Determination of quality changes in treated wastewater during percolation through the soil media

Abstract

Bu tezde, ikincil arıtılmış atıksuların toprak ortamı boyunca süzülmesi sırasındaki kalite değişimlerini belirlemek için laboratuvar ölçekli bir toprak akifer arıtma (TAA) sistemi incelenmiştir. Toprak dolu dikey kolonlardan oluşan deney düzeneği, çıkış suyu örneklerini toplamak için farklı derinliklerde numune alma vanaları ile donatılmıştır. Sistem, üç-ıslak/dört-kuru gün ve yedi-ıslak/yedi-kuru günden oluşan iki farklı işletim döngüsü ile işletilmiştir. Tüm deneysel çalışmalar, yetmiş beş santimetre etkin toprak derinliğinde Menemen (İzmir)?deki bir tarımsal araziden alınan milli killi toprak kullanılarak sürdürülmüştür. Deneyler, sentetik olarak hazırlanmış atıksu ve Çiğli (İzmir) kentsel atıksu arıtma tesisi ikincil arıtılmış çıkış suyu ile yapılmıştır.Tezin ilk bölümünde, sentetik ve gerçek atıksudan çözünmüş katıların, organik maddelerin ve nutrientlerin giderilmesi araştırılmıştır. Tezin ilk kısmı süresince, sıcaklık, pH, tuzluluk, elektriksel iletkenlik, toplam çözünmüş katılar, oksidasyon redüksiyon potansiyeli, çözünmüş oksijen, toplam organik karbon, kimyasal oksijen ihtiyacı, amonyum azotu, nitrit azotu, nitrat azotu, toplam azot ve fosfat fosforu ölçülmüştür ve onların toprak kolonları boyunca süzülmesi sırasındaki değişimleri, temel giderim mekanizmalarına dayanarak değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmaların ilk aşaması, sentetik ve gerçek atıksu için sırasıyla elli-beş ve yirmi-beş hafta süreyle devam etmiştir. Tezin ikinci kısmında, tekli metal içeren çözeltiler ile işletilen kolonlar boyunca ağır metallerin davranışı incelenmiştir. Yirmi-bir hafta süren deneysel çalışmalar için bakır, kurşun ve çinko seçilmiştir.Genel olarak, laboratuvar ölçekli TAA sisteminin, çözünmüş katıların, organik maddelerin, azotun, fosforun ve ağır metallerin giderilmesinde önemli derecede etkili olduğu sonucuna varılabilir. Biyolojik parçalanma, adsorpsiyon, iyon değişimi, çökelme ve filtrasyon, ikincil arıtılmış atıksuların TAA sistemi ile iyileştirilmesinde en etkili mekanizmalar olarak bulunmuştur.Anahtar sözcükler: Toprak akifer arıtımı (TAA), toprak kolonları, organik madde, besin maddeleri, ağır metaller, atıksuların yeniden kullanımı, atıksu iyileştirme, ikincil arıtılmış atıksu

A laboratory-scale soil aquifer system (SAT) was investigated in this thesis to determine the quality changes that occur in secondary treated wastewaters during percolation through soil media. The experimental setup consisted of soil-packed vertical columns, which were equipped with multiple ports at different depths for effluent sample collection. The system was operated with two different operational cycles that consisted of three-wetting/four-drying days and seven-wetting/seven-drying days. All experimental studies were carried out in columns that contained an effective soil depth of seventy-five centimeters using silt loam soil collected from an agricultural field in Menemen (Izmir). The experiments were conducted with synthetically prepared wastewater and with the secondary treated effluents of Cigli (Izmir) municipal wastewater treatment plant.In the first part of the thesis, the removal of dissolved solids, organic matter and nutrients were investigated from synthetic secondary treated wastewater (SSTWW) and real secondary treated wastewater (RSTWW). Temperature, pH, salinity, electrical conductivity, total dissolved solids, oxidation-reduction potential, dissolved oxygen, total organic carbon, chemical oxygen demand, ammonium-nitrogen, nitrate-nitrogen, nitrite-nitrogen, total nitrogen and phosphate-phosphorus were measured during the first part of the thesis and their changes during percolation through soil columns were assessed based on fundamental removal mechanisms. First stage experimental studies were carried out for fifty-five and twenty-five week periods using SSTWW and RSTWW, respectively. In the second part of the thesis, fate of heavy metals was investigated through the columns operated with synthetic single metal solutions. Copper, lead and zinc were selected for experimental studies carried out for twenty-one weeks. Overall, it could be concluded that laboratory-scale SAT system was effective in the removal of dissolved solids, organic matter, nitrogen, phosphate and heavy metals. Biodegradation, adsorption, ion exchange, precipitation and filtration were found to be the most effective mechanisms for polishing of secondary treated wastewater using SAT system.Keywords: Soil aquifer treatment (SAT), soil columns, organic matter, nutrients,heavy metals, wastewater reuse, wastewater polishing, secondary treated wastewater.