Atıksulardan iyon değişimi ile amonyak/ amonyak piklerinin giderim esasları ve Bigadiç klinoptilolitinin kullanımı

Amonyak, göl, akarsu, haliç gibi alıcı ortamlarda ötrofıkasyonda oynadığı rol sebebiyle, nitrifikasyon sonucu ortamdaki oksijen açığının artırması ve su ortamındaki diğer olumsuz etkilerinin yanında balıklara toksik etkisinin olması gibi nedenlerden dolayı birinci derecede öneme sahip parametrelerden biridir. Yıllar içinde sucul ortama verilen azot yüklerinden kaynaklanan olumsuzluklar nedeni ile bu kirletici için dünyanın birçok ülkesinde yeni ve/veya daha sıkı deşarj standartları getirilmiştir. Örneğin Avrupa Birliği ülkeleri hassas bölge olarak belirlenen ötrofik veya yakın gelecekte ötrofik olmaya aday alanlar için arıtma tesisi çıkış sularında 1 0 mg/L toplam azot standardını getirmişlerdir. Ancak bu gibi durumlarda mevcut arıtma tesisinin iyileştirilmesi ihtiyacı doğabilmekte ve yeni çözümler aranması yoluna gidilmesi gerekli olabilmektedir. Alıcı ortamlar için birinci derece kirleticilerden olan amonyak azotunun giderimi, klasik olarak, arıtma tesisine giriş konsantrasyonu sabit olması koşuluyla, nitrifıkasyonun olduğu biyolojik arıtma ile etkin şekilde yapılabilmektedir. Ancak arıtma tesisi girişinde değişken veya pik yükler olması durumunda tesis çıkışında da girişteki gibi salınımlar gözlemlenmektedir. Evsel atıksularda amonyak konsantrasyonunun gün boyunca salınımlar göstermesi durumundan hareketle sorunun çözümündeki klasik yaklaşım, ya biyolojik arıtma prosesinin başına dengeleme havuzu koymak ya da nitrifikasyon ünitesinin genişletilmesi olmaktadır. Ancak her iki durumda da arıtma tesisi içinde dikkate değer miktarda ilave alana ihtiyaç olmaktadır. Sözü edilen ilave alanın bulunması çoğu zaman mümkün olmadığı gibi, biyolojik arıtma sisteminin büyütülmesi, sistemde zaman zaman hiç kullanılmayacak ekstra kapasite ve buna bağlı olarak yüksek yatırım anlamına gelmektedir. Bu klasik çözümlere alternatif olarak, iyon değiştirici olarak klinoptilolit kolonu veya filtre malzemesinin klinoptilolit ile karıştırıldığı çok amaçlı filtreler, arıtma tesisinin iyileştirilmesinde ikinci kademe amonyak giderme prosesi olarak kullanılabilmekte ve nihai dengeleme işlemi ile daha küçük bir alanda sıkılaştırılmış standartların sağlanabilmesi mümkün olabilmektedir. Klinoptilolit doğal bir zeolittir ve iyon değişimi yoluyla atıksulardan amonyağı başarılı bir şekilde giderebilmektedir. Özellikle bu çalışmada, iyi kalitede ve yüksek miktardaki Bigadiç klinoptilolitinin amonyak / amonyak piklerinin giderimi amacıyla gerçek atıksuda kullanımıyla Türkiye'deki doğal bir kaynağın atıksu arıtımında değerlendirilebilirliği ortaya konmaya çalışılmıştır. Bu amaçla laboratuar ölçekli sistemlerde sabit, pik ve değişken amonyak yüklemelerde aşağıda verilen farklı reaktör tipleri ile çalışılmıştır.. Sabit yataklı iyon değiştirici kolon,. Biyolojik aktiviteli çok amaçlı filtre (İyon değiştirici bulunan Klinoptilolitin yüzey malzemesi olarak kullanıldığı biyofıltre Tüm durumlarda sistem, nitrifıkasyon ünitesini takip eden amonyak / amonyak piklerinin