Tarımsal drenaj sularının yapay sulak alan ve reaktif bariyer sistemleriyle iyileştirilmesi

Abstract

Dünya, nüfusunun katlanarak artması ve sanayi anlamında hiç durmadan gelişme göstermesi, sınırlı su kaynaklarının kullanımının artmasına sebep olmuştur. Bu yüzden önüne geçemediğimiz bu gelişmelere alternatif çözümler arayarak ve kaynaklara takviyeler yapılması sağlanarak entegre projeler geliştirilmeli ve çözüm yolları aranmalıdır. Bu amaçla çalışmada yapak sulak alan ve aktif bariyer sistemi bir arada kullanılarak literatür kapsamında birleşik sistem uygulamalarına örnek teşkil etmesi istenmiştir. Tarımsal drenaj sularındaki dönemsel kirlilik yüklerindeki ve debilerindeki farklılıklar göz önüne alınarak bu seçime gidilmiştir. Birleşik sistemin yapay sulak alan kısmında yüzer bitkiler olarak Lemna minor ve Pistia kullanımı sağlanmıştır. Batık bitkiler için Elodea densa, Micranthemum micranthemoides, Ceratophyllum demersun bitkileri kullanılmıştır. Ayrıca aktif bariyer sisteminde kenevir kökü kullanımı bulunmayan ama dünya üzerinde oldukça farklı alanlarda iyileştirici özellikleri bilinen kenevirin artığı olarak kullanımı sağlanmıştır. Reaktif bariyer sisteminde kullanılan kenevir nitrat giderimi için, kalsine midye kabuğu fosfat için, zeolit ise amonyum giderimi için kullanılmıştır. Çalışmanın hem sistem olarak sürekli birleşik sistem oluşu hem de yapay sulak alan ve reaktif bariyer kısımlarında kullanılan bitki ve reaktifler yenilikçi bir çalışma kapsamında literatüre katkı sağlamaktadır. Sistemlerde nitrat azotu (NO3-N), amonyum azotu (NH4-N), fosfat (PO4), pH, çözünmüş oksijen (ÇO) ve elektriksel iletkenlik (EC) sonuçları değerlendirilmiştir. Çalışmalar kesikli sistem çalışmalarının ardından sürekli drenaj suyu akışlı sistemde test edilmiştir. Sulak alan sisteminde gerçekleştirilen kesikli çalışmalar esnasında Lemna minor, Elodea densa ve Micranthemum bitkileri %90'ın üzerinde NO3-N giderim verimine sahip olarak bulunmuştur. Pistia bitkisinin %80 verimle NH4-N giderimi sağladığı kaydedilmiştir. Sürekli akışlı sistemde birleşik sistem çalışmaları 16 gün boyunca 12,5 mL/dk hızla sisteme beslenen sentetik drenaj suyu yaklaşık 10 mg/L nitrat, 1 mg/L amonyum, 0,1 mg/L fosfat ve 1 g/L sodyum klorür içermektedir. Yüksek tuzluluğa sahip drenaj suyu akışı altında birleşik sistem çıkışında nitratın %95'i, amonyumun %74'ü uzaklaştırılmıştır. Fosfat miktarı sürekli akış altında artış göstermiştir. Sistemde devamlılığın sağlanabilmesi ve verimin arttırılabilmesi için sunulan öneriler; karbon miktarının arıtımdaki öneminden dolayı kenevir organiğinin sistemdeki miktarı reaktör tasarımı değiştirilerek arttırılabilir. Sistemi destekleyen sulak alan tankındaki bitkilerin miktarı ve çeşidi değerlendirilerek ve geliştirilerek drenaj suyu reaktif sistemine aktarılmadan önce fosfat ve amonyum miktarı daha da azaltılabilir.

The exponential increase in the population of the world and its unceasing development in terms of industry have led to an increase in the use of limited water resources. Therefore, by seeking alternative solutions to these developments that we cannot prevent and by providing reinforcements to the resources, integrated projects should be developed and solutions should be sought. For this reason a combination of artificial wetland with reactive barrier (PRB) systems was evaluated as an example. This combination was decided regarding the variable nature of agricultural drainage water flow rate and contaminant load. In the artificial wetland part of the combined system, lemna minor and pistia were used as floating plants. Elodea densa, micranthemum micranthemoides, ceratophyllum demersun plants were used for submerged plants. Roots as residues from a plantation of hemp, a known plant for the health and textile sectors, was investigated as a substrate for PRB for the first time. In the PRB system hemp roots were used for nitrate removal, calcined mussel shell for phosphate and zeolite for ammonium removal. The fact that the study is a continuous unified system as well as the plants and reagents used in the artificial wetland and reactive barrier parts contribute to the literature within the scope of an innovative study. Nitrate nitrogen (NO3-N), ammonium nitrogen (NH4-N), phosphate (PO4), pH, dissolved oxygen (DO) and electrical conductivity (EC) results were evaluated in the systems. The studies were tested in the system with continuous drainage water flow after the intermittent system studies. During the intermittent studies carried out in the wetland system, Lemna minor, Elodea densa and Micranthemum plants were found to have a NO3-N removal efficiency of over 90 %. It has been noted that the Pistia plant provides NH4-N removal with 80 % efficiency. Combined system studies in continuous flow system, synthetic drainage water fed into the system at a rate of 12,5 mL/min for 16 days contains approximately 10 mg/L nitrate, 1 mg/L ammonium, 0,1 mg/L phosphate and 1 g/L sodium chloride. Under high salinity drainage water flow, 95 % of nitrate and 74 % of ammonium were removed at the combined system outlet. The amount of phosphate increased under continuous flow. Suggestions offered to ensure continuity in the system and increase efficiency; Due to the importance of carbon content in treatment, the amount of hemp organic in the system can be increased by changing the reactor design. By evaluating and improving the amount and variety of plants in the wetland tank that supports the system, the amount of phosphate and ammonium can be further reduced before the drainage water is transferred to the reactive system.