Biyokatılar

Biyokatılar, bir kanalizasyon arıtma işleminden geri kazanılan ve gübre olarak kullanılan katı organik maddelerdir. Geçmişte, çiftçilerin toprak verimliliğini artırmak için hayvan gübresi kullanması yaygındır. 1920'lerde, çiftçi topluluğu yerel atık su arıtma tesislerinden gelen kanalizasyon çamurunu da kullanmaya başlamıştır. Uzun yıllar boyunca yapılan bilimsel araştırmalar, bu biyokatıların hayvan gübrelerindekilere benzer besin maddeleri içerdiğini doğrulamıştır. Tarımda gübre olarak kullanılan biyokatılar, genellikle hastalığa neden olan patojenlerin halka yayılmasını önlemeye yardımcı olmak için tedavi edilmektedir.
Terminoloji
Biyokatılar, anaerobik çürütme ve kompostlaştırma gibi çamur stabilizasyonuna yol açan uygun arıtma çamuru arıtma işlemlerinden sonra yeniden kullanılabilen organik atıksu katıları olarak tanımlanabilmektedir.
Alternatif olarak, biyokatı tanımı, yerel yönetmeliklerle atık su katılarıdır. Ancak bu katılar belirli bir arıtma dizisini tamamladıktan ve/veya belirli seviyelerin altında patojen ve toksik kimyasal konsantrasyonlarına sahip olduktan sonra sınırlandırılabilmektedir.
Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı, Federal Düzenlemeler Kanunu, Başlık 40, Bölüm 503'te iki terimi kanalizasyon çamuru ve biyo-katıları şu şekilde tanımlamaktadır: Kanalizasyon çamuru, belediye atık sularının arıtılması sırasında ayrılan katıları ifade etmektedir (evsel ayrıştırma dahil). Biyokatılar ise arazi uygulaması ve yüzey bertarafı için EPA kirletici ve patojen gereksinimlerini karşılayan arıtılmış kanalizasyon çamurunu ifade etmektedir. Benzer bir tanım, örneğin Avustralya'da, uluslararası olarak kullanılmıştır.
"Biyokatılar" teriminin kullanımı resmi olarak hükümet düzenlemelerine tabi olabilmektedir. Bununla birlikte, gayri resmi kullanım, kanalizasyon veya kanalizasyon çamurundan üretilen çok çeşitli yarı katı organik ürünleri tanımlamaktadır. Bu, birincil, ikincil veya ileri arıtma işlemleri sırasında çıkarılan pislik ve katılar dahil olmak üzere evsel kanalizasyonun arıtılması sırasında üretilen herhangi bir katı, balçık katısı veya sıvı bulamaç kalıntısını içerebilmektedir. "Biyokatıların" düzenleyici tanımına uymayan malzemelere "atık su katıları" gibi alternatif terimler verilebilmektedir.
Özellikler
Miktarlar
2004 yılında Amerika Birleşik Devletleri'ndeki yaklaşık 16.500 belediye atıksu arıtma tesisinde yaklaşık 7,1 milyon kuru ton biyokatı üretilmiştir.
Amerika Birleşik Devletleri'nde 2013 itibarıyla kanalizasyon katılarının yaklaşık %55'i gübreye dönüştürülmektedir. Biyokatıların kullanımını arttırırken karşılaşılan zorluklar arasında anaerobik çürütücüler inşa etmek için gereken sermaye ve sağlık düzenlemelerine uymanın karmaşıklığı yer almaktadır. Yüksek kaliteli biyokatıların üretim sürecini karmaşık hale getiren kanalizasyondaki mikro kirlilikler (örn. çevresel kalıcı farmasötik kirleticiler) hakkında da yeni endişeler bulunmaktadır. Bazı belediyeler, eyaletler veya ülkeler biyokatıların tarım arazilerinde kullanımını yasaklamıştır.
Besin
Biyokatıların tarımsal kullanımının teşvik edilmesi, verimli toprakları iyileştirmek, sürdürmek ve bitki büyümesini teşvik etmek için geri dönüştürülebilecek ve gübre olarak uygulanabilecek evsel atık suların arıtılmasından kaynaklanan besin açısından zengin organik malzemelerle düzenli depolama alanlarının doldurulmasını önlemeyi amaçlamaktadır. Biyokatılar, artan nüfusu beslemek için mahsul büyümesinin desteklenmesine yardımcı olabilecek ideal bir tarımsal koşullandırıcı ve gübre olabilir. Biyokatılar makro besin elementleri azot, fosfor, potasyum ve kükürt ile mikro besin elementleri bakır, çinko, kalsiyum, magnezyum, demir, bor, molibden ve manganez içerebilmektedir.
Endüstriyel ve insan yapımı kirleticiler
Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı ve diğerleri, biyokatıların ölçülebilir seviyelerde sentetik organik bileşikler, radyonüklidler ve ağır metaller içerebileceğini göstermiştir. Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı, arsenik, kadmiyum, bakır, kurşun, cıva, molibden, nikel, selenyum ve çinko için sayısal sınırlar belirlemiştir ancak dioksin seviyelerini düzenlememiştir.
