1.248
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Arıtma çamurlarının hidrotermal karbonizasyonu ile elde edilen ürünlerin yararlı kullanım alternatiflerinin araştırılması
Biyokütlenin hidrotermal karbonizasyonu sonucu elde edilen ürünlerin tekrar kullanılabilmesi son zamanlarda dikkat çeken bir çalışma alanı haline gelmiştir. Hidrotermal karbonizasyon işleminin biyokütle için bir ön kurutma gerektirmemesi arıtma çamurları için uygun bir yöntem olabileceğine işaret etmektedir. Bu çalışmada, arıtma çamurlarının yönetimine bir nebze de olsa katkı sunmak açısından kentsel atıksu arıtma tesisi çamurlarının hidrotermal karbonizasyon işleminden geçirildikten sonra elde edilen ürünlerin yararlı kullanım alternatifleri değerlendirilmiştir. Çalışmada, öncelikle hidrotermal karbonizasyon işlemine etki eden parametrelerin (çamur/su oranı, sıcaklık, süre) optimizasyonu maksimum ısıl değer ve enerji verimine Box-Behnken İstatistiksel Deney Tasarım Yöntemi'ne göre gerçekleştirilmiştir. Elde edilen hidrokömürler için dört farklı yararlı kullanım alternatifi (anaerobik çürütücüde metan oluşum verimliliğinin artırması, hidrokömürden fosfor geri kazanımı, adsorpsiyon ile ağır metal gideriminde adsorban olarak kullanabililirliği ve toprak iyileştirici olarak kullanılabilirliği) değerlendirilerek her bir kullanım alanı için en uygun hidrokömür özellikleri ortaya konmaya çalışılmıştır. Üst ısıl değerlerinin (HHV) 15.97-18.22 MJ/kg arasında değiştiği görülmüştür. Hidrokömürlerin ısıl değer artış yüzdelerinin %95.29 (1 sa, 215°C, v/w: 0.1) ve %108.71 (3 sa, 250°C, v/w: 0.07) aralığında olduğu bulunmuştur. Adsorpsiyon çalışmalarında ise ağır metallerde giderim sağlanmıştır. Optimizasyon sonuçlarına göre: çinko verim ≥%99.51, kurşun için verim ≥%99.98, nikel için verim ≥%87.79, demir için verim ≥%99.75, bakır için verim ≥%99.45, kobalt için verim ≥%87.00, kadmiyum için verim ≥%99.34 olarak elde edilmiştir. Fosfor geri kazanım çalışmasında sıcaklık, süre ve Mg(OH)2 etkileri analiz edilmiştir.Hidrokömürlerde fosfor %23.96-97.58 arasında geri kazanılmıştır. Bu çalışmada süre ve Mg(OH)2 miktarı en önemli parametrelerdir. Hidrokömürün toprak üzerindeki etkilerinde çalışma sonuçlarına bakıldığında, toprağa uygulanan hidrokömür materyalleri incelenen (kireç, organik madde, yarayışlı fosfor, toplam azot, katyon değişim kapasitesi (KDK), değişebilir ve çözünebilir katyon (Ca+2, Na+2, Mg+2 ve K+2) parametreler açısından kontrollere göre iyileştirmeler sağlamıştır. Anaerobik çürütücüde metan oluşum verimliliğinin üzerinde de anlamlı sonuçlar elde edilmiştir. Çalışma 12 iş günü süresince takip edilmiştir Anaerobik çürütme deneyleri boyunca kümülatif metan verimleri 15.75-221.67 %LEL CH4 olarak elde edilmiştir. Çalışmada, yüksek metan eldesinin, yüksek sıcaklık ve yüksek sürelerde elde edilen hidrokömür sıvı fazının eklenmesi ile kurulan reaktörlerde gözlendiği belirlenmiştir.
Harran Üniversitesi Osmanbey Kampüsü karbon ayak izinin hesaplanması
İnsan faaliyetleri sonucunda ortaya çıkan sera gazı emisyonları sera etkisini güçlendirerek küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine sebep olmaktadır. Karbon ayak izi, Kyoto Protokolü tarafından belirlenmiş olup farklı faaliyetler sonucunda oluşan sera gazları etkilerinin birim karbondioksit (CO2) cinsinden eşdeğerlerinin hesaplanması çalışmasıdır. Bu yöntem sayesinde karbonun üretilen miktarı ve çevreye yansıyan zararı öğrenilebilmektedir. Dünya genelinde karbon ayak izinin düşürülmesine yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmaların insanların bilinçlendirilmesi, sürdürülebilir tüketim davranışının kazanılması, yenilenebilir enerjinin ön plana alınması temellerine bağlı olarak yürütülmektedir. Atmosfere salınan sera gazı miktarının yükselmesiyle birlikte karbon ayak izi hesaplama çalışmaları farklı alanlarda araştırmacılar tarafından başlanmıştır. Bu çalışmada Harran Üniversitesi Osmanbey Kampüsü 2021 yılına ait karbon ayak izi Üreden ve Özden (2018) tarafından geliştirilen hesaplama denklemleri IPCC metodolojisine göre hesaplanmıştır. Karbon ayak izi hesaplamasında toplam elektrik enerjisi tüketimi, ısınma amaçlı enerji tüketimi, personel ve öğrencilerin günlük ulaşım verileri, personelin kullandığı araçların yakıt türleri, ağaçlık alanları gibi veriler kullanılmıştır. Osmanbey Kampüsünün karbon ayak izi 11.840 EtCO2/yıl olarak hesaplanmıştır. Hesaplanan karbon emisyonların en yüksek değeri 7.334 EtCO2/yıl ile elektrik enerjisi tüketiminden kaynaklanmaktadır. Yapılan çalışmanın sonuçlarına göre üniversitedeki karbondioksit emisyonlarının azaltmasına enerji tasarruf önlemlerinin ve yenilenebilir enerji üretimine yönelik öneriler sunulmuştur.
Assessment of heavy metals in agricultural soil and monitoring by GIS in Erbil governorate
The contamination of soil with heavy metals poses a serious environmental threat, ranking among the most pressing global environmental issues. Pollution by toxicants is a critical environmental concern, presenting significant threats to both human health and agricultural production. Heavy metals and pesticides are at the forefront of environmental toxicants, posing a danger to nature. The primary objective of this study is to investigate the distribution of specific heavy metals in soil and assess the factors contributing to soil pollution with different heavy metals. To achieve this, the study involves the determination of heavy metal concentrations, including Ni, Cu, As, Cd, and Pb, in 60 samples collected from six different soil locations in the Erbil governorate. Soil samples were collected at two depths: 0–30 cm and 30–60 cm. The analysis included the determination of concentrations of Ni, Cu, As, Cd, and Pb. Following the analysis and a comparison of the results with the maximum international allowable concentration of heavy metals in soil, GIS was employed to facilitate the study of heavy metals. Heavy metal concentrations in the study area were mapped within the GIS environment. Overall, the results indicated that both location and depth significantly influenced concentrations of Ni, Cu, As, Cd, and Pb. The highest and lowest values for Ni (57.23 and 23.13 ppm), Cu (68.47 and 41.19 ppm), As (5.49 and 3.07 ppm), Cd (1.64 and 1.47 ppm), and Pb (12.02 and 8.96 ppm) were obtained from the combination treatments of L3 D2 and L1D1, respectively. The study also highlighted the deleterious implications of heavy metals and pesticides on human health. It discussed the synergistic and antagonistic interactions between heavy metals and pesticides, emphasizing their combined toxic effects. The information provided in this study offers profound insights into the understanding of environmental toxicants and their hazardous effects.
Biyoklimatik konfor düzeyleri ile SO2 ve PM10 'a dayalı hava kalitesi düzeyleri arasındaki ilişkinin iklim değişikliği kapsamında değerlendirilmesi: Şanlıurfa iliörneği
Bu çalışmanın amacı; (i) Şanlıurfa ilinde Rahatsızlık İndeksi'ne (DI) bağlı biyoklimatik konfor alanlarını Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) yardımıyla ortaya koymak, (ii) Şanlıurfa merkez ilçesinde ise biyoklimatik konfor düzeyleri (DI) ile hava kalitesi düzeyleri (AQI) arasındaki ilişkiyi belirlemektir. Çalışmada yapılmış olan tüm analizler için 2006-2021 yılları arasındaki meteorolojik (sıcaklık, bağıl nem, rüzgar hızı) ve hava kirletici parametrelerine (PM10 ve SO2 için) ait yıllık ve aylık ortalama değerler kullanılmıştır. Bu kapsamda; meteorolojik parametreler, hava kirletici parametreleri, DI ve AQI (PM10 ve SO2 için) parametrelerinin zamansal değişimleri Mann-Kendal trend analizi ile ve tüm bu parametreler arasındaki ilişkiler Pearson korelasyon analizi ile belirlenmiştir. Çalışma sonucunda Şanlıurfa ilinde biyoklimatik konfor açısından en uygun (21≤ DI≤ 24) aylar Haziran ve Eylül ayları olarak belirlenmiştir. Şanlıurfa merkez ilçesinde yıllık ve aylık ortalama AQIPM10 değerleri genel olarak "iyi" ve "orta" sınıfında iken AQISO2 değerleri ise tüm yıllarda ve tüm aylarda "iyi" sınıfında yer almıştır. Yıllık ortalama sıcaklık değerleri istatistiksel olarak anlamlı artış gösterirken yıllık ortalama rüzgar hızı, PM10 ve AQIPM10 değerleri istatistiksel olarak anlamlı azalış göstermiştir. DI ile AQIPM10 arasında negatif yönde "zayıf" korelasyon (r = -0.028), DI ile AQISO2 arasında pozitif yönde "orta" korelasyon (r = 0.449; p<0.05) bulunmaktadır. Ayrıca DI ile PM10 ve SO2 arasındaki korelasyonlar da p<0.05 düzeyinde anlamlılık göstermiştir.
Sucul ortamda sentetik boya kirliliği ve arıtım yöntemlerinin karşılaştırılması
Sentetik boyalar tekstil, kağıt, deri, kauçuk, kozmetik, ilaç vb. endüstriler tarafından çevreye salınan, insan, bitki ve sucul yaşam için önemli derecede tehlikeli oldukları bilinen başlıca kirletici sınıflarından birini oluşturmaktadır. Sentetik boyalar, su kütlelerinde biyolojik ve kimyasal oksijen ihtiyacını (BOİ ve KOİ) artırma, sucul ortam içerisindeki fotosentez mekanizmasını bozma ve sucul bitkilerin gelişimini engelleme gibi çeşitli sorunlara yol açabilmektedir. Ayrıca sucul ekosistem yoluyla besin zincirine katılarak çeşitli canlı dokularında biyobirikim sağlamakta ve buna bağlı olarak toksisite, mutajenite ve kanserojeniteyi teşvik edebilmektedir. Sentetik boyaların düşük biyobozunur özellikte olması nedeniyle sentetik boya molekülleri sucul ortamlarda daha uzun süre kalmakta ve buna bağlı olarak su kütlelerinin estetik kalitesi açısından istenmeyen bir durumu beraberinde getirmektedir. Bu nedenle çevre, insan sağlığı ve doğal su kaynakları üzerindeki olumsuz etkileri önlemek için sentetik boya içeren atıksuların çevre dostu teknolojiler kullanılarak etkin bir şekilde arıtılması gerekmektedir. Sucul ekosistemlerden sentetik boyaların giderimi için kullanılan adsorpsiyon, iyon değişimi, koagülasyon-flokülasyon, membran teknolojileri ve oksidasyon gibi fizikokimyasal konvansiyonel yöntemlerin sahip olduğu sınırlamalar göz önüne alındığında çevre dostu biyolojik yöntemler ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada, sentetik boyaların neden olduğu sucul kirliliğin çevre, insan sağlığı ve doğal su kaynakları üzerindeki olumsuz etkileri ve bu etkilerin en aza indirilmesi ve giderilmesi için çeşitli atıksu arıtım yöntemlerinin kapsamlı karşılaştırılması yapılmıştır. Ek olarak ülkemizde sentetik boya içeren atıksuların arıtılmasında kullanılan yöntemler ve maliyetleri incelenmiştir. Netice olarak sentetik boya içeren atıksuların arıtımında fizikokimyasal hibrit proseslerin oldukça etkili olduğu diğer taraftan bu yöntemlere karşı biyoremediasyon proseslerinin gelecek vadeden yeşil nesil bir alternatif arıtım prosesi olduğu sonucuna varılmıştır.
Asbestin sağlık coğrafyası ve çevre perspektifinden uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemleri kullanılarak incelenmesi: Güneydoğu Anadolu Bölgesi
Günümüzde, çevresel sağlık riskleri, doğal kaynakların kullanımı ve çevre kirliliği gibi konuların insan sağlığı açısından önemi giderek artmaktadır. Bu nedenle, belirli minerallerin çevreye ve insan sağlığına olan muhtemel etkileri dikkatle incelenmektedir. Bu minerallerden birisi de asbesttir. Asbest liflerinin solunması sonucu akciğer zarında kireçlenme ve kalınlaşma, su toplanması, malign mezotelyomanın (MM) yanı sıra karın zarı kanserine neden olduğu da tıp otoriteleri tarafından tespit edilmiştir. Aynı zamanda, tıp dışında, coğrafya, jeoloji ve çevre mühendisliği gibi disiplinler tarafından da doğal bir mineral olan asbest araştırmacılar tarafından yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Bu çalışma, Güneydoğu Anadolu Bölgesi özelinde, söz konusu asbest minerali, sağlık coğrafyasının yöntem ve ilkeleri esas alınarak çevre, jeoloji, UA-CBS teknikleriyle incelenerek çevresel etkilerini değerlendirmeyi ve potansiyel sağlık risklerini belirleyerek, bu riskleri azaltmak için önerilerde bulunmayı hedefler. Sonuç olarak, bölgenin jeomedikal risk haritası oluşturulmuştur. Yanı sıra, MTA ve literatürden derlenen sayısal jeoloji haritaları CBS ortamında çözümlenerek, uydu görüntüleri yardımıyla ve arazi çalışmalarıyla da kontrol edilerek, bölgenin asbest emisyon kaynakları belirlenmiştir. Çalışma alanından alınan 34 adet toprak numunelerinin yüzde 35.29'sinda krizotil, yüzde 14.70'sinde tremolit mineralleri belirlenmiştir. Ayrıca, çalışma alanında yer alan dört ilçede (Ergani, Çermik, Çüngüş, Gerger) çevre ve halk sağlığı için "yüksek riskli" alanların olduğu tespit edilmiştir. Siverek ilçesinde ise riskli alan tespit edilememiştir. MM teşhisi konulan vakaların yaklaşık %56'sı yüksek riskli alanların ilk bir km mesafede olduğu, vakaların yaklaşık %70'i ise yüksek riskli alanların ilk dört km mesafesinde olduğu görülmüştür. Bu çalışma sonucunda elde edilen metodoloji ve yaklaşımların özellikle asbest maruziyeti gibi çevresel risk faktörlerinin incelenmesinde ve yönetilmesinde etkin bir şekilde kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Bu çalışmanın çıktılarından konuyla ilgili çalışan yerel ve merkezi otoritelerin yararlanacağı önerilmiştir.
EVSEL KATI ATIKLARDAN BİYOGAZ ÜRETİMİ VE ENERJİ ELDESİ: ADIYAMAN ÖRNEĞİ
Hızla artan nüfus, ekonomik koşullar ve teknolojinin yoğun kullanımı çevre tahribatını hızlandırmaktadır. Çevre kirliliği, insan yaşamı için gerekli olan çevrenin bozulmasıdır. Ekonomik avantajları nedeniyle, düzenli depolama, katı atıkların bertaraf edilmesinde en yaygın yöntemdir. Düzenli depo sahalarının inşa edilmesindeki amaç, yeraltı ve yerüstü su kalitesini korumak, hava kalitesini korumak, gaz toplama sisteminde enerji üretmek, depolama sahasını etkin ve uzun süreli kullanımını sağlamak ve depolamaktır. Çöp çıkan gazın enerjisini mekanik enerjiye dönüştürerek elektrik enerjisi üretimi meydana getirme ilkesine dayanmaktadır. Bu çalışmada, Adıyaman ilinde evsel katı atıklardan biyogaz enerji üretimi ve enerji eldesi ile 7-9 bin haneye günlük 20-30 megavat arasında elektrik enerjisi sağlanması hedeflenmektedir. Düzenli depolama sahalarında biriken yaklaşık 380-400 ton organik atıklardan yılda 4.160.440 m3 biyogaz üretilmesi hedeflenmektedir. Düzenli depolama sahalarından çıkan yıllık katı atık miktarı 146.000 ton olarak hedeflenmekte ve elde edilen enerji değeri 32.956.035 kWh'dir.
Electrical energy generation with hybrid solar and wind power systems, a case study of wachili province in comoros island
With the increasing population density, rising fuel prices, and environmental fluctuations, it has become necessary to use renewable energy to produce energy. The production of electrical energy through solar and wind energy as renewable energy is compatible with the environment and encourages economic growth, especially countries that depend on fossil fuel to produce electrical energy such as the Comoros Islands. It is necessary to exploit available renewable energy sources, such as solar and wind energy, to produce electricity. Although the electrical network has reached the province of Wachili, there is a major electrical crisis, as the electricity is cut off daily and sometimes there is no electricity within 24 hours. Some of the people in the province of Wachili use solar energy for lighting only, and some of them use diesel generators. As diesel generators are known to have a costly impact, they also cause an increase in carbon, and they have negative effects on the environment in terms of high temperatures. The solutions to the electrical problems in the province of Wichili in particular and the Comoros Islands in general. It is to create and establish a hybrid system that includes solar energy, wind energy, a battery, and diesel to supply the province of Wichili. Only battery and diesel are used in case of necessity. According to the power supply electricity of comoros island, wachili region in comoros island is consumpted around 0.5 to 1.3 MWh per hour. Establish hybid system be able to meet the demand load in wachili region around 24 hours. The Homer program was used to design the hybrid system to obtain more accurate results. The results produced by the Homer program will be compared with the government electric company.
