Microbial community monitoring of landfill leachatetreating system and improvement efforts

Dünya da hızlıca artan insan popülasyonu ve günlük hayatlarındakiihtiyaçların giderek artması sonucunda katı atık üretimi artmıştır. Katı atık depolama sahaları, katı atıklarla başa çıkma konusunda en geleneksel yöntem olmakla beraber doğaya karşı farklı zararları vardır. En bilinen zararlarıarasında atmosfere gaz salımı ve yeraltı sularına sızıntı suyu karışmasıdır. Katı atık depolama sahası sızıntı suları genellikle yüksek kimyasal ve biyolojik oksijen ihtiyacı amonyak ve total nitrojen, (NH4+-N ve TN), pH ve çeşitli ağır metalleri barındırır. Bu parametreler katı atık depolama sahasının yaşına göre değişimler göstermektedir. Sızıntı suyu arıtmasındafiziksel/kimyasal ve/veya biyolojik arıtma sistemleri kullanılmaktadır. Fiziksel/kimyasal arıtma metotlarından bazıları; koagülasyon/flokülasyon, kimyasal çökertme, amonyak uçurma, aktif karbon emilimi ve membranefiltrasyonu metodlarıdır. Biyolojik sistemler ise ardışık kesikli reaktörler, havalı lagünler, nitrifikasyon ve denitrifikasyon ve aktif çamur gibi sistemleriiçerir. Sızıntı suyu artıma sistemleri genellikle hibrid sistemlerden oluşup hemfiziksel/kimyasal metotları hem de biyolojik sistemleri içerir. Örnek olarak aerobik ve anoksik üniteleri bulunan aktif çamur sistemleri sızıntı suyu arıtmasında en yaygın kullanılan uygulamadır. Sızıntı suyu içerisindeki mikrobiyal yaşam bakteri ve arkeya, protozoa, metazoa, virus, mantar ve alg, rotifer ve kurtlardan oluşan geniş bir ekosistemesahiptir. İncelemelerin yapıldığı artıma tesisi günde 1700 m3/gün sızıntı suyunu %80verimlilikle arıtmayı planlamaktadır. Arıtma tesisinin depolama sahası orta yaşlı, ~10 sene, olup sızıntı suyunun parametreleri referans değerleriyleörtüşmektedir. Artıma tesisinde, hybrid aktif çamur, nitrifikasyon/denitrifkasyon ve membran filtrasyonu sistemi kullanılmaktadır. Sistem içinde karşılaşılan problemlerin bazıları; düşük KOİ ve fosfat, yüksek amonyak nitrojeni ve partikül girişi, hacim artışı ve köpüklenme ve çamurunçökelmemesidir. Bu problemlere bağlı olarak sistem verimi istediği seviyedeseyir etmeyip, mekanik arızalara da sebep olarak maliyeti yükseltmektedir. Bu tezin amacı sızıntı suyu arıtma tesisindeki problemleri hem mikrobiyal topluluğun gözlemlenmesi hem de modelleme çalışmasıyla beraber çeşitli parametrelerde değişimler sağlayarak sistemi iyileştirmektir. Yapılan çalışmalarla iyileştirilen sistemde artırılan partikül boyutları ile kompakt ve yuvarlak flok oluşumları sayesinde köpüklenme ve katı-sıvı ayırmaproblemlerinin giderileceği düşünülmektedir. Katı atık depolama sahası sızıntı suyu numuneleri düzenli olarak her 14 günde bir alınmış ve İstanbul Teknik Üniversitesi çevre mühendisliği mikrobiyolojilaboratuvarına incelenmek üzere getirilmiştir. Numuneler, aerobik ve anoxictanklardan 2 metre derinliğinden alınıp, 1 litrelik hava geçirmez kaplardaincelenene kadar saklanmıştır. KOİ, amonyak nitrojeni, TN, pH, sıcaklık, fosfat ve askıda katı madde gibi parametreler artıma tesisinde ölçülmekleberaber, çamur hacim indeksi ile mikroskopik incelemeler İTÜ çevre mühendisliği mikrobiyoloji laboratuvarında yapılmıştır. Sızıntı suyunda yapılan mikroskopik incelemelerdeOlympus BX50 Model marka mikroskopa bağlı Kameram 21 CMOS kamerasınumunelerin mikro fotoğraflarını çekmek üzere kullanılmıştır. Filamenttanımlaması için sızıntı suyu numuneleri 0.5 l hacminde önce lam üzerinedamlatılarak kurumaya bırakılmış daha sonra Gram ve Neisser boyamaya tabi tutulmuştur. Boya kuruduktan sonra 40x, 100x, 200x, 400x ve 1000x büyültmelerinde incelenmiştir. Flok morfolojisi ve diğermikrobiyal yaşam formlarını incelemek adına, sızıntı suyundan alınan 0.5 lhacim yin lam üzerine damlatılmış ve kurumadan lamel ile kapatılarak, 40 x,100x 200x ve 400x büyültmeleri altında incelenmiştir. Yapılan analizlerde 2013- 2018 yılları arasında katı atık depolama sahası sızıntı suyu parametrelerindeki değişimler gözlemlenmiştir. KOİ ve fosfat seviyesiyıllar içinde azalma gösterirken, amonyak nitrojeni ve TN giderek artmıştır. 