giderimi amaçlı çalıştırılmıştır. Bu gibi durumlarda iyon değiştirici ünite, çıkış suyu kalitesinin iyileştirilmesi özellikle pik ve değişken amonyak yüklemelerini sönümlemek amacıyla arıtmaya eklenmiştir. Bu çerçevede çalışmanın ilk kısmında en uygun tasarım ve işletme şartlarının saptanması ve boyut büyütmede kullanılacak parametrenin belirlenmesi ve daha sonraki aşamada değişik şartlarda pik amonyak yüklerinin sönümlenmesi farklı özellikteki kolonlar kullanılarak araştırılmıştır. Çalışma, 7 bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmanın anlam ve önemini anlatıldığı giriş bölümü mevcuttur. İkinci bölüm iyon değişinimdeki genel esaslar özet şekilde verilmiştir. Üçüncü bölümde, zeolitler ve özellikle klinoptilolit ve özellikleri ile Türkiye'nin en önemli zeolit oluşumu olan yaklaşık milyarlarca ton olarak tahmin edilen yüksek rezervdeki klinoptilolit içerikli Bigadiç zeoliti hakkında bazı bilgiler verilmiştir. Dördüncü bölümde ise klinoptilolit kullanarak amonyak giderimi, amonyuma doymuş klinoptilolitin rejenerasyon metotları, pik yükleme çalışmaları ve klinoptilolit tarafından adsorplanmış amonyağın gübre olarak geri kazanma metodu konularında literatür çalışması yapılmıştır. Beşinci ve Altıncı bölümde laboratuar çalışmaları ve elde edilen verilerin değerlendirilmesi yapılmıştır. Kesikli deneyler ile Bigadiç klinoptilolitinin kapasitesi saptanmıştır. Daha sonra pH, sıcaklık ve partikül boyutu gibi bazı parametrelerin klinoptilolitin amonyum tutma kapasitesine etkisi araştırılmıştır. Elde edilen tüm izoterm verileri Langmuir ve Freundlich izoterm modellerine uygulanmıştır. Laboratuar çalışmasının ikinci kısmında ise temel kolon çalışmaları yer almaktadır. Temas süresi, hidrolik yükleme hızı, debi, zeolit miktarı / yatak yüksekliği, kolon kesiti, da ne boyutu ve pH gibi çeşitli parametreler kolon kırılma elde edilerek ve kolon kapasiteleri ile gözlenmiştir. Bu parametrelerin kırılma noktası eğrilerine ve servis sürelerine etkileri belirlenmeye çalışılmıştır. Bu tür çalışmalarda beklenildiği gibi en önemli parametrenin temas süresi olduğu görülmüştür. Daha sonraki diğer çalışmalar ise fıltrasyon ünitesinin çok amaçlı filtre olarak iyileştirilmesi ile ilgilidir. Ayrıca bu çalışmanın çerçevesinde klinoptilolitin biyolojik aktivite için bir biyofiltre malzemesi olarak kullanılabilirliği konusunda fikir elde edebilmek için ön çalışma niteliğinde araştırma gerçekleştirilmiştir. Tüm filtre alternatifleri farklı kolon çalışmalarıyla araştırılmıştır. Deneyler, gerçek evsel nitelikli atıksu kullanılarak yapılmıştır. Yedinci ve son bölümde ise elde edilen sonuçlar ve bu konuda ileride yapılabileceklerin tartışıldığı öneriler kısımdan oluşmaktadır. Bigadiç klinoptilolitinin kullanıldığı iyon değiştirici, çok amaçlı filtre ve biyofıltre kolonları ile gerçek evsel nitelikli atıksulardan amonyak giderimi, özellikle pik ve değişken amonyak yüklerin dengelenmesinde doğru temas süresinin seçiminin önemli olduğu belirlenmiştir. Kullanılan klinoptilolit miktarı / yatak yüksekliği ve servis süresi / rejenerasyon süresi saptanan diğer önemli faktörlerdir.