Kaolinit kilinin adsorpsiyon kapasitesinin arttırılmasına yönelik modifikasyon denemeleri
Su arıtımında kil mineralleri en önemli malzemelerden biridir. Tehlikeli kirleticilerin su ortamından kil mineralleri ile giderilmesi oldukça önemli bir işlemdir. Adsorban olarak kullanılan killer, ağır metallerle kirletilmiş atık sulardaki metal katyonlarının, kilin tabakaları arasındaki katyonlarla yer değiştirmesine olanak sağlar, bu özelliği ile kil, atıksuların arıtılmasına katkıda bulunur. Son zamanlarda, yüksek verimlilik, kullanımının kolaylığı ve geri kazanım avantajlarından dolayı, su arıtımı amacıyla kaolinit ve simektit killerin kullanımı çok yaygınlaşmıştır. Modifikasyon, gözenek boyutunu ve aktif yüzey alanını arttırdığından, bu işlemle kil yüzeyinin adsorpsiyon özellikleri geliştirilmiş olur. Modifikasyonun ekonomik ve çevreci yaklaşımları göz önüne alındığında çağımız dünyasında önemli bir yere sahip olduğu görülmektedir. Geçmişten günümüze kadar çeşitli uygulamaları bulunan ve halen devam eden çalışmalar bilinmektedir. Bu çalışmada kaolinit kilinin adsorpsiyon kapasitesi üzerinde önemli etkiye sahip yüzey özellikleri değişik modifikasyonlarla değiştirilerek ham kil ile modifiye killerin karakterizasyonları incelenmiştir. Modifikasyon çalışmaları ısı ile, asit ile ve tuz çözeltisi ile ayrı ayrı gerçekleştirilmiş ve kil yapısındaki olası değişimler ham kil ve modifiye killer arasında XRD, XRF sonuçları ve SEM-EDX görüntüleri ile karşılaştırılmıştır. Modifiye killer; ham kaolinit kilinin, magnezyum klorür (MgCl.6H2O) ile doyurulmasıyla (K- MgCl.6H2O), 500 oC' de kalsine edilmesiyle (K-500) ve Sülfürik asit (H2SO4) ile doyurulması ile (K- H2SO4) elde edilmiştir. Elde edilen modifiye killerin yüzey gözeneklerindeki değişim ve karakterizasyonları, XRD ve SEM görüntüleme yöntemleriyle belirlenmiştir. Modifiye edilmiş kil yüzeyleri ham kaolinit kil yüzeyi ile karşılaştırılmıştır. Yüzey gözeneklerindeki artış en fazla K- MgCl.6H2O modifikasyonuyla elde edilmiştir. K-500 ve K- H2SO4 modifikasyonlarında da aktif yüzey alanı artmıştır. Modifiye killerin bileşenleri için SEM-EDX analizi sonucunda modifiye edilmiş kil içeriğinde ağırlıklı olarak Alüminyum (Al), Silisyum (Si), Oksijen (O2), Magnezyum (Mg), Mangan (Mn), Krom (Cr), Kalsiyum (Ca) ve Kükürt (S) elementlerine rastlanılmıştır. Ayrıca görüntülemenin yapılabilmesi için analiz sırasında altın kaplama işlemi nedeniyle Altın (Au) elementi yüksek oranda tespit edilmiştir.
Biyogaz saflaştırma vetaşıt yakıtı olarak kullanma teknolojileri
Çalışmada; biyogaz saflaştırma işleminde en yaygın olarak kullanılan ve işletme maliyeti en düşük olan water scrubbing yöntemi kullanılmıştır. Dünya genelinde temiz su kaynaklarının azalması ve kullanım olanaklarının zorlaşması nedeniyle son zamanlarda arıtılmış atıksuların yeniden kullanımı son derece önem arz etmektedir. Bu yüzden çalışmada biyogaz yıkama suyu olarak temiz su yerine arıtılmış atıksu kullanılmıştır. Atık suyun, hem su ile yıkama tekniği ile biyogaz saflaştırılmasındaki verimliliği hem de arıtılmış atıksu üzerindeki AKM, KOİ, BOİ, Ph ve iletkenlik parametrelerine etkisi gözlemlenmiştir. Uygulamada uzun süreli yıkama işlemi gerçekleştirilmiş ve yıkama suyunun absorpsiyon verimi ile kullanım süresi arasındaki ilişkiyi gösteren verilerden grafik ve tablolar oluşturulmuştur. Çalışmada Atık suyun tek sefer kullanılmasıyla metan konsantrasyonu %90 seviyelerine çıkarılmıştır. Karbondioksit ayırma işlemi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.
Sürdürülebilir yeşil kampüs - UI GreenMetric - Osmanbey Yerleşkesi örneği
Son yıllarda iklim değişikliği ve küresel ısınmanın önlenmesine yönelik çalışmalar sürdürülebilir kavramını, günümüzün önemli bir kavramı haline getirmiştir. Üniversiteler; barındırdıkları insan toplulukları ile küresel iklim değişikliği hususunda önemli bir kaynak olarak karşımıza çıkmaktadır. UI GreenMetrik, kampüslerin sürdürülebilirliğini değerlendirmek ve karşılaştırmak amacıyla 2010 Yılında Endonezya tarafından geliştirilen bir üniversite sıralama yöntemidir. UI GreenMetrik sıralama sisteminin yapısı, ana çevresel yönleri temsil eden (Enerji ve İklim, Ulaşım, Atık, Eğitim ve Araştırma, Yapı ve Altyapı ve Su) 6 ana kategoriden meydana gelmektedir. UI Grenetrik 10.000 puan üzerinden değerlendirilmektedir. UI GreenMetrik hesaplama yönteminde her kategori belirli göstergelerle değerlendirilmekte olup her bir gösterge etkisine bağlı olarak puanlandırılmaktadır. Göstergelerin belirtilen şartlara uygunluğu istatistiksel olarak değerlendirilmekte olup uygunluk etki değerine göre bir katsayı ile çarpılarak sonuç puanı elde edilmektedir. Bu çalışmada; UI GreenMetrik metodu kullanılarak Harran Üniversitesi Osmanbey Yerleşkesinin UI GreenMetrik sistemine göre puanı ve derecesi belirlenmeye çalışılmıştır. Bu amaçla; 6 ana başlığı olan Yapı ve Altyapı, Enerji ve İklim Değişikliği, Atık, Su, Ulaşım, Eğitim ve Araştırma kategorilerine ait 51 kriter ile detaylı olarak incelenmeye çalışılmıştır. Çalışma sonucunda; 6 kategori ait 51 kriterden 30 tanesinden puan elde edilmiş olup Ulaşım, Yapı ve Altyapı, Enerji ve İklim Değişikliği, Su, Atık ve Eğitim ve Araştırma kategorilerinden sırasıyla 1.075 – 975 – 800 – 400 – 375 ve 325 olmak üzere toplam 3.950 puan elde edilmiştir. Osmanbey Kampüsü 2023 yılı itibariyle Dünya sıralamasında 944. ve Türkiye sıralamasında 86. sırada yer bulmuştur.
Şanlıurfa Büyükşehir Belediyesi Suşki Merkez Atık Su ArıtmaTesisinde işletme problemleri ve çözüm önerileri
Evsel ve endüstriyel atık suların arıtımı için genellikle aktif çamur, stabilizasyon havuzları, damlatmaları filtreler ve anaerobik arıtma gibi biyolojik sistemler yaygın olarak kullanılmaktadır. Atık suların çevreye olası zararlarını azaltmak ve tekrar kullanımına imkân sağlamak için 2018 yılında işletimine başlanan ve kaba ızgara, ince ızgara, kum ve yağ tutucu, ön çökeltme havuzu, havalandırma havuzu, son çökeltme havuzu ve çamur arıtım sistemlerinden oluşan Şanlıurfa Büyükşehir Belediyesi Merkez Atık Su Arıtma Tesisinde girişten çıkışa kadar yaşanan sorunlar bu tez çalışması ile irdelenmiş olup, ayrıca arıtma veriminin arttırılması için çözüm önerilerinde bulunulmuştur. Havuz yüzeyinde koyu renkli çamur oluşması atık su içerisinde septik çamur varlığını göstermekte olup, çamur temizleme sıklığının ve sıyırıcının hızının arttırılması ile problemin çözüleceği belirlenmiştir. Son çökeltme havuzlarında çamur kabarması probleminin nedenlerinden birisi aktif çamur prosesinde filamentli mikroorganizmaların varlığı ile açıklanırken, çözüm olarak sistem pH'sını 7'ye ayarlamak, çamur hacim indeks (SVI) değerini 50 ila 150 mL/g aralığına getirinceye kadar sisteme H2O2 eklemek veya geri devir çamurunu klorlamak verilebilir. Havalandırma havuzundaki çözünmüş oksijen (ÇO) değerinin 1 mg/l altında olması durumunda ise sistemin havalandırılması önerilir. Ayrıca tesiste son çökeltme havuzlarının çıkış suyunda yüzen flok oluşumu belirlenmiş olup bunun sebebi olarak çıkış suyunda aşırı türbülans gösterilebilir. Bunun için ilk olarak havalandırma havuzunda ölçümler yapılarak ÇO değeri kontrol edilmesi gerekir. Ayrıca havalandırmada ünitesindeki türbülansı düşürmek için mikser karıştırıcıların çalışma periyodunun yeniden düzenlenmesi gerekir. Sonuç olarak atıksu arıtma tesisi işletimi özel çaba ve bilgi isteyen, sürekli denetim ve anında müdahale gerektiren bir süreçtir. Yüksek arıtma verimini sağlamak için tesiste oluşan sorunlara acil önlemler almak ve etkili çözümler üretmek önemlidir. Bu tez çalışmasının, tesis işletiminde ortaya çıkabilecek birçok problemin çözümüne yönelik bir kılavuz olması beklenmektedir.
İçme ve kullanma su sisteminin kaynaktan kullanıcıya güvenliği ve halk sağlığı açısından önemi, Adıyaman örneği
Yeryüzündeki yaşamsal faaliyetlerin temel kaynağı sudur. Canlıların ihtiyaçları oranında temiz içme ve kullanma suyuna ulaşabilmeleri, sağlıklı bir hayatın devamlılığı için temel koşuldur. İnsanların daha konforlu bir yaşam için yoğun faaliyetleri sonucu sanayileşme, küresel ısınma, yoğun kimyasal ve pestisit kullanımı içme ve kullanma sularını tehdit etmektedir. Su kaynaklarının ve depolarının kirlenmesini önlemek amacıyla kamu kurumları çeşitli faaliyetlerde bulunmaktadırlar. Bu faaliyetlerin yeterli olup olmadığı; içme ve kullanma suyunun kaynak ve depolarının korunması, güveliğinin sağlanması ve nihai tüketim noktasına mikrobiyolojik olarak kontamine edilmeden, kimyasal olarak da herhangi bir dışsal ajana maruz kalmadan ulaştırılması hedeflenmektedir. Adıyaman Merkez İlçe içme ve kullanma suyu kaynak ve su depolarında Dünya Sağlık Örgütü tarafından geliştirilen İçme Suyu Güvenlik Planı kullanılarak, su sistemlerinde iş sağlığı ve güvenliği yaklaşımı ile risk analizi yapılarak tehlike ve risklerin tespiti hedeflenmektedir. Su sisteminin risk analizlerinde; kaynak, depo ve şebekelerde insan sağlığını olumsuz etkileyebilecek tehlikelerin varlığı tespit edilmiştir. İl Sağlık Müdürlüğü Çevre Sağlığı Birimi ile su tüketim miktarı baz alınarak Adıyaman Merkez İlçeyi temsil eden 12 izleme noktası oluşturulmuştur. İzleme noktalarından çalışmanın yürütüldüğü 2021-2023 yıllarında 832 kontrol izlemesi numunesi, 38 denetim izlemesi numunesi alınmıştır. İzleme noktalarından 5348 bakiye klor ölçümü yapılmıştır. Yapılan çalışmada Kontrol izlemesi analizlerinde 114 numunede mikrobiyolojik uygunsuzluk, 1 numunede fiziksel bulanıklık uygunsuzluğu tespit edilmiştir. Denetim izlemesi analizlerinin 8'inde mikrobiyolojik, 2'sinde fiziksel bulanıklık ile mikrobiyolojik uygunsuzluk birlikte tespit edilmiştir. Ayrıca izleme noktalarında yapılan bakiye klor ölçümü sonucunda 61 ölçümde 0,2 ppm'in altında serbest klor tespit edilmiştir. Serbest klor uygunsuzluk oranı %1,14'tür. Su depolarında 0,5 ppm rezidüel klorlama yapılmasına rağmen, tüm izleme noktalarında zaman zaman serbest klor tespit edilememesi; kontrol, denetim izlemesi numunelerindeki uygunsuzluk su şebekelerindeki asbest boru kullanımı ve sistemdeki güvenlik açıklarıyla örtüşmektedir. İsale hattı ve şebekelerde kullanılmış asbest boruların değiştirilmesi, risk analizinde tespit edilen güvenlik açıklarının giderilmesi gerekmektedir. Yapılan çalışmanın İçme Suyu Güvenlik Planının yerel yönetimlere içme ve kullanma su sisteminin güvenliği açısından rehberlik etmesi amaçlanmıştır.
Yeraltı sularında yüksek florürün dağılımı ve dental florozis için sağlık bilgi sistemlerinde CBS tabanlı karar destek sistemi geliştirilmesi
Florür, kemik ve dişler için kritik bir elementtir. Vücuda çeşitli yollarla alınan florürün günlük optimum doz miktarı aşıldığında, aşılan dozun miktarına ve alım süresine bağlı olarak vücutta çeşitli sistemik etkilere neden olmaktadır. Florür iyonu optimum düzeyde alındığında dişlerde "antikariojenik (çürük önleyici) etki" göstermektedir. Florürün uzun süreli yutulmasından kaynaklanan sağlık etkileri, çoğu durumda kişilerin yaşamlarını ciddi şekilde etkileyen diş ve iskelet florozisine neden olmaktadır. Son yıllarda potansiyel florür kaynaklarının çeşitliliği nedeniyle, özellikle dental florozisin prevelansında artış gözlenmiştir. Bu nedenle florürün etkileri, mekanizmaları, florür alım kaynakları, alım süreleri ve florozis teşhisi birçok araştırmacının konusu olmaya devam etmektedir. Çünkü, florür maruziyeti ile ilgili olmayan endojen ve/veya eksojen faktörler de diş emaye lekelenmesine neden olabilmektedir. Çalışma bölgesinde potansiyel olarak florüre maruz kalan (6-15 yaş aralığı) çocuk sayısına ve florür tehlikesi/riskine ilişkin kapsamlı bir değerlendirme yapılması hedeflenmiştir. Bu kapsamda çalışmanın birincil amacı yarı kurak bir bölge olan Şanlıurfa ilinde dental florozis vakalarının tespit edilmesi ve bu vakalardan hareketle içme suyundaki florür değeriyle ilişkisinin ortaya konulması amaçlanmıştır. Mevcut çalışmada Şanlıurfa ilini temsilen su örneklerinin alındığı ve alınan su örneklerinin diş muayeneleriyle ilişkilendirilmiştir. Bu çalışma ile 40 köy / mahalle ve 30 okulda dental florozis taramaları yapılmıştır. Çalışma alanındaki florür seviyeleri Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) kullanılarak haritalanmıştır. Vaka tespit edilen bölgelerde toplam 45 noktadan su numuneleri alınmış ve analizleri yapılmıştır. Çalışma alanındaki su kaynaklarında yıllık ortalama florür konsantrasyon seviyeleri 0,26‒5,62 mg/L arasında değişmektedir. Ayrıca iki yaş grubu için kanserojen olmayan risk değerlendirmesi yapılmıştır. Çalışma gruplarında sağlık risklerinin sırası çocuklar > ergenler şeklinde olmuştur. Ortalama tehlike katsayısı olan HQ değeri iki yaş grubu için 0,139495 ila 7,184253 aralığında hesaplanmıştır. Özellikle bu bölgede dördüncü ve beşinci derece florozisi olan okul çağındaki çocukların dişlerinde ciddi bozulmalar ve lekelenmeler tespit edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında yapay zekâ/derin öğrenme teknikleri ile diş görüntülerinin analizi yapılmıştır. Toplam 76 denekten toplanılan veri kümesi, yolov8 nesne tespit modelinin eğitimi için eğitim (train), validasyon ve test alt kümelerine ayrılmıştır. Söz konusu ayrım işlemi dosya listesi üzerinde random seed=123 değeri verilerek shuffling işlemine tabi tutulmuştur. 100 epok civarında model performans ve kayıp değeri açısından doygunluğa ulaştığı için model eğitimini daha yüksek epoklarda yapılmasına gerek kalmamıştır. Elde edilen sonuçlara göre diş görüntüleri üzerinde uygulanan model eğitimleri florozis derecesinin sınıflandırılmasında başarılı sonuç vermiştir.