2018 yılı içerisinde gözlemlenen KOİ, fosfat, amonyak nitrojeni, TN, pH, sıcaklık, çamur hacim indeksi ve askıda katı madde parametrelerinin düzensiz bir biçimde alçalarak veya artarak sisteme girdikleri tespit edilmiştir. Mikroskopik incelemeler sonucunda sistemdeki filament taşkınlığı, 10'uncuay dışında, referans olarak alınan Jenkins filament skor skalasında en yüksek skor olan 6'ncı seviyede seyrettiği görülmüştür. Buna ek olarak flokmorfolojisi istenilenin aksine genel olarak zayıf ve dağınık, mikrobiyal topluluk zayıf ve orta olarak tespit edilmiştir. Aerobik ve anoksik tanklardakisızıntı suyu numunelerinde yoğun olarak üç adet filament gözlemlenmiş olup, filament 1; Haliscomenobacter hydrossis, filament 2; Microthrix parvicella ve filament 3; Type 021N olarak tanımlanmıştır. Mikroskopik incelemeler sırasında yaygın olarak görülen diğer organizmalar arasında protozoa'ya aitParamecium spp., Euplotes spp. ve Aspidisca spp görülmüştür. Analiz ve gözlem sonuçlarının ışığı altında sisteme giren dağınık ve değişken parametrelerin mikrobiyal çeşitliliği, flok yapısını ve dolayısıyla arıtma verimini düşürdüğü, düşünülmektedir. Modelleme çalışmasının da yardımıylasisteme giren KOİ ve fosfat seviyesinin istenilen mikro organizmalarınbüyümesinde yetersiz olduğu ve ek olarak yüksek amonyak nitrojeninin sistem içerisinde toksisite yarattığı muhtemeldir. Askıda katı madde miktarınınnormalden yüksek ve sisteme sabit bir seviyede giriş yapmaması, çamur hacimindeksini yüksek seviyede tutmaktadır. Bunun sonucu olarak membran filtrasyon sisteminde tıkanıklık arızaları, çıkış suyunda bulanıklık ve diğermekanik problemlemler yıl boyunca gözlemlenmiştir. Filament sayısında ki artış sebebiyle meydana gelen köpük sorunu da sistemi olumsuz olarak etkilemektedir. Gerek KOİ ve fosfata filamentlerin, flok yapıcıorganizmalardan daha kolay ulaşabilmesi, gerekse çabuk değişen mikrobiyalçevreye daha toleranslı olmaları, özellikle pH ve sıcaklık değişimleri, üremelerine elveriş sağlayıp köpüklenme problemini ortaya çıkarmıştır. Modelleme çalışmasıyla beraber yapılan çamur yaşı, çamur atımı, geri besleme süreleri ve oranlarında yapılan değişiklikler ile düzeltilmesi amaçlanan sistem sadece 10'uncu ayda arzu edilen filament skoru 5, aerobik tankı ve 4'e, anoksiktankı, indirilebilmiştir. Fakat filament skorunda elde edilen bu sonucuntamamıyla yapılan bu değişimler sonucunda kaynaklandı sonucunavarılmamalıdır. Bunun sebebi ise hale hazırda çalışmaya devam eden arıtma sisteminde gündelik veya aylık olarak meydana gelen mekanik arıza, inşaatbaşlangıcı, farklı kaynaktan sızıntı suyu aktarımı ve sabitlenemeyen parametregirişleridir. Katı atık depolama sahası sızıntı suyu arıtma tesisindeki problemlerin giderilmesi için numune sıklığının artırılması, 16 s/18s rRNA analizi ve daha sistematik bir şekilde sisteme kimyasal eklenmesi önerilmiştir. Mikroskobikanalizlerde numune sıklığının 14 günde bir olması bazı değişimlerin gözdenkaçabileceği ve ani parametre yüklemelerinde mikrobiyal topluluğun nasıl etkileneceği olumsuz etkilemektedir. 14 gün yerine, her 7 günde bir alınan numuneler düzenli olarak laboratuvarda incelenmeli ve imkanlar dahilindepetri kaplarına ekilip gözlemlenmelidir. Diğer bir öneri olan 16 s/18s rRNAanalizi ise filamentlerin daha etkin bir şekilde tanımlanabilmesi adına büyükönlem taşımaktadır. Gözlemler sonucu bahsedilen filament tanımlamasındanemin olmak ve bu türlerin ırk özelliklerini bilmek, uygulanacak karşıstratejilerde mutlak rol oynamaktadır. Son olarak, işletme düzenindeki pH, KOİ, vs gibi parametre değişimlerinde uygulanan düzensiz ve ani sabitlemeçalışmalarının, daha sistematik, yaygın ve sisteme kimyasal çokoluşturmayacak şekilde yapılması önerilmektedir. Ani eklenen yüksek miktarlardaki kimyasalların, halihazırda var olan sızıntı suyu toksisitesine ek olarak mikrobiyal topluluğu olumsuz yönde etkileyebileceği bilinmektedir. Netice olarak katı atık depolama sahası sızıntı suyu arıtma tesisinde istenilenfilament skoruna ulaşılamamış, flok morfolojisinde ve mikrobiyal toplulukçeşitliliğinde kısmen de olsa bir iyileşme gözlemlenmiştir. Yapılan öneriler doğrultusunda çalışmanın devam etmesi arıtma sistemindeki problemleringiderileceği ve iyileştirileceği kanaatindedir.