Farmasötiklerden ve kişisel bakım ürünlerinden kaynaklanan kirleticiler ve bazı steroidler ve hormonlar da biyokatılarda bulunabilmektedir. 2001 yılında biyokatılarda önemli seviyelerde kalıcı, biyobirikimli ve toksik polibromlu difenil eterler tespit edilmiştir.
Amerika Birleşik Devletleri Jeolojik Araştırması, 2014 yılında temizleyicilerde, kişisel bakım ürünlerinde, ilaçlarda ve diğer ürünlerde bulunan 87 organik kimyasalın ana bileşeni olarak biyokatıları içeren dokuz farklı tüketici ürününü analiz etmiştir. Bu analiz, dokuz biyokatı örneğinden en az birinde ölçülen 87 organik kimyasalın 55'ini ve tek bir örnekte bulunan 45'e kadar kimyasalı tespit etmiştir.
2014 yılında, Charlotte Şehri, Kuzey Carolina, eyalet çapındaki bölgesel atık su arıtma tesislerinde yasadışı PCB boşaltmanın gerçekleştiği konusunda uyarıldıktan sonra, biyokatılarında aşırı düzeyde poliklorlu bifeniller keşfetmiştir.
Güney Carolina'da biyokatı arazi uygulaması, Güney Karolina Sağlık ve Çevre Kontrol Departmanı tarafından, A Sınıfı veya B Sınıfı olmasına bakılmaksızın, PCB ile kirlenmiş herhangi bir biyolojik katı maddenin araziye uygulanmasını yasaklayan bir acil durum düzenlemesinin yürürlüğe girmesinden sonra 2013 yılında durdurulmuştur. Güney Karolina Sağlık ve Çevre Kontrol Departmanı, biyolojik katı madde arazi uygulama alanlarını çevreleyen hemen hemen her su yolu için PCB balık tüketimi tavsiyelerini genişletmiştir.
Patojenler
Amerika Birleşik Devletleri'nde EPA, biyokatılarda indikatör organizmalar olarak adlandırılan belirli organizmaların seviyelerini önemli ölçüde azaltmak için tasarlanmış belirli arıtma işlemlerini zorunlu kılmaktadır. Bunlar arasında "... dışkı koliformları, Salmonella sp. bakterileri, enterik virüsler ve canlı helmint yumurtası için operasyonel standartlar" yer almaktadır.
Ancak, ABD merkezli Su Çevresi Araştırma Vakfı, bazı patojenlerin kanalizasyon çamuru arıtımından sağ çıktığını göstermiştir.
EPA düzenlemeleri, yalnızca saptanabilir patojenleri olmayan biyokatıların yaygın olarak uygulanmasına izin vermektedir; kalan patojenleri olanlar kullanımda sınırlıdır.
Farklı biyokatı türleri
Anaerobik Sindirim: Mikroorganizmalar, mezofilik (35 C'de) veya termofilik (50 ve 57 C arası) sıcaklıklarda oksijen yokluğunda çamuru ayrıştırmaktadır.
Aerobik Sindirim: Mikroorganizmalar, ortam ve mezofilik (10 C ila 40 C) veya oto-termal (40 C ila 80 C) sıcaklıklarda oksijen varlığında çamuru ayrıştırmaktadır.
Kompostlama: Kontrollü aerobik koşullar altında talaş veya kıyılmış bahçe atıkları gibi bazı kuru dökme malzemelerin eklenmesinden sonra organik maddenin humus üretmek üzere ayrıştığı biyolojik bir süreçtir.
Alkali Arıtma: Çamur, kireç veya çimento fırın tozu veya yakma fırını uçucu külü gibi alkali malzemelerle karıştırılmaktadır ve pH'ı 12'nin üzerinde 24 saat (Sınıf B için) veya 70 C sıcaklıkta 30 dakika (Sınıf A için) muhafaza edilmektedir.
Isı Kurutma: Biyokatıları kurutmak için geleneksel veya iletimli kurutucular kullanılmaktadır.
Susuzlaştırma: Susuzlaştırma teknolojileri (santrifüjler, bant filtre presleri, plaka ve çerçeve filtre presleri ve kurutma yatakları ve lagünler) kullanılarak suyun biyokatılardan ayrılması yarı katı veya katı bir ürün elde etmek için yapılmaktadır.
Sınıflandırma sistemleri
Amerika Birleşik Devletleri
Amerika Birleşik Devletleri Federal Düzenlemeler Yasası'nda, Başlık 40, Bölüm 503, biyokatıların yönetimini yönetmektedir. Bu federal düzenleme kapsamında biyokatılar, içerdikleri kirleticilerin miktarına ve tabi tutuldukları arıtma düzeyine bağlı olarak genellikle farklı şekilde sınıflandırılmaktadır (ikincisi hem vektör çekiciliğini azaltma düzeyini hem de patojen azaltma düzeyini belirlemektedir). Bu faktörler aynı zamanda bunların nasıl dağıtılabileceğini (dökme veya torbalı) ve nerede ne miktarda uygulanabileceklerini belirleyen izleme gözetim düzeyini de etkilemektedir. Ulusal Organik Program, sertifikalı organik ürünlerin yetiştirilmesinde biyokatıların kullanımını yasaklamaktadır.