Nonilfenol ve nonilfenol etoksilatların nitrifikasyon prosesi üzerine etkileri
Nonilfenol, kimyasal yapısı dolayısı ile alkalifenol grubuna dahil olan non-iyonik yüzey aktif maddeler sınıfına girmektedir. Tekstil başta olmak üzere, kağıt, boya ve temizlik endüstrisinde kullanılan nonilfenol, endüstriyel atıksulara karışmaktadır. Evsel kullanıma uygun deterjanlarda da sık sık kullanıldığından evsel atıksu tesislerine de giriş yapmaktadır. Nonilfenolün doğaya karıştıktan sonra deniz canlılarına, doğrudan veya dolaylı olarak insanlara olumsuz etkileri bıraktığı bilinmektedir. Östrojen hormonuna benzerliği sebebi ile vücuda alındıktan sonra; dişi ve erkek bireylerde hormonal problemlere yol açmaktadır. Nonilfenolün doğaya ve insana etkileri tespit edilmeye başladıktan sonra nonilfenol bileşenlerinin endüstride kullanımı ve deşarjına yönelik yönetmelik ve kısıtlamalar getirilmiştir. Endüstriyel ve evsel kullanımdan sonra atıksu arıtma tesislerine giriş yapan nonilfenol bileşenleri, aerobik ve anaerobik koşullarda biyolojik bozunmaya uğrar. Nonilfenol etoksilat kimyasalından, etoksilat yapı kopar ve ayrışamayan nonilfenol ortaya çıkar. Hidrofobik özelliği artan nonilfenol, çamura absorbe edilir. Arıtma tesislerinden çıkan ve tarım vb. alanlarda kullanılan çamur; insan ve doğal hayata tehlike arz etmektedir. Nonilfenolün yalnızca deşarj edildiği bölgeye değil; atıksu arıtma tesisi içinde de bir çok probleme yol açtığı bilinmektedir. Giriş yaptığı arıtma tesisinde inhibisyon etkisi göstererek; nitrifikasyonu ve arıtım verimini olumsuz yönde etkileyebileceği düşünülmektedir. Yapılan bu çalışmada da, nonilfenol bileşenlerinin karbon giderimi ve nitrifikasyon prosesine etkisi araştırılmış ve yapılan respirometrik deneylerden elde edilen veriler modelleme için kullanılmıştır. 400 mg KOİ/L sentetik besin (pepton) ile beslenen aktif çamur sistemi doldur boşalt olarak işletilmiştir. Çamur yaşı 10 gün olarak belirlenen reaktörün sıcaklığı 24±1ᵒC olarak sabitlenmiştir. Aklime edilen çamur ile respirometrik deneyler yapılmış ve AKM, UAKM, çKOİ, pH, Nitrit-N, Nitrat-N numuneleri alınmıştır. 4 ay boyunca aklime amaçlı olarak işletilen sistem kararlı haldeyken 2000 mg AKM/L ve 1245 mg UAKM/L olduğu tespit edilmiştir. Çıkış çKOİ'si 57 mg KOİ/L olarak ölçülmüş ve %86 verimle işletilmiştir. Pepton ile aklime edilen sistem; daha sonra 400 mg KOİ/L pepton ve 400 mg KOİ/L NP bileşeni (NPEO) ile beslenmeye başlamış ve çamur aklime edilmişir. İlk 6 ay boyunca AKM konsantrasyonunda düşüş gözlemlenmiş ve 6 ayın sonunda sistem kararlı hal almıştır. Bu süreç boyunca respirometrik deneyler yapılmıştır. 2 yıl boyunca pepton ve NPEO karışımı ile beslenerek işletilmeye devam eden reaktörden alınan çamur ile respirometrik deneyler yapılmış ve NP bileşenlerinin nitrifikasyona etkisi incelenmiştir. Yapılan respirometrik deneylerde AKM, UAKM, çKOİ, pH, Nitrit-N, Nitrat-N ve NP numuneleri alınmış ve gerekli ölçümler yapılmıştır. Kararlı hal sonrasında sistem, 2400 mg AKM/L ve 1635 mg UAKM/L olarak ölçülmüştür. Çıkış çKOİ'si 162 mg KOİ/L olarak tespit edilmiş ve sistem verimi %80 olarak belirlenmiştir. 2,5 yıl sonunda aktif çamur siseminin aerobik stabilizasyonu incelenmiş ve 20 gün boyunca AKM, UAKM, çKOİ, pH, Nitrit-N, Nitrat-N ve NP numuneleri alınıp gerekli ölçümler yapılmıştır. 20 günlük havalı stabilizasyon çalışmasında %36 AKM ve %54 UAKM giderim verimi elde edilmiştir. Yapılan deneylerin sonucu olarak NP bileşenlerinin nitrifikasyona herhangi bir olumsuz etkisi olmadığı tespit edilmiştir.
Isolation of novel Quorum quenching bacteria for the control of membrane biofouling and the effect of Bacillus sp. T5 and Delftia sp. T6 on microbial community structure in membrane bioreactor
The outcomes of the increase in the World population and industrialization, waste discharging to non-receipt bodies or an insufficient treatment cause accumulation and rapid decrease in natural resources day by day. The shrinkage of these resources results in significant environmental issues. To overcome the water scarcity, there is a global effort to expand on water resources and reuse of wastewater. Membrane Bioreactor (MBR) technology is an advanced biological wastewater treatment technology. Nevertheless, biofouling on membrane surface remains one of the main obstacles to profitable MBR operation. Quorum Quenching (QQ) is an innovative approach attempting to solve the biofouling problem in MBRs. QQ applications prevent the group behavior of microorganisms therefore ceases/retards the formation of biofilm. Researchers have demonstrated that Quorum sensing and biofilm formation are strongly linked and act to regulate the biofilm formation on the membrane surface in MBR. C6-HSL and C8-HSL, 3-oxo-C8-HSL C4-HSL, C6-HSL, C8-HSL, 3-oxo-C8-HSL, C10- HSL, C12-HSL, 3-oxo-C12-HSL and C14-HSL have been detected from biofilm on the membrane surfaces and in the mix liquor of. Because biofilm formation on membranes can be controlled by QS, several studies have turned their attention to blocking AHL signals to either reduce membrane biofouling or improve reactor performance. In the last 10 years, research on QQ mediated strategies for mitigating membrane biofouling in MBRs has intensified and notable success has been achieved in this regard. Current thesis aims to isolate new and highly effective QQ bacteria from our national resources and to understand what are the Achyl-homoserine lactone (AHL) degradation pathways of the isolated new bacterial strains found in marine, pond and saltern environments that are capable of interfering with AHL-mediated Quorum Sensing. This study also evaluates applying the selected new QQ bacteria to the MBRs with QQ-fiber/beads for the purpose of controlling biofilm formation. Finally assess the interaction between the indigenous microbial community and two different QQ bacteria, Bacillus sp. T5 (Gram positive) and Delftia sp. T6 (Gram negative), in order to develop a comprehensive understanding of occurrence of QQ mechanisms in MBR step by step. A BLAST search of GenBank was performed to identify if there was any taxonomical relationship between the sequences available in the database and those of the 16S rRNA gene of the 25 new isolates. New isolates belonged predominantly to Gammaproteobacteria (G2, G4, T21, T22, T4, H1, H2, H3, H4, H7, H8, H9, H10), Betaproteobacteria (G6, T6, H5), Firmicutes (G5, T5), and Actinobacteria (G7). The assessment of the partial nucleotide sequence of the amplified 16S rRNA gene revealed a strong homology of 97-100 between this sequence and that of the bacteria from the following genera: Shewanella, Acinetobacter, Klebsiella, Bacillus, Deftia, Vibrio, Comamonas, Microbacterium, and Pseudomonas, Brevundimonas, Bosea, Stenotrofomonas and Tistrella. Minimal medium method was used which employs C8-HSL as the sole carbon source. AHL degradation activity was measured via Biotest. The activity test results indicated that Tistrella exhibited QQ activities for the first time, and strains T21, T22, T4, G2, G4 G5, G6, H1, H3, H7, H8, H10 presented lactonase activity which has not been recorded in the previous research. Strain T5 and T6 from saltern and strain S5 and S10 from leachate degraded more than 90% of the AHL, thus each of them exhibits significant AHL activity. Results point that QQ is the strategy that may typically be adopted in the different environmental sources to overcome stress conditions and achieve competitive advantages. After isolation of the QQ bacteria, a new immobilization medium named QQ-fiber was produced by hollow fiber membranes. MBRs was operated with QQ-fiber immobilized with Bacillus sp. T5 and biofilm formation was successfully mitigated with 25 % efficiency. To compare the immobilizations media and two different QQ bacteria, sodium alginate beads entrapped with chosen strains Bacillus sp. T5 and Delftia sp. T6. Total anti-biofouling effects of T5 and T6 beads were calculated as 85% and 75%, respectively. One of the major findings of the thesis was bacterial community changes during the QQ-MBR runs with QQ bacteria which investigated using metagenomic analysis. The effect of QQ on the bacterial community was examined in detail on the basis of phylum, class and genus. The gap in the understanding of bacterial community dynamics in MBRs was addressed by investigating the behavior of two types of QQ bacteria, Bacillus sp. T5 and Delftia sp. T6, within the control and QQ MBRs via Illumina's HiSeq method using 16S rRNA genes. The analysis of the results and comparison of relative abundances of taxa in MBR operations were revealed that different QQ bacteria have an effect on different taxa. Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes, Acidobacteria and Actinobacteria were most QQ affected phyla in the microcosms. Furthermore, when the QQ MBR was operated with gram-positive T5, a reduction in the abundance of gram-positive classes and an increase in the abundance of gram-negative classes was observed. On the contrary, when the QQ MBR was operated with gram-negative T6, a reduction in gram-positive classes and an increase in gram-negative classes was observed. As such, the outputs of the Illumina Hi-seq analysis were demonstrated that use of gram-negative QQ bacteria in the reactor induced a gram-positive microbial community and vice versa. This indicates a close interaction occurs between indigenous gram-negative and positive bacterial classes and Bacillus sp. T5/Delftia sp. T6 is fundamental to the performance of MBRs. To the best of the researchers' knowledge, this is the first study of its kind to demonstrate such a relationship. Molecular data of operation with mixed T5 and T6 was support this finding. To summarize, within the scope of this thesis, new and active species were isolated from different sources, used in MBR as an antibiofouling agent and successfully reduced biofilm and proven to be a highly effective biotechnological solution method for biofouling problem. Moreover, three different immobilization media (QQ-Fiber, SA Beads and PVA Beads) were applied with selected QQ bacteria. Finally, according to the results of the molecular analysis, different QQ bacteria were found to act by interacting with different microbial groups. The results of this thesis reveal valuable information about the QQ technologies that is the indispensable application for mitigating biofouling. It is anticipated that the findings of this thesis will lead to an enhanced knowledge of the relationships that exist between QQ bacteria and the bacterial community structures in MBRs. Additionally, it assistances to the researchers to select QQ bacteria/strategy in a different way from the past selection method (like only consideration of the QQ activity) for MBR operations and different biotechnological applications. Consequently, the results support the idea that molecular and metagenomic analysis in MBR could be essential for membrane biofouling control.
Membran biyoreaktörlerde titreşim ile tıkanma kontrolü
Membran Biyoreaktörlerde (MBR) tıkanmanın geciktirilmesi çeşitli hidrolik yöntemlerle gerçekleştirilmektedir. Bu yöntemler, hava ile sıyırma ve periyordik geri yıkama ve periyodik bekletme olarak sıklıkla kullanılmaktadır. Hava ile sıyırma membran yüzeyindeki kayma gerilmesini bir miktar arttırarak gözenekleri tıkayıcı paritüllerin membrandan uzak durmasını sağlamaktadır. Bunun dışında geliştirilmekte olan bir diğer teknolojisi titreşim ile membranların tıkanmasının geciktirilmesidir. Titreşim sayesinde direk membran yüzeyinin kendisini titreşmesi sağlanarak çok yüksek kayma gerilimi oluşturulmakta ve böylece membran tıkayıcı partiküllerin membran yüzeine çarparak uzaklaştırılması hedeflenmektedir. Bu tez çalışmasında öncelikle konu ile ilgili litertür taraması yapılmış ve literatürdeki başarılı örnekler incelenmiştir. Literatürdeki sistemlerin çoğunluğu laboratuvar ölçeğinde uygulanabilir sistemler olup gerçek ölçekli ve pilot uygulamaya uygun değildir. Bunun yanı sıra organik ve inorganik olmak üzere laboratuvar ortamında hazırlanmış süspansiyonlar kullanılarak batık MBR sistemi modellenmeye çalışılmıştır. Literatürde kullanılan sistemler mekanik olarak, membranların itme çekme hareketiyle çeşitli yönlerde hareket ettirilmesine dayanmakta olup bir kaç tanesi manyetik transduser yardımıyla yüksek frekans düşük genlik kullanılarak gerçekleştirilen deneylerden ibarettir. Bu çalışmada öncelikle hem pilot olarak hem de laboratuvar ölçeğinde kullanılacak modüller 3 Boyutlu olarak SOLIDWORKS programı ile tasarlanmış ve labortuavar ölçekli modül ise Computational Fluid Dynamics (CFD) yöntemiyle ANSYS FLUENT programı kullanılarak modellenip simülasyonu yapılmıştır. Bu simülasyonlarda çeşitli frekans değerleri ve genlikleri modele girilerek, membran yüzeyinde oluşturacağı kayma gerilimleri karşılaştırılmıştır. Daha sonra polyetersülfon (PES) ve poliakrilonitril (PAN) bazlı ince boşluklu membranlar üretilmiş fakat bunların titreşimli batık MBR modülü için dayanıksız olacağı yapılan deneylerle görülmüştür. Bunun üzerine güçlendirilmiş ince boşluklu PVDF (polivinil floriden) bazlı membranlar sipariş edilmiş ve bu ticari membranlar kullanılarak titreşimli membran modülleri üretilmiştir. Membran modüllerinin yerleştirileceği titreşim sistemleri ise manyetik ve mekanik sistemler olarak tasarlanmış, sanayide üretimi gerçekleştirilmiş ve üretim aşamaları açıklanmıştır. Modül ve titreşim sistemlerinin üretimi tamamlandıktan sonra mekanik ve manyetik tahrikli titreşimlerin batık MBR modülleri üzerindeki etikisinin incelenmesi amacıyla laboratuva ve pilot ölçekli uzun dönemli deneyler gerçekleştirilmiştir. Laboratuvar ölçekli deneylerde hem kısa süreli kritik akının belirlenmesi deneyleri hem de uzun dönemli filtrasyon deneyleri sentetik atıksu beslemesi ile gerçekleştirilmiştir. Titreşimsiz kontrol modülü, mekanik titreşimli modül ve manyetik titreşimli modül laboratuvar ölçekli MBR sisteminde paralel olarak işletilmiş ve arıtma ve filtrasyon performansları takip edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, manyetik titreşimli modülün tıknmayı en iyi geciktirdiği, mekanik titreşimli modülün ise titreşimsiz modüle göre daha erken tıkandığı gözlemlenmiştir. Laboratuvar öleçeğinde en iyi sonucu veren titreşim sistemi ise pilot ölçekli deneyler için seçilmiş ve uzun dönemli deney pilot ölçekli olarak gerçek atıksu ile gerçekleştirilmiştir. Pilot ölçeğinde manyetik titreşimli modül ve titreşimsiz kontrol modülü sırayla çalıştırılmış ve elde edilen arıtma ve filtrasyon performansı verileri karşılaştırılmıştır. Manyetik titreşimli sistem 150 Hz frekans ile en iyi filtrasyon performasını sağlamıştır. Arıtma performansı olarak incelendiğinde ise hem titreşimli hem de titreşimsiz modüller birbirinin aynı sonuçları göstermiştir.
