Removing of organic matter, nutrients and micro pollutants from wastewater by a subsurface-flow constructed wetlands

Abstract

Türkiye'de küçük yerleşim yerlerinin atıksularının arıtılmasında yaygın olarak kullanılan metotlardan biri yapay sulak alanlardır (YSA). Türkiye'de inşa edilen YSA'lar; proje, inşaat ve işletme aşamalarında yapılan bazı hatalar nedeni ile verimli bir şekilde işletilememektedir. Bu tez, Kâzımkarabekir (Karaman/Türkiye) ilçesinin atıksularını arıtan yüzeyaltı akışlı YSA'nın işletmeye alındığı ilk yılda ki performansının belirlenmesine odaklanmaktadır. Temmuz 2017 ve Mayıs 2018 arası 11 aylık sürede Kâzımkarabekir YSA tesisinde ham atıksudan ve YSA çıkışından alınan numunelerinde; KOİ, BOİ5, TN, TP ile ağır metaller, poli aromatik hidrokarbonlar ve farmasötikler gibi mikrokirleticilerin seviyeleri izlenmiştir. Organik madde, nütrient ve mikrokirletici gruplarında her parametrede farklı giderim verimleri belirlenmiştir. Organik madde giderim verimleri için; 136 mg/L giriş atıksu konsantrasyonuna sahip BOİ5 parametresinin YSA'da iyi giderildiği ve giderim veriminin %82,4 olduğu, 435 mg/L olan giriş KOİ konsantrasyonunun %42,4 verimle giderildiği belirlenmiştir. Nütrientler için giderim verimleri; ham atıksuda 4 mg/L olan TP parametresinde %37,9, 46,6 mg/L olan TN parametresinde %26,4 olarak belirlenmiştir. Bu çalışmada mikrokirletici grubundaki ağır metaller için Ni, Cd, Pb ve Hg parametreleri izlenmiştir. 7527,5 ng/L giriş atıksu konsantrasyonuna sahip Ni parametresinde giderim verimi düşük ve %18,5 olarak tespit edilmiştir. 3215,8 ng/L atıksu konsantrasyonuna sahip Pb parametresinde giderim verimi %78 olarak tespit edilmiştir. Cd ve Hg parametrelerinde ise giderim verimlerinin sırasıyla %60 ve %54 olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmada belirlenen PAH grupları için giderim verimleri; 114,7 ng/L giriş atıksu konsantrasyonuna sahip Naftalin için %34,8, 22 ng/L giriş atıksu konsantrasyonuna sahip Fluoranthene için %45,7 ve 9,8 ng/L giriş atıksu konsantrasyonuna sahip Benzo[k]fluoranthene için %33,6 olarak belirlenmiştir. Ayrıca Benzo[b]fluoranthene ve Benzo(a)pyrene için düşük giderim verimleri tespit edilmiştir. Farmasötik grubunda yer alan 17α-ethynyloestradiol ve 17β-estradiol parametrelerinin değerleri LOQ değerinin altında olduğundan atıksuda tespit edilememiştir. Giriş atıksu konsantrasyonu 1034,6 ng/L Diklofenak parametresi için giderim verimi %32,7 ve giriş atıksu konsantrasyonu 659,1 ng/L olan Karbamazepin parametresi için ise %46,9 olarak tespit edilmiştir. Kazımkarabekir YSA'nın işletmeye alındığı ilk yılda konvansiyonel parametreleri giderme yanında mikrokirletici gideriminde de etkin olduğu belirlenmiştir.

Constructed wetlands (CWs) are widely used in the treatment of wastewater of small settlements in Turkey. CWs that were build in Turkey could not be operated efficiently due to some failing during project, construction and operation stage. This thesis focuses on determination of the performance of subsurface flow CWs, to treatment of domestic wastewaters from Kazımkarabekir (Karaman/Turkey) on the first year of operation. Between July 2017 and May 2018, wastewater samples were analysed for COD, BOD5, total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and micropollutants as heavy metals, poly aromatic hydrocarbons (PAHs) and pharmaceutical active compounds (PhACs) for a period of 11 months. The samples were taken from the raw wastewater and CWs effluent. The different removal efficiency was determined for nutrients, organic matters and micropollutants groups in each parameter. Removal efficiency was determined for organic matters; 82.4% in BOD5 parameter with 136 mg/L influent concentrations and 42.4% in COD parameter with 435 mg/L influent concentrations. Removal efficiency was determined for nutrients; 37.9% in TP parameter with 4 mg/L influent concentrations and 26.4% in TN parameter with 46.6 mg/L influent concentrations. In this study, heavy metals in micropollutants groups were selected, as Ni, Cd, Pb and Hg. Ni parameter which had 7527.5 ng/L influent concentration removal effiency was determined to be very low with 18.5 % only, and Pb parameter which had 3215.8 ng/L influent concentration removal effiency was determined to be better with 78 %. In the Cd and Hg parameters, removal efficiencies were found to be 60% and 54%, respectively. Removal efficiency for determined PAH groups in this study has been identified; 34.8% in Naphthalene with 114.7 ng/L influent concentrations, 45.7% in Fluoranthene with 22 ng/L influent concentrations and 33.6% in Benzo[k]fluoranthene with 9,8 ng/L influent concentrations. In addition, for Benzo[b]fluoranthene and Benzo(a)pyrene removal efficiency was determined to be low. PhACs compounds were analysed in this study, with 17α-ethynyloestradiol and 17β-estradiol didn't get the value because their concentration was below the LOQ. For Diclofenac which had 1034.6 ng/L influent concentrations removal efficiency was determined as 32.7% and for Carbamazapine which had 659.1 ng/L influent concentrations removal efficiency was determined as 46.9%. Kazımkarabekir CW was found to be effective in removing both conventional parameters and micropollutants in the first year of operating.