Avrupa Birliği
Avrupa Birliği (AB), biyokatı arazi uygulamasına ilişkin düzenlemeleri ilk çıkaran ülkedir; bu, patojen ve kirlilik riskine bir sınır koymayı amaçlamıştır. Bu riskler, atık su arıtma işlemlerinden sonra bazı metabolitlerin bozulmadan kalmasından kaynaklanmaktadır. Biyokatı kullanımına ilişkin tartışmalar AB genelinde farklılık göstermektedir.
Yeni Zelanda
2003 yılında, Çevre Bakanlığı ve Yeni Zelanda Su ve Atık Derneği, biyokatıların Yeni Zelanda'da toprağa güvenli bir şekilde uygulanması için Kılavuz İlkeler'ini hazırlamıştır. Belgede, biyokatılar "arıtma çamurları veya diğer malzemelerle karıştırılmış ve/veya toprağa güvenli ve faydalı bir şekilde uygulanabilecekleri ölçüde stabilize edilmiş kanalizasyon çamurları... [ve kaydettikleri] olarak tanımlanmıştır. İçerdikleri besin maddeleri ve organik maddeler nedeniyle önemli gübreleme ve toprak düzenleyici özelliklere sahiptir."
Yeni Zelandalı bir bilim adamı olan Jacqui Horswell daha sonra Çevre Bilimi ve Araştırma Enstitüsü, Scion, Landcare Araştırma Enstitüsü ve Cawthron Enstitüsü tarafından atıkların, özellikle de biyokatıların yönetimine yönelik ortak araştırmalara öncülük etmiştir ve bu, yerel toplulukların katılımı için çerçevelerin geliştirilmesi konusunda bilgi vermiştir. 2016'da proje, biyoatıkların toprağa boşaltılması hakkında topluluklarla etkili istişarelerde kılavuzluk sağlamak için Biyoatıklar için bir Topluluk Katılım Çerçevesi geliştirmiştir. Proje 2020'de gözden geçirildiğinde, biyokatıların faydalı bir şekilde yeniden kullanılabileceğini gösterdiği sonucuna varılmıştır.
2019'daki bir araştırma makalesinde, özellikle bitki alımı için kullanılabilirliği azaltan besinlerin karmaşıklığını hesaba katmak için biyokatıların gübre olarak kullanılmasına ilişkin yönetim değerlendirmeleri rapor edilmiştir ve paydaşların "besinlerin beklenen bitki kullanılabilirliğini hesaba katması" gerektiğine dikkat çekmiştir."
Geçmiş
Kamuoyunda, Temiz Su Yasası tarafından zorunlu kılınan kanalizasyon arıtımı sırasında kanalizasyondan uzaklaştırılan artan hacimdeki katı maddelerin bertarafı konusunda endişeler ortaya çıkmıştır. Su Çevre Federasyonu, modern atık su arıtımı ile üretilen temiz, tarımsal olarak uygun ürünü, rahatsız edici veya tehlikeli koşullara neden olduğu için yaygın olarak hatırlanan daha önceki kanalizasyon çamurlarından ayırmak için yeni bir isim aramıştır. Üç yüz öneriden, biyosolidler Arizona Üniversitesi'nden Dr. Bruce Logan'a atfedilmiştir ve 1991'de WEF tarafından tanınmıştır.
Örnekler
Milorganite, Milwaukee Metropolitan Kanalizasyon Bölgesi tarafından üretilen bir biyokatı gübrenin ticari markasıdır. Wisconsin, Milwaukee'deki Jones Adası Su Islah Tesisinden geri dönüştürülmüş organik azotlu gübre, Kuzey Amerika'da satılmakta ve üretilen besin maddelerine olan ihtiyacı azaltmaktadır.
Loop, King County Atık Su Arıtma Bölümü tarafından üretilen bir biyokatı toprak değişikliğinin ticari markasıdır Loop, 1976'dan beri ticari olarak temin edilebilen bir kompost ürünü olan GroCo ile harmanlanmıştır. Birkaç yerel çiftlik ve orman da Loop'u doğrudan kullanmaktadır.
TAGRO, "Tacoma Grow"un kısaltmasıdır ve 1991'den beri Washington, Tacoma Şehri tarafından üretilmektedir.
Dillo Dirt, 1989'dan beri Teksas, Austin Şehri tarafından üretilmektedir.
Biosolidler, Water Corporation tarafından bir geri dönüşüm programı olarak Avustralya'nın Central Wheatbelt bölgesinde gübre olarak uygulanmaktadır.