Synthesis, characterization, and application of a novel thin film composite (TFC) forward osmosis (FO) membrane for seawater desalination
With extreme population growth, industry expansion, prolonged droughts, climate change, declining of both quality and quantity of conventional water resources due to overuse, pollution, or salinization, scientists found their selves in front of the huge challenges to develop new emerging technologies that can comply with these needs. Seawater desalination played the crucial role in providing water supply during the last 4 decades. Dominate initially with thermal based technology, sea water desalination is mainly membrane based technology nowadays, thanks to developing unique membrane fabrication techniques and processes with continuously decline and affordable prices. This thesis is a part of the Project entitled fabrication of innovative Forward Osmosis (FO) and low pressure Reverse Osmosis (RO) membranes and module development for Production of drinking water which supported by THE SCIENTIFIC AND TECHNOLOGICAL RESEARCH COUNCIL OF TURKEY (TÜBİTAK). The Project aims to the production of economic, new generation and low-pressure desalination membranes and membrane systems which enable drinking water production from seawater as a novel membrane technology. The thesis scope goes in line with the project goal. It is on one hand targeted the fabrication and characterization of high performance FO membrane that would enjoy high water permeation, low salt passage, reasonable mechanical strength, and low fouling propensity. On the other hand, its encompass the application of the developed FO membrane for some real-life applications, and in particular regard for seawater desalination. This thesis starts with an introduction that included general background, the importance of the thesis, and the thesis purpose, scope, unique aspects, impacts, and organization. Two main topics are highlighted in the literature review, which are forward osmosis process and electrospinning technique. The forward osmosis theory, forward osmosis membrane, membrane characteristic parameters, membrane orientation, forward osmosis applications, and draw solutions are presented in the forward osmosis process section where using electrospun nanofiber membrane in the different applications defined in the electrospinning technique section. Chapter three was a preliminary work on electrospinning based membrane fabrication, characterization and trail to enhance its mechanical stability. In this chapter, polyacrylonitrile (PAN) was utilized to synthesize electrospun nanofiber membranes on the top of a non-woven fabric. To increase the structural integrity and mechanical stability of the as-spun yarns web, 300 nm Polyvinylidene fluoride (PVDF) small particles were incorporated in the electrospun nano fiber web. PVDF solutions with various concentrations were prepared. Nanofiber webs flooded by and then immersed in the solutions to integrate the PVDF in its matrix. Finally, the membrane exposed to heat treatment for a certain period at about one hundred seventy grades centigrade, to fuse the PVDF particles. The fused particles function as a cement material that would join the fiber junctions and result in better membrane mechanical stability. Characterization was done to evaluate the membrane surface morphology, filtration efficiency, and mechanical stability. In particular regards, the impact of PVDF concentrations and submersion time on the membrane mechanical properties and filtration efficiency was evaluated. Results revealed enhancement of the membrane mechanical characteristics in terms of Young's modulus and tensile strength. In the PVDF-treated membranes, Young's modulus and tensile strength enhanced by approximately 6.6 and 20 folds, respectively, in comparison to as-spun membrane. While, the strain ratio reduced by 5.47 folds. Over the tested membranes, a permeability reduction of 12.7 to 31.7% registered PVDF treated membranes. The best membrane improvements can be obtained using 0.01% PVDF solution concentration for one second submersion time. The tensile strength and Young's modulus achieved by it were 126 MPa and 7.08 MPa respectively. Comparing to two different studies used other techniques to improve the membrane stability; this technique is less complex, applicable, and cost-time saving. Work in chapter four targeted fabrication of high performance Forward Osmosis Thin Film Composite (FO-TFC) Nanofibers based substrate membrane for potential application of saline water desalination. TFC polyamide top separation film was formed on the support layer of the by interfacial polymerization reaction between two different monomers (m-Phenylenediamine (MPD) and 1,3,5-trimesoylchloride (TMC)). Sulfonated polysulfone (sPSf) with definite sulfonation level was used to fabricate support layer. Tubular bedless fiber network owning scaffold-like structure with a fiber diameter of 247nm was formed. Polysulfone was sulfonated by heterogenous method using chlorosulfonic acid as a sulfonation agent. Characterization of both substrate and TFC separation layers have been done by means of SEM, water permeation flux, porometry, contact angle, FTIR as well as other tests. While the characterization of TFC separation layer restricted to SEM and FTIR. The characterization illustrates that the sPSf support layer is highly porous with a narrow pore size distribution. FO Performance evaluation of two commercial and newly developed membranes was probed using FO and PRO modes with co-current and counter-current flow scheme. The active layer presents excellent intrinsic properties with A/B of 17.31 and a high salt separation ratio of 99.54%. The newly developed membrane can achieve a high FO and PRO water flux of 65.7 and 313 LMH respectively, using a 1 M NaCl draw solution and DIO water feed solution. The corresponding salt flux is only 2.5 and 5.3 gMH. The reverse flux selectivity represented by the ratio of water flux to reverse salt flux (Jw/ Js) was able to be kept as high as 26.3 and 58.8 L/g for FO and PRO modes. To the best of our knowledge, the performance of the current work developed membrane is superior to all FO membranes previously reported in the literature. Performance evaluation of TFC –FO nanofibers based substrates membrane against synthetic/model and real seawater was investigated in chapter 5 as a real life application. Desalination of seawater performed using 2M NaCl as a draw solution. Performance data showed that the newly fabricated FO-TFC membrane have a water flux of 15.1 and 49.4 in both Co-current FO and Co-current PRO respectively when real seawater used as a feed solution. Two different synthetic/model seawater solution (NaCL and MgSO4), have a salt concentration equal to that of the real seawater sample, were prepared to characterize the performance of the fabricated membrane against them under the same operating conditions. The membrane also achieved a water flux of ̴ 8/54 LMH against 1.1% synthetic/model NaCl and 10.3/45.6 LMH against a synthetic/model 1.1% MgSO4 solution using 2 M NaCl solution as the draw solution under both forward osmosis (FO) and pressure retarded osmosis (PRO) modes, respectively. The structural parameter (S) of the sPSf thin-film-composite membrane estimated to be 125 µm Which consider one of the smallest values ever reported in the literature.
Melen baraj gölünün belirsizlik analizi ile trofik seviyesinin belirlenmesi
Su kirliliğinin sebebi çeşitli antropojenik ve doğal faktörlerdir ve son yıllarda bu sorunla başa çıkabilmek için çeşitli stratejiler geliştirilmektedir. Bu kapsamda doğru yönetim kararlarının alınması için arazi yönetimileriyle su yönetimleri entegre edilmiştir. Kritik öneme sahip olan su kirliliği sorunlarından biri ötrofikasyondur. Ötrofikasyonun sebebi havzadan su kütlelerine, noktasal ve yayılı kaynaklarla aşırı miktarda gelen besi maddeleridir. Sudaki besi maddelerinin tahmini için havza modelleri ile su kalitesi modellerinin birlikte kullanılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Barajlardaki ötrofikasyon sorununu ortadan kaldırmak veya azaltmak için su yönetimi stratejiler uygulanmaktadır. Su kütlelerinde meydana gelen ötrofikasyon sorununun yönetimi, noktasal ve yayılı kirleticilerin kontrolüyle ve bu kirletici kaynakların etkilerinin tedbirler alınmadan önce matematiksel modellerle tahmin edilmesiyle sağlanır. Su kaynakları yönetimi (SKY) için yeni ve bütünleşik yaklaşımlarla birlikte sektörlerin ve halkın katılımı da sağlanmalıdır. SKY çeşitli karmaşık sorunlarla ilgilenirken bunun yanında model çalışmasında veya verilerde çıkabilecek belirsizlikleri göz önünde bulundurup bu belirsizlikleri yönetim sürecinde dikkate almalıdır. Bu çalışmada su yönetimi süreci kapsamında su kalitesi modellerinde belirsizlik analizinin öneminden bahsedilmiş ve CE-QUAL-W2 su kalitesi modeli kullanılarak inşaası devam eden Melen Baraj Gölü'nün trofik seviyesi belirsizlik analizi gerçekleştirilerek belirlenmiştir. Bu kapsamda Melen Baraj Gölü'ne su kalitesi modeli olarak CE-QUAL-W2 modelinin uygulanması uygun görülmüş ve model yapılandırılması baraj özellikleri dikkate alınarak tamamlanmıştır. Model için kalibrasyon ve doğrulama süreçleri izleme verileri olmadığı için gerçekleştirilememiştir. Bu sebeple doğrudan duyarlılık ve belirsizlik analizlerine geçilmiştir. Duyarlılık analizi için duyarlı parametreler literatürden elde edilen bilgiler yardımı ile seçilmiştir ve bu parametreler için duyarlı oldukları aralıklar yine literatürden toplanan bilgilerle tespit edilmiştir. Bunun yanında modele her bir parametre için varsayılan (default) değerler girilmiştir. Seçilen kinetik parametrelerden her biri değiştirildiğinde diğer parametreler varsayılan değerleriyle model çalıştırılmış ve bu işlem her bir parametrenin belirlenen aralıklarındaki değerleri için tekrar edilmiştir. Bu işlem için toplamda çalıştırılan model sayısı 90 olmakla birlikte seçilen kinetik parametre sayısı da 9'dur. Geliştirilen kodlar yardımıyla modeller çalıştırılıp model sonuçlarının grafikleri çizilmiş ve seçilen parametrelerin hangisinin, hangi aralıkta duyarlı oldukları tespit edilmiştir. Duyarlı oldukları tespit edilen parametrelerle belirsizlik analizi gerçekleştirilmiştir diğer parametreler belirsizlik analizi dışında tutulmuştur. Belirsizlik analizinin gerçekleştirilmesi için 100'lerce simülasyon duyarlı parametrelerin belirlenen aralıklarındaki rastgele seçilen değerleriyle yapılmıştır. Gerçekleştirilen simülasyonlar sonucunda elde edilen grafikler Melen Baraj Gölü'nün trofik seviyesinin belirlenmesi için değerlendirilmiştir. Değerlendirme sonucunda Melen Baraj Gölü'nün trofik seviyesinin %95 güven seviyesinde hipertrofik düzeyde olacağı belirlenmiştir.
Effects of nutrients on microalgae growth in anaerobic digestate
Today it is known that the world population has passed seven billion, and by 2050 it is predicted that the population will be 9.72 billion. In the world, 80% of energy demand are still met by fossil fuels such as oil, coal and natural gas. In addition, 85% of crude oil is used for transportation, and 10% is used for chemical industries. This has led to worldwide interest in biomass production related to biofuel concept. In present, various products are being produced in different industrial areas from the biomass obtained from various organisms. Bioethanol, biomethane, biohydrogen and biodiesel are obtained from the biomass of the organisms. For biofuels, it is known that plants such as corn, soybean and sugar cane are used. The most important advantage of biofuel production from biomass is the reduction of CO2 emissions in the air. By using solar energy, CO2 is converted into organic mass, and biofuel is obtained from this organic biomass. However, the need for a large area for the cultivation of crops, the reduction of agricultural land, and the consumption of too much water are among the reasons why biomass is not kept warm. Algae, who needs less space and water, is now being worked on biofuel studies and many different studies. Especially the ability of microalgae to adapt to different environments has made it possible to obtain various products, including biofuels. The most important problem in obtaining products from biomass of microalgae is the low microalgal biomass productivity. The microalgal biomass is not sufficient, especially for biofuel such as biodiesel. There are many factors that limit biomass formation. For photosynthetic microalgae, light, temperature, amount of CO2 and nutrients are main limiting factors. In present, microalgae can be optimized by changing light intensity, temperature, and CO2 in order to increase its biomass. However, the issue of how much nutrient required or nutrient optimization are still debated. Either the amount of some nutrients may be useful for some microalgae or may be inhibitory or toxic for another microalgae. In addition, nutrient needs may be variable depending on the microalgae species. It is known that microalgae is cultivated in the anaerobic digestate. The obtained biomass is also used as co-digestion or directly for methane production. The biofuel obtained from microalgae biomass are known to be suitable for biodiesel production, but the obtained biomass is not sufficient in the industrial view. There are many factors affecting microalgae biomass concentration like the dark color and particulate matter of the digestate that limit the penetration of light. Although this problem can be overcome by diluting the digestate or decreasing the reactor volume. The another approach is thought that this problem can be solved by adding nutrients. Some studies made for this purpose and showed that the increase of biomass in wastewater by adding nutrients such as Mg and Fe. The use of wastewater is not only important for the treatment, it is also important factor that reduces water footprint and nutrient requirement to produce microalgae. Because one of the major problems in the world is the need for clean water. It's now known that using drinking water resources such as lake water for obtaining microbial biomass for industrial purposes is not sustainable environmental way. In addition, drinking water resources is not nutrient enough to produce microalgae. Therefore, microalgae produce in seawater seems to be more attractive because sea water contains nutrients such as Mg and K. However, possible negative impacts on marine ecosystems are still a big question when large facilities are constructed to produce microalgae in the seabed. Considering the flexible adaptation capabilities of microalgae, the use of wastewater in terms of nutrient requirements is now considered as sustainable environmental approach. In this study, the aim is to increase biomass of the freshwater mixed microalgae cultured in digestate by adding various nutrients referred to BG11 media. For this aim, 600 ml batch cultures were prepared contained digestate with 1:10 dilution ratio. HEPES buffer was used and pH maintained between 7 and 7.5. Different nutrients were added to the each culture and microalgae growth was observed by VSS, chlorophyll measurement and cell counting techniques. Specific growth rate and doubling time were determined based on cell counting data. Additionally, their NH3-N, organic C, TKN and PO43--P removal efficiencies were also determined by using standart methods, whether there was an effect of removal efficiency or not. During the experiments, the growth rate and doubling time of the microalgae cultivated in the digestate were lower than BG11 media. Fe source, Mg source and EDTA were added to solutions separately in terms of observing their effect on growth. Fe source was "Ferric Ammonium Citrate" and Mg source was MgSO4 .When Fe source was increased to 10 times as 3.0mM referred to BG11 media, inhibition was observed in growth. Mg was expected to support growth well, but Mg solutions' results showed lower values compared to EDTA. Among the Mg solutions, only 3.0 mM Mg increased the growth rate and doubling time like 0.1585 μ -1 and 4.3 day respectively. When Mg and EDTA added to solutions in different concentrations, Mg 0.6 +EDTA 0.024 mM had the highest growth rate and doubling time like 0.1668 μ -1 and 4.1.day respectively. Chlorella sp. and Scenedesmus sp. were observed as dominant species. Rather than microalgae, protozoa with silia or flagella were observed in the digestate media. COD removals were found very low compared to ammonical nitrogen and phosphorus removals. Based on low COD removals, it was considered that there was probably no mixotrophic growth. The ammonical nitrogen removal rate and the theoretical biomass production were determined for each solution in terms of TKN values via the mass balance calculations. The theoretical biomass production were found higher then experimental biomass production in all solutions. EDTA was known as a chelator in the media for microalgae and was intended to ensure metal ions remain dissolved in the media to be taken into by microalgae. Among the nutrients, digestate solution with 0,024mM EDTA had the highest biomass concentration with the value 1410 mg /l VSSalgae with 0.1700 μ(d-1) and 4 days doubling time. It had also the highest net VSS value as 1000 mg/L. And the ammonical nitrogen removal rate and nitrogen removal efficiency showed in EDTA 0.024 mM as 11.4 mg/l/d and 77% respectively.
Otomotiv endüstrisinde kataforez prosesinin önemli çevresel etkileri
Due to the rapid growth of the industrial population, increasing population, changing climate conditions and world conditions, the environmental effects of industrial growth are increasing day by day. For this reason, developed countries are trying to reduce water consumption, chemical and energy consumption, and increase the effectiveness of sustainability. In recent years, the cataphoresis system is widely used in the automotive industry. In this context, the main purpose of this study is to demonstrate the environmental impact of the cataphoresis process used in the automotive industry using the product life cycle assessment approach. This study evaluates the widely used cataphoresis process of automotive industry, with an annual production of 6109 vehicles (trucks, busses), in terms of its water, chemical and energy consumption and investigates the sustainability of the mentioned process by the life cycle assessment approach. First of all, the water management system of an automotive factory was examined and the recoverability ratios were determined. Later, the cataphoresis system was investigated by the life cycle of environmental effects. Data were collected for one year after the system limits and functional unit were defined. The materials used and the electricity consumption are measured for cataphoresis coated metal surface of 1m2 vehicle. System boundaries consist of cataphoresis pretreatment and electrocracking processes. Water inputs and outputs are the main processes that are examined in terms of the continuous and continuous flows, energy inputs, chemical inputs, and the transport processes of chemicals. In addition to these, the processes of wastewater treatment and dehydration and removal of phosphate mud are also included in the processes. Extensive amount of water input together with various chemicals are required by automotive industry. The cataphoresis process is composed of two main sub-processes: pretreatment and electrodeposion (ED) coating. The retreatment or surface preparation process consists of a series of operations, which includes the hot water rinsing, degreasing, rinsing, surface activation and phosphate coating followed by several rinsing steps. After these operations, electrodeposition coating takes place. As a result, of the cataphoresis process, a metal surface resistant to corrosion and ready to further surface applications is obtained. Recycling and reuse of wastewater in this process is of great importance for sustainability studies as substantial amounts of water is consumed and wastewater is generated out of it. On the other hand, there is limited information in the literature on the reuse of wastewaters produced from cataphoresis rinse pools. The wastewater originating from the cataphoresis process contains heavy metal ions. In order to remove heavy metal ions from these effluents various treatment methods ie. chemical precipitation, adsorption, oxidation-reduction, electrochemical treatment, membrane technologies etc. can be used. The economic and technical limitations resulting from applying the mentioned methods trigger research activities to focus on promising emerging technologies. In this context the objective of this study is to evaluate the widely used cataphoresis process of automotive industry in terms of its water consumption and pollution loads, and to investigate the reclamation and reuse potential of segregated effluents arising from this process. The cataphoresis process of automotive sector is a water intensive industry. 0.68 m3 water is required for the cataphoresis operations per vehicle in the investigated facility. The results indicate that 43 % of the continuous effluents arising from cataphoresis process is reusable in nature. The amount of reusable wastewater streams can also be elevated by adding discharges from cooling system and boiler to the mentioned segregated wastewaters. By doing so 20 % of the whole wastewaters can be designated as reusable effluents after being subjected to an appropriate treatment. Besides, evaluation of cataphoresis process of automotive industry in terms of its water, chemical and energy consumption and investigate the sustainability of the mentioned process by the life cycle assessment approach is researched through this study. All data that have been used in the study was taken from the actual production. The inventory data was analyzed by GaBi 7.3 software. Data was collected based on the inputs and outputs for each process in the system. The inputs data include energy (electricity) and materials (chemicals, water, and others with various qualities). The outputs include the amounts of wastewater, co-products and wastes. The impacts categories are evaluated by GaBi software in terms of climate change (CC), acidification potential (AP), particulate matter and respiratory inorganics (PM), photochemical ozone formation (POF), ecotoxicity freshwater potential (EP), eutrophication (terrestrial, freshwater and marine), human toxicity potential (HTP), ozone depletion potential (ODP), and resource depletion (water). It was calculated the environmental impacts of a cataphoresis process of automotive industry via LCA approach. The environmental impacts of the investigated facility are in accordance with the literature values. The highest shares to the environmental impacts come form ED and UF water rinse tanks and the main contributors for this can be enlisted as energy usage. The total energy consumption in cataphoresis process of the investigated factory is approximately 12.5 kWh/m2. This energy consumption value is significantly higher than the literature. However, if the plant under study uses the full production capacity, it corresponds to the literature values of these consumption values. Literature studies are generally about production of passenger cars, while in our work we produce trucks and buses that enter commercial vehicle groups. The type of product produced can be said to be one of the factors that cause the difference because it does not affect the product production capacity. In this study, also effects of transportation is investigated in two parts: chemicals transportation and sludge transportation to cement factory. It has been found that the transport of chemicals, quantity, distance and transport route is effective, but the transport of chemicals is less than 1.60% of the total effect. The results shows that almost all environmental impact categories of cataphoresis processes are affected due to energy consumption. Therefore, four different scenarios are applied in this study to show the effect of renewable energy (wind turbine and photovoltaic), electricity from hard coal and grid mix electricity instead of grid mix of Turkey electricity on environmental impacts. The results show if wind energy is consumed as electricity source all of the impact categories decrease more than solar panels, grid mix and hard coal electricity. Whereas the hard coal power consumption increases most impact categories.
