaveli çöktürme sonrası yapılan 90 dakikalık ozonlama sonunda TKN gideriminde artış gözlenmiştir. 60. ve 90. dakikalardaki TKN giderimi sırasıyla %27 ve % 39'dur. TKN'deki giderimler daha çok NH4-N'ün NO3-N'e dönüşmesinden kaynaklanmıştır. Ozonlama öncesi (0. dakika) NH4-N konsatrasyonu 42.4 mg/l iken 60. ve 90. dakilarda sırasıyla %26 ve %39 giderilerek 31.5 mg/l ve 25.9 mg/l olmuştur. Ön çöktürme girişinde nitrat konsantrasyonu 0.2 mg/l olarak ölçülmüştür. Demir klorür ilavesi sonrası nitrat konsantrasyonunda bir değişiklik gözlenmemiştir. Ancak ozonlama süresince NH4-N'ün oksitlenmesinden dolayı nitrat konsantrasyonunda artış gözlenmiştir. 60. ve 90. dakikalardaki artışlar sırasıyla 9.8 mg/l ve 16.7 mg/l'dir. Ozonlama süresince pH değeri 9'un altında olduğundan amonyumun gaz formuna dönüşmesi çok sınırlıdır. Buna bağlı olarak deney süresince TN'nin sabit kalması beklenmiştir. Ancak analiz sonuçları incelendiğinde TN'de farklılıklar ( 2.4) gözlemlenmiştir. Bu farklılıkların biyolojik çıkış için yapılan ozonlama deneyinde olduğu gibi deneysel bir hatadan kaynaklandığı düşünülmüştür. ATB endüsriyel ve evsel kaynaklı atıksuları arıtan konvansiyonel bir arıtma tesisi olduğun için ham atıksuda, FeCl 3 desteki ön çöktürme ve ozonlama çıkışında olmak üzere 3 noktada diklofenak konsantrasyonları ölçülmüştür. Ön çöktürme öncesi diklofenak konsantrasyonu 0.23 g/l olarak ölçülmüştür. Demir klorür ilavesi sonrası diklofenak konsantrasyonunda bir değşiklik olmamıştır. Diklofenak giderimi için 90 dakika boyunca 20 mg/l ozon uygulandığında diklofenak >%99 giderilmiştir. Numunenin alındığı noktadaki AKM konsantrasyonu 256 mg/l olarak ölçülmüştür. FeCl 3 destekli ön çökeltme sonrası AKM %94 giderilerek 16 mg/l olmuştur. ATB'nin İSKİ'ye ait verileri incelendiğinde ise basit çöktürme ile AKM'nin %15. 5 giderildiği gözlenmiştir. Ozonlama sonrası AKM %95 üzerinde giderilerek 4 mg/l olmuştur. İki aşamalı bu deneysel çalışmalar sonucunda, KOİ gideriminin arttığı, biyolojik olarak giderilemeyen diklofenak'ın >%99 giderildiği ve belli ölçüde nitrifikasyonun da gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Uzun süreli ozonlama ile özellikle NH4-N konsantrasyonunda azalma sağlanması ve buna bağlı olarak artan NO3-N, derin deşarj noktalarında ani oksijen tüketimini önleyecektir. Ayrıca amonyum azotunun balıklar üzerindeki toksik etkisi de bu sayede azalmış olacaktır. Karadeniz'in dip kısmı gibi anoksik/anaerobik ortam koşullarında uygun bir C:N olması halinde kısmi olarak denitrifikasyon da gerçeleşebileceği düşünülmüştür. Bu bulgular sonucunda, ozonlama ile konvansiyonel atıksu arıtma tesisleri geliştirilerek ozon oksidasyonunun nitrifikasyonun gerçekleşmesinde alternatif bir arıtma kademesi olarak uygulanabileceği gösterilmiştir.