Nanofiltrasyon ve granül aktif karbon ileri su arıtma yöntemlerinin karşılaştırmalı maliyet analizi
Yüzeysel su kaynaklarının arıtılarak içilebilir kalitede insanların kullanımına sunulması su idareleri için hedeflerin başında yer almaktadır. Ülkemiz denizlerle çevrili olmasına rağmen tatlı su kaynakları konusunda zengin değildir. Özellikle iç bölgelerde yaşayan vatandaşlara temiz ve güvenilir içme suyu temini hususunda ciddi sıkıntılarla karşılaşılmaktadır. Mevcut su kaynaklarının etkili olarak kullanılması ve modern yöntemlerle arıtılması için her geçen gün yeni çalışmalar yapılmaktadır. İstanbul'un su ihtiyacı İSKİ'nin arıtma tesislerinde içilebilir kalitede kesintisiz olarak sağlanmaktadır. Arıtılan suyun kalitesinin arttırılarak tüketiciler tarafından içilmesini sağlayacak bir lezzette sunmak için araştırmalar ve yatırımlar yapılmaktadır. İleri su arıtma yöntemleri, konvansiyonel metodlarla istenilen miktarda giderilemeyen toplam organik karbon, pestisitler, dezenfeksiyon yan ürünleri, tat ve koku gibi bazı parametrelerin etkili olarak arıtılmasını sağlamaktadır. Bu kapsamda İSKİ Elmalı İçmesuyu Arıtma Tesisi için ileri arıtma yöntemlerinden olan granül aktif karbon filtre ve nanofiltrasyon membran prosesleri bu çalışma kapsamında detaylı olarak ele alınmıştır. Yapılan tasarımlarda 23.000 m3/gün işletme kapasitesi için nanofiltrasyon prosesi ve granül aktif karbon filtre prosesi tasarlanmıştır. Proseslerin tasarımında Dünya'da daha önce yapılan ve işletilen ileri arıtma yöntemlerine sahip tesisler incelenmiş ve bu tesislerin tasarımlarından faydalanılmıştır. Nanofiltrasyon prosesi 15.000 m3/gün süzüntü suyu debisine göre tasarlanmış olup, 23.000 m3/gün debi ihtiyacı için suyun şebekeye verilirken %65 oranında paçallanması düşünülmüştür. granül aktif karbon filtre prosesi işletme kapasitesine göre dizayn edilmiş ve ozonla birlikte biyolojik aktif karbon filtresi olarak çalıştırılması planlanmıştır. Bu prosesler detaylı olarak incelenerek Elmalı İçmesuyu Arıtma Tesisine entegre edilmesi halinde karşılaşılacak olan maliyetlerin analizleri ayrıca yapılmıştır. Proseslerin kurulum aşamasında karşılaşılacak ilk yatırım maliyetleri alt başlıklara ayrılarak incelenmiş ve piyasadaki güncel fiyatları toplanmıştır. Bu çalışmada kurulması planlanan nanofiltrasyon veya granül aktif karbon filtre proseslerinin beş yıl süreyle işletilmesi halinde karşılaşılacak olan işletme maliyetleri hesaplanmıştır. Elde edilen maliyetler ile arıtılacak su miktarı oranlandığında birim üretim başına toplam maliyetler elde edilmiştir. Bu maliyetler kıyaslanarak iki farklı ileri arıtma yöntemi hakkında ekonomik açıdan bir sonuç ortaya koyulmuştur.
Kentsel atıksu arıtma tesisi anaerobik çamur çürütücülerinin dinamik proses modelleme yaklaşımı ile analizi
Atıksu arıtma tesislerinde arıtım prosesi sonucunda meydana gelen biyokütle yani atık olarak tabir edilen bu arıtma çamurları, çamurun karakterizasyonuna uygun olan stabilizasyon işlemleri vasıtasıyla çevre ve insan sağlığı açısından gerekli kriterleri sağladıktan sonra nihai olarak bertaraf edilmesi gerekmektedir. Atıksu arıtma tesislerinde ortaya çıkan bu arıtma çamurları için düzenli depolama veya yakma gibi opsiyonlar kullanılarak çamur bertarafı gerçekleştirilir. Ancak bertaraf işlemine geçmeden önce çamurun kalorifik değeri ve karbon içeriğinin zengin olduğu göz önünde bulundurulduğunda, bu arıtma çamurlarından enerji elde etmek en avantajlı seçeneklerden biridir. Anaerobik prosesin arıtma sistemlerinde uygulanması kirlilik yükü yüksek olan evsel ve endüstriyel atıksuların arıtımında ve atık çamurlarının stabilizasyon işlemlerinde kullanılan bir uygulamadır. Anaerobik çürütme ekonomik bir biyoproses olarak atıksuyun veya atığın içindeki organik maddeleri bir takım mikroorganizma faaliyetleri sonucunda biyogaz ürünü meydana getirmekle kalmayıp yenilenebilir enerji üretimi ve kirlilik kontrolünde nutrientlerin geri çevrimi, sera gazı emisyonlarının azaltımı hususunda da önemli bir rol oynamaktadır. Anaerobik çürütme ile üretilen biyogazın metan içeriğinin artırılarak kalitesi de orantılı olarak artar. Ancak biyogazın içinde karbondioksit, hidrojen sülfür, azot, partiküler maddeler ve su buharı da bulunmaktadır. Anaerobik çürütme işleminin ana amacı çamur stabilizasyonu ve patojenlerin azaltılması olsa da elde edilen biyogaz ile ısı ve güç jenaratörleri aracılığıyla atıksu arıtma tesislerinin elektrik ihtiyacının önemli bir kısmını karşılayarak maliyetleri de azaltmaktadır. Her ne kadar bu işlemler basit gibi görünse de anaerobik çürütme prosesinde görev alan bakteriler birbiriyle dolaylı veya doğrudan bağlantılı olarak çalışmakta ve prosesi etkileyen birçok parametre bulunmaktadır. Bu anaerobik süreçlerde metan üretimi aşamasına gelene kadar organik maddelerin ayrıştırıldığı dört farklı safha bulunmaktadır. Hidroliz denilen ilk aşamada organik maddelerin içindeki kompleks yapıdaki karbonhidrat, lipid ve proteinler hücre dışı enzimlerle parçalanarak basit yapılı şekerlere, uzun zincirli yağ asitlerine ve aminoasitlere dönüşür. Akabinde hidroliz aşamasının ürünleri asidojenik bakteriler ile organik asitlere ve hidrojene fermente olurlar. Üçüncü aşamada asetojenik bakteriler uçucu organik asitleri asetata ve hidrojene dönüştürürler. Son aşamada ise anaerobik çürütmenin nihai ana ürünü olan metan oluşmaktadır. Burada metan oluşumu iki yolla gerçekleşmektedir; oluşan asetat, asetiklastik metanojenler ile metana ve karbondioksite, hidrojen tüketen metanojenler ile de hidrojen ve karbondioksit, metana dönüşmüş olur. Biyogaz içindeki metan gazının yaklaşık %70'i asetat üzerinden, %30'u ise H2 ve CO2'in sentezlenmesi sonucu ortaya çıkmaktadır. Son zamanlarda, atıksu arıtma tesislerinde uygulanan metodların optimizasyonuna ve maliyetlerinin düşürülmesine tasarlanan işletme senaryolarını modelleme araçları ile test etmek mümkün hale gelmiştir. Model bazlı inceleme yaklaşımı farklı tesis yüklerinde çıkış suyu standartlarını tutturarak atıksu arıtma tesislerinde sürdürülebilir bir enerji döngüsünü yakalayabilmek için en uygun yaklaşımdır. Bu çalışmada, uzun havalandırmalı aktif çamur modeli kullanılarak kentsel atıksu arıtma tesisinin çıkış suyu kalitesi ve biyogaz üretim potansiyeli simulasyonu yapılmıştır. Model bazlı yaklaşımın kullanılması gerçek bir tesisin çalışma performansının içerisine girip mümkün olabilecek senaryoları değerlendirme imkânı sunmaktadır. Atıksu arıtma tesislerinde giriş atıksu karakterizasyonunu gösteren kirletici parametrelerinin nispeten düşük değerlere sahip olması biyogaz verimine doğrudan etkisi bulunmaktadır. Bu çalışmada ele alınan gerçek ölçekli tesisin tasarım hesabında ele alınan KOI yükünden yaklaşık %30 daha az bir kirlilik yükü ile performans göstermektedir. Atıksu arıtma sistemlerinde planlama ve tasarımda hesaplamaların gerçek koşullara yakın tahminde bulunulması oldukça kapsamlı ve karmaşık bir dengeyle kurulmaktadır. Söz konusu temel tasarım faktörleri nüfus, debi, atıksu karakteristikleri,tesis yeri ve mevzuatın getirdiği deşarj standartları gibi bir çok kriterin bir anda ele alınmasını gerektirmetedir. Tesislerde tasarım yükünün doğru tayini ekipman seçimi, enerji ve kimyasal madde ihtiyacı, proses konfigüorasyon seçimi ve karşılaşılabilecek farklı durumlara karşı proaktif bir yaklaşım getirebilecek şekilde çözüme açık değerlerde olması gerekmektedir. Bu nedenle tasarımda ele alınan değerler debi, konsantrasyon, farklı kirletici yükü gibi değişkenlik gösterecek durumlara karşı tolerans sağlayabilmelidir. Sisteme gelen atıksudaki karbon içeriğinin deşarj limitlerini sağlayacak şekilde kullanılması her ne kadar ana amaç olsa da, biyogaz üretimini sağlayan anaerobların önemli kaynağı olan karbon kullanımına dayalı başka bir ünite sisteme entegre edildiğinde karbonun sistem içinde verimli şekilde kullanılması sağlanmalıdır. Tesisin performans analizinin simülasyon çalışması KOI, AKM ve TN gibi deşarj parametrelerinin rahatlıkla deşarj limit değerlerinin altında sağlanabilir olduğunu göstermiştir. Ön çökeltme ünitesinden gelen çamur, biyolojik arıtma prosesinden elde edilen çamura kıyasla anaerobik çürütme işlemine daha uygundur. Bu nedenle anaerobik çürütmede elde edilen biyogazda ön çökeltme çamurunun payı daha fazla olduğu bulunmuştur. Bu durumun nedeni biyolojik çamurda çoğunlukla kolay ayrıştırılabilir organik maddelerin daha az bulunmasıdır. Ön çökeltme çamuruyla giriş KOI'nin %30'u giderilerek çıkış kalite değerleri sağlanmıştır. Geri devir hattından bir kısmın giriş hattına verilmesi ön çökeltme ünitesindeki verimi artırabilir. Ancak havuzdaki çökeltme verimi ve sınırlı hidrolik bekletme süresi gibi kısıtlamalar mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır. Biyogaz üretimi için verimli şekilde karbon kaynağının verimli kullanılması için atıksuyun KOİ fraksiyonlarının belirlenmesi gereklidir. Hesaplamalar ve simülasyon çalışma sonuçları anoksik reaktörlerin nitrat sınırlayıcı koşullarda çalıştığını göstermiştir. Temelde, çürütücü mekanizması için karbon kaynağının artırılması biyogazın daha fazla üretilmesini sağlayacaktır. Anoksik olarak çalışan reaktörlerin karbon kaynağını daha az kullanacak şekilde denitrifiye konfigürasyonunun kullanılması önerilmektedir. Tesiste biyolojik nutrient gideriminin yapıldığı havalandırma havuzlarının %25'i anoksik bölgedir. Bu oranın %50'ye kadar artırılmasıyla azot giderimi, istenen deşarj limitlerini sağlayacak şekilde kullanılabilir. Simülasyon çalışması tesiste üç adet paralel olarak aktif çamur prosesiyle işletilen sistemin toplam çamur yaşı ortalama 22 gün olarak vermiştir . Sistemin toplam çamur yaşının düşürülerek atıksu çıkış kalitesini bozmadan çürütücülere gönderilen biyolojik çamur miktarı artırılmalıdır. Nitrifikasyon bakterilerinin net spesifik büyüme hızlarının tespiti için respirometrik ölçümlerin yapılarak belirlenmesinden sonra sistem için gerekli olan minimum aerobik çamur yaşına göre biyolojik nütrient giderimi yapılabilir. Model simülasyon çalışması, ortalama 25 gün çamur yaşında paralel olarak çalışan çürütücülerde organik katı madde gideriminin yaklaşık %50 civarlarında olduğunu göstermiştir. Bu giderim verimiyle simülasyon çalışmasıyla tesiste 4.979 m3/gün biyogaz üretilebileceği bulunmuştur. Ayrıca çürütücüdeki tüm organik maddenin giderilebildiği varsayıldığında biyogaz üretiminde %33 artış sağlanarak, tesiste en fazla 6.622 m3/gün biyogaz elde edilebilecektir. Atıksu karakterizasyonu, modelleme işlemlerinde gerekli tüm bilgileri veren vazgeçilmez bir adım olarak kabul edilmektedir. Temel olarak KOI fraksiyonlarının da anlamlı kinetik ve stokiyometrik değerler üzerinden ele alınmalıdır. Matematiksel modellerde seçilen bu fraksiyonlar tutarlı ve güvenilir olmalıdır. Böylece organik ve inorganik kirleticilerin inert, kolay veya yavaş ayrışabilir miktarlarını belirlenerek kirlilik karakteri hakkında ayrıntlı bilgi sağlanarak arıtma performansının sonucuna daha net ifadeler getirilebilir (Orhon ve Çokgör, 1997). Aktif çamur model sistemlerinde karbon giderimi, nitrifikasyon ve denitrifikasyonun yanı sıra biyolojik fosforun giderilmesinin de dahil olduğu genel bir model kullanılması sistemlerin simülasyon çalışmalarında kolaylık sağlayacaktır. Genel model uygulamasının önemli bir özelliği, tüm sistemler için tek dizi kinetik ve sitokiyometrik model parametresinin uygulanmasıdır (Barker ve Dold, 1997). Bu tez çalışmasında, kurulması planlanan anaerobik çamur stabilizasyon ünitesi entegreli atıksu arıtma tesislerinin proseslerine ve çalışma koşullarına, verimlerinin tahmin edilmesine katkı sağlayarak işletme şartlarının daha iyi irdelenmesine ışık tutacak verilerin üretilmesi ve tahminlerin yürütülmesi amacıyla gerçek ölçekli atıksu arıtma tesisi üzerinden model çalışması yapılmıştır. Bu kapsamda, tesisin dört aylık dinamik verileri temin edilerek proses verimliliği değerlendirilmiş ve SUMO programı dahilindeki model üzerinden mevcut koşullar ile tahmin verileri karşılaştırılmıştır. Elde edilen simülasyon sonuçlarının gerçek koşulları yansıttığı bulunmuştur. Böylece bu tarz tesislerin kurulmasından önce model ve simülasyon araçlarının kullanımının son derece işlevsel olduğu görülmüştür. Birçok moleküler ağırlığı yüksek, kolloidal veya partiküler organik substratlar mikroorganizmalar tarafından direk olarak kullanılamamaktadır. Bu substratlar hücredışı enzimlerle hidroliz prosesi altında parçalanabilmekte olup bu adım anaerobik çürütme prosesinde yavaş gerçekleşen bir evre olduğundan hız sınırlayıcı olarak söylenebilir. Ayrıca heterotrofik mikroorganizmaların ölümü veya parçalanmasıyla meydana gelen substratlar da diğer anaerobik mikroorganizmalar tarafından hidroliz işlemi sonrasında kullanılabilmektedir. Bu olayların gerçekleşme hızındaki değişiklikler, anaerobik çürütme hızını ve derecesini etkilemekte ve metan üretimini artırmaktadır. Anaerobik ölüm hızı arttıkça, hücre parçalanması arttığından biyogaz oluşumu da orantılı olarak artmaktadır. Ayrıca anaerobik hidroliz hızının da artması biyogaz üretimini olumlu yönde etkilediği görülmüştür. Simülasyonda referans alınan 0.10 değeri 0.50'ye kadar artırıldıkça biyogaz üretiminde büyük artışlar görülmemiştir. Ancak anaerobik hidroliz hızı düzeltme faktöründe referans alınan 0.50 değeri 0.10'a kadar düşürüldüğünde 0.10 ile 0.20 değerleri arasında biyogaz miktarında ani azalma görülmüştür. Bu da hidroliz adımının hız sınırlayıcı bir aşama olduğunu göstermektedir.
Sulak alanların sorunları ve rehabilitasyon önerileri: Akgöl sulak alanı
Bütünleşik havza yönetimi anlayışı ve sürdürülebilirlik ilkesi doğrultusunda, Dünya'da ve Türkiye'deki sulak alanların temel sorunlarını ve genel durumlarını ortaya koyarak, iyileştirme yöntemlerinin farklılıklarını irdelemek ve sulak alan rehabilitasyon tekniklerini araştırarak değerlendirmek bu tez çalışmasının konusunu teşkil etmektedir. Bu bağlamda, sulak alanların küresel dağılımına, Türkiye'deki genel durumlarına, Dünya'da ve Türkiye'deki sulak alanların temel sorunlarına ayrıntılı olarak yer verilmiş ve bu sorunlar beş ana başlık altında toplanmıştır. Sahip oldukları biyolojik çeşitlilik, üretim potansiyeli, doğal işlevleri ve ekonomik faydaları nedeniyle dünyanın doğal zenginlik müzeleri olarak kabul gören sulak alanların yok olmasına neden olan temel sorunlar; • Sulak alanlarda su miktarındaki azalmalar ve tarım ya da yerleşim yeri açma amaçlı kurutmalar, • Sulak alanlarda su kalitesinin bozulması, • Sulak alanlarda habitat tahribi, • Sulak alanlarda yönetime ilişkin sorunlar ve • Halkın bilinçlendirilmesi ve yönetime katılmasındaki yetersizlik olarak belirlenmiştir. Böylelikle, sulak alan bazında yönetim planlarına ihtiyaç duyulmasının nedenleri ortaya konulmaya çalışılmıştır. Bu çalışma kapsamında, ayrıca ülkemizde sulak alan yönetiminin yasal dayanağına, sulak alanların idari yönetimine ve sulak alan yönetim planı kavramının temel ilkelerine değinilerek; sulak alanlarda uygulanan restorasyon, rehabilitasyon, yaratma ve geliştirme yöntemlerinin tanımlamaları yapılmıştır. Bu kavramlar içerisinde sulak alanlar için en uygun iyileştirme yönteminin 'rehabilitasyon' kavramı olduğu belirlenmiş ve sulak alanların iyileştirilmesine yönelik rehabilitasyon tekniklerine ayrıntılı olarak yer verilmiştir. İlgili konular çerçevesinde, özellikle gelişmiş ülkelerdeki sulak alan rehabilitasyon uygulama örnekleri incelenmiştir. Bu çalışmanın sulak alanlar için yönetim planı geliştirilmesi ve rehabilitasyon teknikleri oluşturulması gerekliliğini savunan bölümünü destekleyici örnek olması açısından; ülkemizdeki kuş göç yolları üzerinde bulunan ve önemli sulak alanlardan biri olan Akgöl Sulak Alanı özelinde incelemeler yapılmıştır. Literatür araştırmaları sonucu, Tabiatı Koruma Alanı ve 1. Derece Doğal Sit Alanı olma özelliklerini taşıyan Akgöl Sulak Alanı temsilinde, sulak alanların özellikle miktar ve kalite kayıplarına neden olan faktörler belirlenmiş ve bu problemlerin rehabilitasyonu için bilimsel katkılar sağlamak amaçlanmıştır. Akgöl Sulak Alanı'nın yönetim planının oluşturulması aşamasında ve alana yönelik yönetim stratejisi geliştirme evresinde, bu süreçlere altlık oluşturmak nihai hedeftir. Böylelikle Akgöl Sulak Alanı'nda da var olan sulak alanların ilk iki ana problemi (miktar ve kalite) için, ilgili sulak alan bazında, rehabilitasyon önerileri geliştirilmiştir. Sorunların önlenmesinde ve iyileştirilmesinde uluslararası ve ulusal sulak alan mevzuatının geliştirilmeye devam edildiği ve ülkemizdeki sulak alan yönetim planlarının 2017 yılı itibariyle 25'e ulaştığı bilgisine tez kapsamında yer verilmiştir. Yönetim planı oluşturma aşamasından önce planın uygulanabilmesi için, sulak alan özeline rehabilitasyon tekniklerinin geliştirilmiş olması ve sulak alanlarda izleme, bakım ve değerlendirme çalışmalarının düzenli aralıklarla yapılmasının gerekliliği de tez kapsamında ortaya konulmaya çalışılmıştır. Gelişmekte olan ülke konumundaki ülkemizde de, dünya çapında uygulanan rehabilitasyon tekniklerine uygun sulak alan yönetim planlarının geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. Bu bağlamda Akgöl Sulak Alanı yönetim planına altlık oluşturması açısından, tez kapsamında ele alınan en büyük iki sorun olan; su miktarındaki azalmalar ve su kalitesindeki bozulmalara karşı geliştirilen en temel rehabilitasyon önerileri aşağıda özetlenmektedir. Su miktarının iyileştirilmesi ve hidrolojinin yapılandırılması için uygulanan rehabilitasyon teknikleri kapsamında, Akgöl'ün sürekli canlı kalmasını sağlayacak ve ekosistemi yıl boyu ayakta tutabilecek minimum su hacmi 5 milyon m3'tür. Bu su hacmine ulaşılabilmesi için; sulak alanı besleyen su kaynaklarının önünü kesen barajların yapım aşamalarında vaat edilen suyun sulak alana bırakılmasının ve alana gelen diğer doğal / yapay akışların serbest bırakılmasının, Akgöl Sulak Alanı'nın sürdürülebilirliği açısından şart olduğu tez çalışması kapsamında ortaya konmuştur. Yine su miktarının arttırılması ve korunması açısından 2013 yılında yapımı tamamlanmış olan seddenin güçlendirilmesi ve zamanla meydana gelen aşınma ve tahribatların belirli aralıklarla giderilmesinin sağlanması gerektiği bu çalışma kapsamında vurgulanmıştır. Sulak alan bölgesinde su tüketiminin önemli kısmını oluşturan tarımsal amaçlı su kullanımının, rehabilitasyon teknikleri arasında yer alan 'tarım uygulamalarını değiştirme' tekniği kapsamında azaltılması gerektiği tespit edilen önlemler arasındadır. Su dağıtım ve deşarj kanallarının yapısal yönden iyileştirilmesi, salma sulama yöntemi yerine basınçlı sulama sistemlerinin (damla veya yağmurlama sulama) uygulanması, su dağıtım programlarının hazırlanması, bu bağlamda alana getirilecek çözüm önerileri olarak belirlenmiştir. Sulak alana kapalı ve açık kanallar vasıtasıyla gelen su akımlarındaki en büyük kirlilik kaynaklarının Ereğli OSB atıksuları ve Ereğli İlçesi evsel nitelikli atıksuları olduğu bu çalışma kapsamında tespit edilmiştir. Bu nedenle, su kalitesi konusunda atılması gereken en önemli adım; evsel ve endüstriyel atıksuların yürürlükte olan Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği (SKKY) hükümlerine uygun şekilde arıtılmış olarak sulak alana verilmesidir. Ereğli OSB AAT'nin ileri arıtma yöntemleriyle çalışan bir tesisle değiştirilmesi, su kirliliğinin iyileştirilmesi açısından alana getirilecek en önemli önerilerdendir. Böylelikle Ereğli OSB'nin atıksuyunu deşarj standartlarına uygun şekilde alıcı ortama deşarj etmesi sağlanabilecektir. Bunun yanı sıra Ereğli ilçesi AAT'nin henüz 10 yıllık bir tesis olmasından ve kurulduğu alanda yer problemi teşkil etmemesinden ötürü kaldırılması yerine daha verimli ve işlevsel bir AAT düzenine geçilmesi Akgöl'e gelen kirliliğin giderilmesi açısından önemli bir adım olacağı vurgulanmaktadır. Ayrıca bahsi geçen iki arıtma tesisinin deşarj sularını Akgöl'e ulaştıran yaklaşık 6.4 km 'lik kapalı ve 14 km'lik açık kanalın, yeterince arıtılmamış atıksu deşarjları ile yapılan tarımsal sulamayı önlemesi ve sulak alan bölgesinde otlayan hayvan gruplarının bu kanallardan su içmesinin engellenmesi amacıyla tamamen kapalı kanala dönüştürülmesinin gerekliliği ortaya konmuştur. Sulak alan yakınlarında yer alan ve Ereğli ilçesine hizmet eden katı atık vahşi depolama alanının; görüntü kirliliği, sızıntı sularıyla neden olduğu toprak - su kirliliği veya yakılmasıyla oluşturduğu hava kirliliğinin önlenmesi için; sulak alanların korunması yönetmeliğinde de belirtildiği üzere sulak alan sınırı yakınlarından kesinlikle kaldırılması gerektiği bu çalışma kapsamında vurgulanan en önemli rehabilitasyon önerileri arasındadır. Bu tez çalışması kapsamında ortaya konan tüm rehabilitasyon önerilerinin uygulanması esnasında, yasal zorlamalar yerine halkın kendi kendinin kontrolünü sağlayan mekanizmaların geliştirilmesi gerektiği aşikardır. Akgöl Sulak Alanı'nın birçok özelliği ile disiplinlerarası çalışmaların gerçekleştirilebileceği bir ekosistem olması dolayısıyla, bu sulak alan bazında oluşturulacak yönetim planının, diğer sulak alanlarda oluşturulacak yönetim planlarına örnek teşkil edeceği düşünülmektedir. Bu bağlamda, sulak alanların problemlerini ortaya koyarak, rehabilitasyon önerileri getiren ve Akgöl Sulak Alanı'nın yönetim planı oluşturulması aşamasına altlık teşkil eden bu çalışmanın sonuçları, sulak alanların sürdürülebilirliği açısından önem teşkil etmektedir.
Yağmur suyu yönetim uygulamalarının değerlendirilmesi Dokuz Eylül Üniversitesi Tınaztepe yerleşkesi örneği
Nüfusun, üretimin ve tüketimin hızla arttığı günümüzde insanlık, mikro ölçekten makro ölçeğe kadar, doğa ile uyum içinde yaşamayı unutmuştur. Doğa, kendini yenilemek ve eksilen parçalarını tamamlamak için her ne kadar bir saat gibi işlemeye devam etse de, insanoğlu bu döngünün önüne engeller koymaya ve zarar vermeye devam etmektedir. Yapılan hatalardan geri dönmek, doğanın kendini iyileştirmesine izin vermek ve onunla beraber uyum içinde gelişmek yani yaşamı sürdürülebilir kılmak yine insanların elindedir. Günümüzde mevcut temiz su kaynaklarının giderek azalmakta, tüketilmekte ya da kirletilerek kullanılmaz hale getirilmekte olduğu herkes tarafından kabul görmüştür. Hızla artan nüfus ve buna bağlı olarak kentleşmenin de plansız bir şekilde artması, geçirimsiz yüzeylerin büyük oranda artmasına sebep olmuştur. Artan geçirimsiz yüzeyler ile en önemli temiz su kaynağı olan yağmur suyu yeraltı ve yer üstü temiz su kaynaklarını besleyememekte ve yüzeysel akışa geçerek kullanılamaz hale gelmektedir. Bununla beraber yüzeysel akış ile kirlenen yağmur suyu, beslediği yüzey sularının da kalitesini bozmakta ya da bağlandığı altyapı sisteminin kapasitesini arttırdığından ek maliyetlere sebep olmaktadır. Temiz suya erişim günden güne artan bir problemken, yağmur suyu gibi bir kaynağı kaybetmek, bu yüzden beslediği yüzey sularını kaybetmek ve temizlemek için birçok ek proses ve maliyete sebep olmak ironiktir. Bu tez çalışması kapsamında, yağmur suyunun öncelikle doğaya yeniden kavuşabilmesi için yapılaşma ile uyumlu olarak yapılabilecek çalışmalar incelenmiş, sonrasında yağmur suyunun yeniden kullanım alanları değerlendirilmiştir. Sürdürülebilir yapılaşmanın gündelik hayatın içine girebilmesi için en uygun yerin eğitim yapıları olduğu görüşünden yola çıkılarak çalışma alanı olarak Dokuz Eylül Üniversitesi Tınaztepe Yerleşkesi seçilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, DEU Tınaztepe Yerleşkesi'nde yağmur suyunun yüzeysel akışını ya da kullanımını etkileyecek veriler tespit edilmiş ve tez çalışmasında kullanılabilecek şekilde düzenlenmiştir. Çalışmada yerleşkeye ait üç farklı yapılaşma durumu değerlendirilmiştir. Bunlardan ilki yerleşkenin yeni gelişmeye başladığı dönemleri temsil etmesi amacıyla 2004 yılı, günümüzdeki yapılaşma durumunu temsil etmesi amacıyla 2017-2018 yılı ve yerleşkenin yakın zamanına ait gelişim planına dayanarak yakın gelecek senaryosudur. Yerleşkenin bu üç farklı durumuna dayanarak yapılaşmanın artışıyla değişen arazi kullanımları tespit edilmiş ve yerleşkeye ait ortalama yüzeysel akış katsayıları hesaplanmıştır. İzmir ili, İzmir Bölge 17220 isim ve numaralı istasyona ait 10 yıllık ortalama yağış verisi kullanılarak yerleşke içindeki her farklı arazi kullanım türünün ayrı ayrı ve yerleşkenin toplam yüzeysel akış miktarı hesaplanmıştır. Üç farklı durum için hesaplanan toplam yüzeysel akış miktarındaki değişim tespit edilerek, artan yapılaşmanın yağmur suyunun yüzeysel akışında yarattığı değişim ortaya konmuştur. Bu değerlendirmenin sonucunda, yerleşkenin gelecek yıllarda yapılacak yeni yapılaşmaları için ve mevcuttaki yapılaşmanın daha sürdürülebilir bir şekilde revize edilebilmesi için önerilerde bulunulmuştur. Çalışmanın ikinci aşamasında ise, toprağa ulaşmayan yağmur suyunun yeniden kullanılarak değerlendirilmesi ve farklı bir kaynak tüketiminin önüne geçilmesi amaçlanmıştır. Buna bağlı olarak, yerleşke içindeki eğitim binalarındaki tuvalet rezervuarlarında şebeke suyu yerine yağmur suyu kullanılması önerilmiştir. Yerleşke içerisindeki eğitim binalarında yıllar içerisinde değişebilecek kişi sayısına bağlı olarak, rezervuarlardaki su tüketiminin ayrı ölçülmesi mevcut şartlar altında mümkün olmadığı için, A.B.D. Yeşil Binalar Konseyi tarafından verilen LEED yeşil bina sertifikasına ait su tüketimi hesap metodu kullanılarak rezervuarlardan kaynaklanan su tüketimi hesaplayan bir excel hesaplayıcısı oluşturulmuştur. Excel hesaplayıcısına bina kullanıcı sayılarının yanı sıra, bina için tasarlanması öngörülen yağmur suyu toplama tankı hacmi girilmekte ve hesaplayıcı verilen kişi sayısına ait rezervuar su tüketimini belirleyerek, bu tüketimin ne kadarının yağmur suyundan karşılanabileceğini vermektedir. Ayrıca oluşturulan hesaplayıcı kullanılarak her bina için 100 m3'lük bir depo hacmi ve mevcut durumdaki kişi sayısı ile ne kadar şebeke suyu tasarrufu yapılabileceği hesaplanmıştır. Önerilen bu yağmur suyu toplama sisteminin arıtma ihtiyacı da değerlendirilmiştir. Bu hesaplamalar ışığında, yerleşke içindeki eğitim binalarına yağmur suyu hasat sistemi kurulmasının şebeke suyundan sağlayacağı kar, ilk yatırım ve işletme maliyetleri değerlendirilerek sistemleri amortisman süreleri hesaplanmıştır. Su tüketim miktarları hesaplanırken LEED su verimliliği hesap metodu kullanıldığından dolayı her bina için LEED açısından su verimliliği değerlendirmesi de yapılmıştır. Yapılan çalışmanın sonucunda, yüzeysel akış miktarlarında, arazi kullanımlarında yapılabilecek birtakım revizyonlar ile %15, yerleşkede yapılacak yeşil bina çatı uygulaması ile ise yaklaşık %2,5 oranında azalma sağlanabileceği tespit edilmiştir. Ek olarak, yerleşkede uygulanması önerilen yağmur suyu en iyi yönetim uygulamaları ile de TAKM, TN ve TP giderimlerinin de arttırılması hedeflenmiştir. Yağmur suyunun yerleşkede bulunan binalardaki rezervuarlarda kullanılması önerisi ile yerleşkede bulunan eğitim binalarında %13 ila %30 oranında su verimliliği sağlanırken sistem amortisman süreleri 1,3 yıl ila 8,8 yıl arasında değişmektedir.
Büyük ölçekli su arıtma tesisinin yaşam döngüsü değerlendirmesi
Yaşamsal kaynağımız olan suyun korunması ve her bir bireye içilebilir şekilde sunulması çok önemlidir. Nüfus artışı ve kaynakların korunmaması ile suya olan ihtiyaç her geçen gün daha hissedilecek ve böylece su arıtma tesislerinin önemi ve sürdürülebilirliği önem kazanacaktır. İstanbul, Türkiye'nin nüfusu en kalabalık şehri olup sunun insanlara ulaştırılması ve bunu yaparken de çevresel etkilerinin en aza indirilmesi gereklidir. Bu çalışmanın amacı, İstanbul'daki büyük ölçekli bir su arıtma tesisinin yaşam döngüsü değerlendirmesi yaklaşımıyla çevresel etkilerini ortaya koymaktır. Bu çalışmada, Kağıthane Su Arıtma Tesisi sürdürülebilirliği Yaşam Döngüsü Yaklaşımıyla değerlendirilmiştir. KSAT, ham su kaynağı olan Terkos Gölü ve Alibey Barajı'ndan aldığı suyu arıtarak İstanbul Avrupa Yakası'nın önemli su sağlayıcısı durumundadır. Kağıthane Su Arıtma Tesisi (KSAT) ortak ve ayrılmış ünitelerden oluşan farklı yıllarda yapılmış iki adet su arıtma tesisini içermektedir. Kağıthane Yıldırım Bayezid Su Arıtma Tesisi (KYBSAT) işletmedeyken artan su ihtiyacı ile Çelebi Mehmet Su Arıtma Tesisi (KÇMSAT) işletmeye alınmıştır. Bu çalışmada işlevsel birime karar verip tesisi işletme aşamasında iken tesiste bir yıl süresince envanter analizi yapılmıştır. Tesisin ana üniteleri, ızgaralar, giriş ve çıkış suyu pompaları, havalandırma ünitesi, ozon ünitesi, enerji kırma orifisleri, dağılım havuzu, hızlı ve yavaş karıştırma ünitesi, dekantörler, çöktürme havuzu, filtreler, temiz su hazneleri, çamur ünitesi, ve dezenfeksiyon ünitesidir. Tesisin ara üniteleri ise kimyasal madde üniteleri, geri yıkama suyu tankı, hava körükleri, çamur pompaları ve duru su pompalarıdır. Sistem sınırları gölden suyun alınıp tesisteki suyun arıtımı ve şebekeye pompalanması olarak belirlenmiş olup tesiste bir yıl süre ile envanter analizi yapılmıştır. Tesiste kullanılan maddeler, maddelerin tesise nakliyatı, oluşan çamurun İSTAÇ'a nakliyatı ve bertarafı, tesisin giriş ve çıkış suyu debileri ve her bir ünitenin elektrik tüketimi gibi bilgileri toplanmıştır. Envanterler, 1 m3 arıtılan su için her bir üniteye girdi olarak standantdartlaştırılmış ve çıktılar için de aynı standart uygulanmıştır. Yaşam döngüsü değerlendirmesi yapmak için GaBi 7.3 yazılımı kullanılmış ve sistem sınırları içinde tesisin akım şeması çizilerek her bir ünitenin girdi ve çıktıları yazılıma girilip bilgiler normalize edilmiş ve dengelenmiştir. Çevresel etkileri değerlendirebilmek için Leiden Üniversitesi'nin Çevre Çalışmaları Merkezi'nin geliştirdiği CML 2001 metodu kullanılmıştır ve elde edilen sonuçlar, bu metot vasıtasıyla yorumlanmıştır. GaBi 7.3 yazılımı sayesinde değerlendiren çevre etki kategorileri sırasıyla Küresel Isınma Potansiyeli (KIP), Asitleşme Potansiyeli (AP), Ötrofikasyon Potansiyeli (ÖP), Ozon Tabakası Tükenme Potansiyeli (OTP), Abiyotik Element Tükenme Potansiyeli (ATP Element), Abiyotik Fosil Tükenme Potansiyeli (ATP Fosil), Tatlı Su Ekotoktisisite Potansiyeli (TSEP), İnsan Toksisitesi Potansiyeli (İTP), Deniz Suyu Ekotoksisitesi Potansiyeli (DSEP), Fotokimyasal Ozon Oluşum Potansiyeli (FOOP), Karasal Ekotoksisite Potansiyeli (KEP)'dir. İncelenen su arıtma tesisinin çevresel etkileri literatür değerlerine uygundur. KIP, ÖP, ATP Fosil, İTP, DSEP ve KEP'ye en yüksek katkı, çıkış suyu pompaları ve giriş suyu pompalarından gelmektedir. AP, TSEP ve FOOP'ye ana katkılar ise çıkış suyu pompaları, enerji kırma orifisleri, dağılım havuzu ve giriş suyu pompalarından kaynaklanmaktadır. Dağılım havuzu, enerji kırma orifisleri ve klorlama aşamaları OTP'ye ana katkıyı oluşturmaktadır. ATP Element giriş suyu pompaları, çıkış suyu pompaları ve klorlama kaynaklıdır. Bu çalışmada, KÇMSAT, KYBSAT ve KSAT'nin üç ayrı çevre etki değerlendirmesi yapılmıştır ve bu üç tesisin çevre etki değerlendirme sonuçları karşılaştırılmıştır. KÇMSAT ve KYBSAT çevre etki değerlendirme sonuçları, farklı etki kategorilerinde, benzer ve farklı sonuçlar vermiştir. Sonuçların benzer olması tesislerin ortak ünitelerinin yüksek çevre etki değerine sahip olmasından; sonuçların farklı olması ise tesislerde ayrılmış ünitelerin 1 m3 arıtılan su için elektrik ve kimyasal madde tüketiminin farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Elde edilen çevresel etki sonuçları, İstanbul'un önemli su arıtma tesislerinden biriden elde edilen sonuçlar ve literatür sonuçları ile karşılaştırılmış ve benzerlik ve farklılıkların sebepleri yorumlanmıştır. Sonuçlar, elektrik kullanımının çevresel etkilerin başlıca kaynağı olduğunu göstermektedir. Kağıthane Su Arıtma Tesisi, elektrik etki kaynağı olarak Türkiye enerji üretimi ortalaması ve Avrupa enerji üretimi ortalaması kullanıldığında oluşabilecek çevre etki değerleri sonuçları karşılaştırılmıştır. KIP'a Türkiye enerji üretimi ortalaması daha yüksek katkı yaparken diğer tüm etki kategorilerinde Avrupa enerji üretimi ortalaması yüksek katkı yapmıştır.
Aquaporin z eklentili düz plaka nanofiltrasyon membranların üretimi, karakterizasyonu ve organik madde giderimi
21.yy'ın en önemli sorunlarından olan su kıtlığı ve yüksek enerji ihtiyacı duyan arıtım prosesleri bilim insanlarını yeni teknolojiler geliştirmeye ve yeni çözüm yolları aramaya teşvik etmektedir. Bu sorunlara çözümler getirecek teknolojilerin başında ise membran prosesleri gelmektedir. 1960'lı yıllardan günümüze kadar olan süreçte endüstriyel gelişimde hızla yol kat eden membran teknolojileri gerek desalinasyon gerek endüstriyel suların arıtılması ve gerekse içme suyu arıtımında etkinliğini arttırmaktadır. Membran proseslerde yapılan araştırmalarda nanopartiküllerin ve biyolojik elementlerin dahil edilmesinin membran performanslarını arttırdığı bildirilmiştir. Özellikle son yıllarda aquaporinler olarak bilinen su kanalı proteinlerinin, membranlara dahil edilerek su arıtma açısından önemli bir cazibe haline geldiği bilinmektedir. Bu çalışmada, nanoteknoloji ve membran teknolojisinin avantajlarının bir arada bulunduğu etkili arıtım sağlayabilen nanofiltrasyon membranlarının elde edilmesi amaçlanmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında AquaporinZ (AqpZ) eklentili membranlar üretilerek, yüksek akı ve yüksek organik madde giderimi sağlayan membran üretimi hedeflenmektedir. Literatürde Aquaporin eklentili membranlarla organik madde giderim verimi üzerine bir çalışma bulunmamaktadır. Ayrıca bu çalışmada lipozom konsantrasyonunun akı ve giderim üzerindeki etkinliğide araştırılmaktadır. Nanofiltrasyon seviyesinde üretilmiş düz plaka membranlar için destek tabakası olarak Polisülfon (PSf, P-3500), PVP-K15 ve PVP-K30 ile üretilmiş destek tabakası kullanılmıştır. UF seviyesindeki destek tabaka membranının NF seviyeye getirilmesi ince film komposit ara yüzey polimerizasyon yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. NF seviyesinde üretilen membranların optimizasyonunda ince film kaplaması sırasında kullanılan amin monomerin bekletme süresi ve AquporinZ proteinin içerisine yerleştirildiği DOPC lipozom konsanstrasyonu parametlerinde değişiklik yapılmıştır. Amin monomerin bekletme süreleri 2 dk ve 15 dk olarak uygulanmıştır. DOPC lipozom konsantrasyonu 0.1 mg/ml ve 0.5 mg/ml olarak kaplama gerçekleştirilmiştir. Kaplama sonrasında elde edilen membran çeşitleri; İFK 2 dk, İFK 15 dk, 0.1 mg/ml DOPC 2 dk, 0.1 mg/ml DOPC 15 dk, 0.5 mg/ml DOPC 2 dk ve 0.5 mg/ml DOPC 15 dk şeklindedir. Üretilen membranların tuz tutunum performansının belirlenmesinde 1000 ppm'lik MgSO4 ve NaCl tuz çözeltileri kullanılmıştır. Organik madde giderim performansının belirlenmesinde ise hümik asit ve tanik asit çözeltileri kullanılmıştır. Amin monomer bekletme süresinin arttırılması İFK ve AquaporinZ eklentili membranlarda membranlarda saf su akı artışını sağlamıştır. Lipozom konsantrasyonunun arttırılması da membranlar üzerinde ciddi bir akı artışına sebep olsada tuz tutunumu gideriminde aynı oranda düşmesine sebep olmuştur. Organik madde giderim verimlerine bakıldığında ise AqpZ katkısının organik madde akısı üzerinde olumlu katkı sağladığı görülmektedir.
Düz plaka polimerik membranların bisbal kullanılarak modifikasyonunun membranların performans ve biyokirlenmelerine olan etkileri
Son yıllarda yapılan çalışmalar, Membran Biyoreaktörler (MBR)`deki membran kirlenmelerinin çoğunun SMP (Soluble Microbial Product, çözünmüş mikrobiyal ürünler) ve EPS (Extracellular Polimeric Substances, hücredışı polimerik madde)`lerden kaynaklandığını göstermiştir. Membranların tıkanma problemlerinin azaltılması ve özelliklerinin arttırılması (hidrofilisite, yüzey pürüzlülüğü, yüzey yükü vb.) adına çeşitli maddelerin kullanımı üzerine araştırmalar yapılmaktadır. Bunlara örnek olarak; nanopartiküller ve antibiyotikler verilebilir. Kimyasal maddelerle muameleye ek olarak, membranların çeşitli metodlarla modifikasyon işlemleride önem kazanmıştır. Bu çalışmada, bakterilerin üretmiş olduğu EPS'nin hem protein hem de polisakkarit üretimlerini inhibe ettiği yapılan araştırmalarca kanıtlanan BisBAL adı verilen antibiyotik (bizmutun 2-3-Dimerkapto-1-Propanol ile gerçekleştirmiş olduğu şelat) kullanılarak membranlara daha iyi özellikler kazandırmak için modifikasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Membranlar üç farklı modifikasyon metodu kullanılarak BisBAL`ın membran yüzeylerine fiziksel adsorpsiyonu yoluyla gerçekleştirilmiş olup, bu metodlar daldırarak kaplama (dip coating (DC)), döndürerek kaplama (spin coating (SC)), ve düşük basınç uygulanarak kaplama (low pressure-treated coating (LPtC)) dır. Daldırma metodu ile seçilen membranlar kap içerisinde bulunan modifikasyon solüsyonuna belli bir süre daldırılmıştır. Daldırma neticesinde BisBAL'ın fiziksel olarak membran ile Van der Waals kuvvetine dayanan bağ yapması beklenmiştir. Bu yöntem için membranın solüsyon içerisindeki bekleme süresi göz önüne alınmıştır. Döndürme metotu ile, seçilen membranlar Spin Coating Cihazı ile modifiye edilmiştir. Bu operasyonda en uygun sonuç için bazı parametrelere dikkat etmek gerekmektedir. Bunlardan bazıları; solüsyon hacmi, döndürme hızı, süre gibi parametrelerdir. Düşük Basınç Uygulamalı Kaplama (Low pressure treated coating, LPtC) modifikasyon diğer yöntemlerde olduğu gibi BisBAL'ın membranın aktif kısmındaki polimerik tabaka ile yapması beklenen Van der Waals kuvvetine dayanmaktadır. BisBAL'ın membran yüzeyinde, gözeneklerde veya destek tabakasında tutunumu beklenilmiştir. Membran modifikasyonu proje kapsamında hem üretilen membranların modifikasyonu hem de satın alınan ticari membranların modifikasyonu olarak gerçekleştirilmiştir. Bu bağlamda, TÜBİTAK (Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu) projesi kapsamında, daha önceki iş paketlerinde optimizasyonu gerçekleştirilen membran üretiminin sonucunda elde edilen sonuçlara dayanılarak modifiye edilmek üzere en uygun sonuç alınan PES membranın üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu membrana ek olarak, temin edilen PES ve PVDf ticari membranlarla modifikasyon işlemleri yapılmış ve gerekli görülen karşılaştırmalar yapılmıştır. Bu bağlamda, modifiye edilen membranların performans bilgilerini alabilmek adına çeşitli karakterizasyon metodları kullanılmıştır. Bu metodlar, Geçirgenlik-tıkanma analizleri, temas açısı, Bi Salınımı, Toplam Organik Karbon (TOK), yüzey yükü, Taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri gerçekleştirilmiştir. Aktif çamur ve Xanthan Gum ile yapılan filtrasyon çalışmalarında üretilen membranlar ticari membranlara göre daha iyi sonuç vermiştir. Bu durumun ticari membranlardaki ilave modifikasyon tabakasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Saf PES membranlarda aktif çamur filtrasyonunun ardından su filtrasyonu sonucunda ortalama %80 geçirgenlik kaybı gözlenir iken modifiye membranlarda daha düşük yüzdelerde geçirgenlik kayıpları gözlenmiştir. Geçirgenlik kayıpları daldırmalı tutunma, döndürmeli tutunma ve düşük basınç uygulamalı (LPtC) ile tutunma yöntemleri için sırası ile %66, %52 ve %15 olarak elde edilmiştir. Membranların modifikasyonları ile geçirgenlik kazanımları ise sırası ile %14, %36 ve %81 olarak hesaplanmıştır. Tıkanmazlık açısından en başarılı modifikasyon yöntemi düşük basınç uygulanarak kaplama (LPtC) ile yüzeye BisBAL tutunumu olarak bulunmuştur. Ticari PVDf ile yapılan çalışmalarda ise BisBAL'ın farklı bir polimer ve hidrofilik yapıdaki membran ile modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. PES ve PVDf membranlar için temas açılarına bakıldığında, kirlenmeyle birlikte açı değerlerinde bir miktar azalma meydana gelmiştir. Metot farklılığına bağlı olarak temas açılarında bariz bir değişiklik meydana gelmemiştir. Kirli ve temiz membranlar arasında yapılan karşılaştırmada ise temiz membranların temas açıları kirli membranlara göre daha yüksek çıkmıştır. Bunun nedeni membran yüzeyinde toplanan organik maddenin hidrofilik yapısından dolayı bünyesinde su tutabilmesidir. Bununda temas açısının düşmesine yol açtığı düşünülmektedir. Ayrıca, BisBAL lipofilik tiyollerin sentezinden üretilmesine karşın BisBAL suda kolayca çözünebilen bir maddedir. Buradan yola çıkarak lipofilik tiyollerin bizmut ile gerçekleştirdiği şelatın hidrofilik bir özellik kazandığı, bu durumun sonucunda gerçekleşen bir miktar açı düşüşünün BisBAL'ın yapısından kaynaklanmış olduğu düşünülmektedir. Membranların yüzey yükleri genellikle asidik koşullardan bazik koşullara doğru negatife yakınsayan, nötral koşullarda ise en yüksek negatif düzeyi veren sonuçlar göstermiştir. Organik maddelerin sahip oldukları eksi yükler göz önünde bulundurulduğunda membranlarında yüzey yükünün negatif olmaları anti biyokirlenme açısından avantaj sağlamaktadır. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) görüntüleri hidrolik yıkama sonrası için alınmıştır. Saf membran ve BisBAL içeren membranların yüzeyindeki kirliliğin modifikasyon çalışmaları için karşılaştırılmıştır. SEM görüntüleri ile modifikasyon çalışmasının yüzeydeki geri dönüştürülebilir tıkanmanın görsel olarak artıp artmadığı hakkında yorum yapılabilmiştir. Daldırmalı kaplama yöntemi ile modifiye edilmiş ticari PVDf membranların modifikasyon sonrası yüzeylerinde farklılık görülmüştür. Aktif çamur ve Xanthan Gum filtrasyonu sonrası gerçekleştirilen hidrolik yıkama sonrası çekilen görüntülerde az miktarda organik partikül bulunmaktadır. Sonuçlarda genellikle modifiye edilmiş membranların yüzeyinde daha az tutunma gözlemlenmiştir. Toplam Organik Karbon (TOK) giderim verimleri açısından hem PES hem PVDf membranlar için daldırma, döndürme ve düşük basınç uygulamalı kaplama metotlarında TOK giderim verimliliklerinin etkilenmediği veya daha iyi giderim verimlerine ulaşıldığı bulunmuştur. Bizmut salınım sonuçları incelendiğinde, PES içerikli membranlarda daldırma metotunda herhangi bir Bi salınımı gözlenmemiş olup çıkış sularındaki bizmut konsantrasyonları minimum ölçülmüştür. Döndürmeli tutunma yönteminde ise çok düşük bizmut konsantrasyonları gözlenmiştir. Daldırma, döndürme ve LPtC yöntemi ile modifiye edilmiş ticari PVDf membranlarının süzüntü suyunda ise bizmut konsantrasyonu minimum seviyede ölçülmüştür. Son olarak, tüm membran türleri için, modifikasyon uygulamalarının neticesinde, porların kirlenmesi ve geri dönüşümsüz kirlenmelerdeki azalmalar nedeniyle membranların modifikasyonu üzerine yapılacak çalışmalar, MBR işletmelerindeki enerji tasarrufu için özgün alternatifler sunmaktadır. Buna ek olarak, kimyasal reaksiyonlara dayan BisBAL ile modifikasyon çalışmaları gelecekteki gerçek dünya uygulamaları için daha fazla fikir sahibi edecektir.
Comparison of ultrafiltration and self-forming dynamic membranes in membrane bioreactors for municipal wastewater treatment
Membrane bioreactor (MBR) was used to be a solution of the drawbacks of the conventional activated sludge which are related with area limitation and high quality of effluent requirements. However, the cost of membrane modules and fouling control are still problems which facing the operation of MBRs. Dynamic membrane (DM) technology can be a promising solution to mitigate the previous drawbacks. DM is a secondary layer, organic or/and inorganic compounds, formed on a low-cost support porous material such as mesh. This layer is responsible for solids retention and improvement of permeate quality of the support material. The main aim of this thesis was to investigate the applicability of using tubular hollow fiber self-forming dynamic membrane as a low-cost alternative for ultrafiltration (UF) membrane for municipal wastewater treatment. A hollow fiber polyester fabric was used as a support material to form DM (cake) layer. Besides, a hollow fiber polyvinylidene fluoride UF membrane was used in parallel under the same operating conditions. Treatment and filtration performances of the DM and UF membrane were comparatively evaluated in order to determine the advantages and disadvantages of each system. The system was operated for 85 days at ambient temperature. Both membranes were operated at flux around 5 L/m2 /h. By the end of the experiment, morphological analysis had been done for UF membrane and DM surfaces, including environmental scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray (EDX), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and Confocal Lase Scanning Microscopy analyses. High COD removal efficiency, high SS rejection and low turbidity were achieved in DM permeate which were comparable with UF membrane performance. Significantly higher TMP values were achieved during the operation of DM comparing with UF membrane, which was related with the formation of cake layer in DM technology. The DM layer played an important role in rejection of small particle, showing higher performance than the UF membrane. According to the FTIR and EDX analyses results, the DM layer was formed by both organic and inorganic materials.
Türkiye'de enerji yatırımlarının finansmanında uluslararası çevresel ve sosyal standartların incelenmesi ve ulusal çevresel etki değerlendirme standartlarına göre değerlendirilmesi
Günümüzde hızla artan nüfusa ve ekonomik gelişmelere bağlı olarak enerji tüketimi artmakta ve enerji üretimini karşılamak üzere geliştirilen enerji projelerine olan ihtiyaç da artmaktadır. Enerji projelerinin gerçekleştirilmesinde en temel başlangıç adımlarından biri izin sürecinin tamamlanması ve Türkiye'de "Çevresel Etki Değerlendirme (ÇED) Olumlu Karar"ı alınmasıdır. Projelerin gerçekleştirilebilmesi için, izin sürecinin yanısıra gerekli finansal kaynakların temini de önem arz etmektedir. Gerçekleştirilmesi planlanan enerji projeleri için finansal kaynakların temini sürecinde, bu enerji projelerinin yüksek maliyetli projeler olmasından dolayı çoğunlukla öz sermaye kullanımı tercih edilmemektedir. Bunun yerine proje için finansman temin edilmektedir. Bu finansmanın uluslararası finans kuruluşları tarafından sağlanması durumunda, projenin bu kuruluşların belirlediği uluslararası çevresel ve sosyal standartlara göre değerlendirilmesi söz konusudur. Bu kapsamda, bu çalışmada, Türkiye'de enerji yatırımlarının finansmanında uluslararası çevresel ve sosyal etki değerlendirmesi standartları ve ulusal çevresel etki değerlendirme standardının incelenmesi ve süreçlerdeki farklılıkların ve benzerliklerin değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla çalışmanın ikinci bölümünde, Türkiye Çevre Mevzuatı Çevresel Etki Değerlendirme Yönetmeliği ve Çevresel Etki Değerlendirme (ÇED) süreci incelenmiştir. Enerji yatırımlarının gerçekleştirilebilmesi için önemli olan ÇED süreci projenin çevresel etkilerinin ve proje bölgesine bağlı olarak projenin teknik, sosyo ekonomik vd şartlarının ve projenin uygulanabilirliğinin incelendiği en önemli süreçtir. ÇED sürecindeki değerlendirme sonucunda, değerlendirmenin olumlu olması halinde "ÇED Olumlu Karar"ı verilmektedir ve yatırım hayata geçirilebilmektedir. Çalışmanın üçüncü bölümünde, uluslararası finans kuruluşları tarafından ilgili finansmanın sağlanabilmesi için, yatırımcı tarafından uyulması ve uygulanması beklenen çevresel ve sosyal standartlar incelenmiştir. Bu incelemede Dünya Bankası (World Bank (WB)) bünyesinde yer alan ve WB'nin özel sektör kolu olarak görev yapan Uluslararası Finans Kurumu (International Finance Corperation (IFC))'nın uyguladığı Ekvator Prensipleri (EP) ve Performans Standartları (PS) temel kabul edilmiştir. Bu standartlar ışığında Çevresel ve Sosyal Etki Değerlendirme (ÇSED) süreci özetlenmiştir. Çalışmanın dördüncü bölümünde, önceki bölümlerde anlatılan, Türkiye'deki Çevre Mevzuatı, Çevresel Etki Değerlendirmesi (ÇED) Yönetmeliği kapsamında uygulanan ÇED süreci ile uluslararası finans kuruluşlarının projelere finansman sağlanabilmesi için yatırımcının uymasını beklediği çevresel ve sosyal standartları kapsamında uygulanan ÇSED süreci karşılaştırılmaktadır. Bu karşılaştırmada genel olarak süreçlerdeki farklılıklar ve benzerlikler ortaya konulmuştur. Beraberinde, Türkiye'deki bir termik santral projesi için hazırlanmış olan örnek bir ÇED Özel Formatı ve IFC'nın PS'leri temel kabul edilerek hazırlanmış olan ÇSED Raporu formatı formatsal benzerlikleri ve farklılıkları açısından incelenmiştir. Ayrıca bu bölümde Türkiye'deki bir doğalgaz kombine çevrim santral projesi ÇED ve ÇSED süreçleri üzerinden hangi uygulama ve faaliyetlerin gerçekleştiği irdelenerek, süreç akışı örneklendirilmiştir. Son olarak bu çalışma ile ÇED ve ÇSED süreçlerindeki bu farklılık ve benzerliklerin genel bir değerlendirilmesi yapılarak, süreçlerdeki mevcut işleyiş ve uygulamalarda potansiyel iyileştirme alanlarının tespit edilmesine ön bir araştırma kaynağı oluşturmaya çalışılmıştır. Bu sayede, gerek yatırımcılar ve bu konu üzerinde çalışan profesyoneller için ve gerekse resmi kurum ve otoritelerdeki uzmanlar için literatürde bu kapsamda bir ön çalışma ve kaynak oluşturulması amaçlanmıştır.
Bir rüzgar enerji santralinin çevresel etkileri
Türkiye'nin elektrik ihtiyacı endüstriyel gelişim ve nüfus artışı ile beraber artmaktadır. Ekonomi ve enerji hedeflerine göre, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımında önemli bir artış beklenmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgâr enerjisi, Türkiye'de oldukça yüksek bir potansiyele sahiptir. Bu çalışma, Türkiye'de bulunan bir rüzgâr enerji santralinin çevresel etkilerinin yaşam döngüsü yaklaşımı ile değerlendirmesini amaçlar. Bu rüzgâr enerji santrali İstanbul-Türkiye'de bulunmaktadır ve 47,5 MW kurulu güce sahiptir. Sistem sınırları, ana parçaların üretiminde kullanılan malzemelerin üretimi, ana parçaların üretimi, montaj, nakliye, işletme ve bakım ve yaşam sonu aşamalarını kapsar. Ana parçaların üretimi iki bölümden oluşur. Bunlardan biri, kule, elektronik donanım ve kablodan oluşan sabit parçaların üretimidir. Diğer bölüm ise, pervane, sapma sistemi ve naselden oluşan hareketli parçaların üretimidir. Fonksiyonel birim, üretilen 1 kWh elektriktir. Modelleme için GaBi yazılımı ve çevresel etkilerin sayısallaştırılması için CML 2001 yöntemi kullanılmıştır. Etki kategorileri, Abiyotik Tüketim Potansiyeli (ATP element), Abiyotik Tüketim Potansiyeli (ATP fosil), Asidifikasyon Potansiyeli (AP), Ötrofikasyon Potansiyeli (ÖP), Tatlı Su Canlılarına Ekotoksisite Potansiyeli (TCETP), Küresel Isınma Potansiyeli (KIP), İnsana Toksisite Potansiyeli (İTP), Deniz Canlılarına Ekotoksisite Potansiyeli (DCETP), Ozon Tabakası İncelmesi Potansiyeli (OTİP), Fotokimyasal Ozon Oluşumu Potansiyeli (FOOP), Karasal Ekotoksisite Potansiyeli (KETP) olarak seçilmiştir. İncelenen rüzgâr enerji santraline ait çevresel etkiler literatürdeki değerler ile uyumludur. ATP (element), ATP (fosil), AP, ÖP, KIP, DCETP, FOOP ve KETP'ne en fazla katkıda bulunan kule üretiminde kullanılan çeliktir. Kabloların üretiminde kullanılan PVC ve bakır tel TCETP'nin ana sebebidir. İTP'ne en yüksek katkıda bulunan malzemeler, yapı temelinde kullanılan beton ve kule üretiminde kullanılan çeliktir. Ana parçaların nakliyesi ve sapma sistemi üretimindeki organik kaplanmış çelik OTİP'nin ana kaynaklarıdır. Servis süresi 25 yıl olarak planlanmıştır. Servis süresi sonunda, rüzgâr enerji santralinin demonte edileceği kabul edilmiştir. Elektronik donanım metal ve plastik parçalarına ayrılacaktır, her biri toplam ağırlığın yarısı kabul edilmiştir. Metal parçaları geri dönüştürülecek, plastik parçaları düzenli depoya gönderilecektir. Rüzgâr türbininde bulunan diğer metallerin (çelik, alüminyum, bakır) bir kısmı geri dönüştürülecek, diğer kısmı düzenli depoya gönderilecektir. Baz senaryodaki metal geri dönüşüm oranı %90'dır. Beton, plastik, ahşap gibi diğer materyallerin %100'ü, yaşam sonunda düzenli depoya gönderilecektir. İşletme ve bakım sırasında oluşan yağ atığı servis süresi boyunca düzenli depoya gönderilecektir. Yaşam sonu aşamasında çelik, alüminyum ve bakırın farklı geri dönüşüm oranları ile çevresel etkilerinin değişimi değerlendirilmiştir. Bu geri dönüşüm oranları %80, %70, %60, %50, %20 ve %0'dır. Bu senaryolar için metallerin geri dönüşüm oranı azaldıkça, her erki kategorisindeki çevresel etki değerlerinin arttığı belirlenmiştir. Ayrıca çevresel etkilerin değişimi, farklı servis süreleri (±5 yıl) kullanılarak da değerlendirilmiştir. Bu değerlendirme sonucu, servis süresinin çevresel etki ile doğru orantılı olduğu, yani servis süresi azaldıkça çevresel etkilerinde azaldığı, servis süresi arttıkça çevresel etkilerin de arttığı görülmüştür. Son olarak, Almanya'da üretilen pervane, nasel, sapma sistemi, ankraj kafesi ve elektronik donanım gibi ana parçaların Almanya'dan santral sahasına denizyolu ile nakliye edildiği baz senaryodaki koşul yerine, bu parçaların Türkiye'de üretildiği ve üretilen yerden santral sahasına karayolu ile nakliye edildiği alternatif bir senaryo oluşturulmuştur. Bu değişiklik sonucu ATP (element) değeri değişmezken, OTİP değeri artmıştır. Diğer etki kategorilerinde farklı ve küçük oranlarda düşüş meydana gelmiştir.
Hava boşluklu / vakum membran distilasyonu prosesleri kullanılarak jeotermal sulardan bor giderimi
Enerji dünyada en önemli ihtiyaçlardan biri olma özelliğini hala taşımaktadır. Günümüzde aktif enerji kaynaklarının azalması alternatif kaynakların bulunması /araştırılması ihtiyaçları arttırmaktadır. Yenilenebilir, sürdürülebilir ve çevre dostu bir enerji çeşidi olan jeotermal enerji, fosil yakıtlara göre alternatifler içinde önemli bir yer tutmaktadır. Jeotermal enerjide karşılaşılan çevresel sorunlar genellikle yüzeysel ve yeraltı sularının toksik ağır metaller ile kirlenmesidir. Jeotermal suların içeriğinde bulunan bor gibi çevresel etkileri ciddi olan kirleticilerin zararlarını ortadan kaldırmak ve kabul edilebilir düzeylere indirmek için yeni arıtma yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez kapsamında jeotermal enerji santrallerinden açığa çıkan atık ısıdan ve deşarj edilen sıcak jeotermal suların ısısından faydalanarak iki farkli işletim modunda membran distilasyon prosesleri işletilmiş ve özellikle yüksek konsantrasyonda bulunan borun konsantrasyonunun minimum seviyelere indirilmesi amaçlanmıştır. Bu tez kapsamında hava boşluklu membran distilasyon prosesi (HBMD) ve vakum membran distilasyon prosesinin (VMD) işletim performansları karşılaştırılmıştır. Performans karşılaştırılması için sentetik tuzlu su ve gerçek jeotermal su kullanılmıştır. Sentetik tuzlu su ve gerçek jeotermal su çalışmaları kapsamında basınç-akı, sıcaklık farkı-akı,basınç – tuz tutunumu ve basınç-bor giderimi sonuçları membran türleri ve işletim modu bakımından araştırılmıştır. Tez kapsamında hava boşluk mesafesi de çalışılmış olup bu prosesin vakum membran prosesiyle karşılaştırılması amaçlanmıştır. Bu tez kapsamında 0.45 μm ve 0.22 μm gözenek boyutlaruna sahip polivinilidin florür (PVDF) türü membran ve yine 0.45 μm ve 0.22 μm gözenek boyutlaruna sahip polipropilen (PP) türü membran olmak üzere 4 adet ticari membran kullanılmıştır. Elektroeğirme yöntemiyle %15 oranında PVDF içeren nanofiber membran üretilerek membran distilasyon sisteminde performans sonuçları incelenmiştir. Bu tez kapsamında üretilen ve ticari membranların karakterizasyon çalışmaları incelenmiştir. Bu kapsamda sıvı giriş basıncı (LEP), SEM analizi ve temas açısı analizleri yapılmıştır. Bu tez kapsamında çalıştırılan gerçek jeotermal sulardan bor giderimine bakıldığında ise tüm membranlarda ve işletim sistemlerinde süzüntü suyu bor miktarlarının 0.5 mg/l sınırını aşmadığı ve deşarj standartları bakımından sorun olmadığı görülmüştür.
Risk assessment of trans anatolian natural gas pipeline project
TANAP project is designed to carry the Azeri natural gas from Shah Deniz 2 Gas Field along with other areas in the South Caspian Sea to Turkey and Europe. TANAP begins from the Georgia/Turkey border, goes through the borders of 20 provinces, and ends at Turkey/Greece border. Trans Anatolian Natural Gas Pipeline (TANAP) Project has the potential to cause accidents defined under the titles of corrosion, sabotage, material and equipment, incorrect operations, natural damage, and third-party damages. Also, TANAP pass through the areas that underground and groundwater resources, ecologically and socio-economically sensitive areas are located. Therefore, it is very important to evaluate the failure possibility and to determine risk value of TANAP project. For this purpose, risk assessment method of gas transmission pipelines based on historical failure-related data that developed by (Shan, Shuai, Xu, & Zheng, 2018) has been used. Trans-Anatolian Natural Gas pipeline is separated into 16 segments according to the seismicity property of the pipeline crossings. Calculation of risk value of each segment has been done based on six main factors that lead natural gas transmission pipelines to the failure according to historical related data. The calculation of the risk value for these six main modification factors is done based on 34 secondary modification factors that carve out that six main factors. For increasing the objectivity of the risk calculation process, the modification factors was tried to be made as quantitative as possible. Given the different levels of difficulty in quantifying the sub level modification factors, they were divided into 3 different groups to calculate the second-order modification factors more precisely: a quantitative index, a semi-quantitative index, and a qualitative index. Quantitative indices are calculated by fitting functions that developed based on statistical data. However, qualitative and semi-quantitative indices are conceptualized by the expert-opinion based scale and fuzzy logic method which is developed by (Guo et al., 2016). After calculation of second level modifications factors, corresponding weight of each second level modification factor in first level modification factor is calculated according to their mean failure frequencies. Sum of multiplication of second level modification factors to their corresponding weight gave us first level modification factor. Failure frequency is the term used to show how often the failure is per kilometer of the pipeline. The basic failure frequency term defines the average failure frequency of the selected part of given pipeline. The basic failure frequency estimate for the TANAP project was derived from historical pipeline accidents collected by PIDs such as PHMSA, NEB, and ECIG. Data about failures in the pipelines in years 2002 and 2015 were used to calculate baseline failure frequency. The product of multiplication of baseline failure frequency to first level modification factors determines primary cause failure probability of each modification factor. Sum of every six determined primary cause failure probability demonstrates the failure probability of selected segment. The average failure probability of pipeline based on their length demonstrates failure probability of TANAP project. Failure probability of TANAP is equal to 2,25 x 10-4 per km per year. According to the assessment scale of failure probability, risk probability of selected segment was evaluated as medium level. For decreasing failure probability applicable recommendations are given such as enhancing subfactors of third party damage, corrosion, also material and equipment factors that are leading factors of TANAP project. In order to ensure the reliability of the results of the risk values calculated for the TANAP project, calculated results are compared with the risk assessment score of TANAP project based on K.W. Muhlbauer risk assessment methodology. Correlation between the results of two evaluation method has demonstrated an agreement.
National inventory of N2O emissions from agriculture and waste sectors: Emission estimation and uncertainty analysis
One of the factors that make greenhouse gases important is that its contribution to climate change. They can absorb energy from infrared (IR) radiation and gas molecules are gained extra energy thereafter, molecules give up energy by emitting another infrared photon. This process causes trapping heat in the atmosphere. The increase in the temperature of the Earth causes climate change. Climate change began to become evident in the 18th century with the industrial revolution. When it comes day by day from the industrial revolution, a slight increase is observed every year in the average temperature of the world. International organizations are striving to prevent global warming and climate change and/or to reduce the most. Various agreements have been signed with the participation of the states. The first climate change agreement The United Nations Framework Convention on Climate Change was held in Rio de Janeiro in 1992 with the participation of countries. The primary aim of this deal is to create a global response to climate change. Turkey had also signed the agreement in 2004. The United Nations subsequently signed the Kyoto Protocol. The difference between the treaties is that the legal procedures and processes are opened in the Kyoto Protocol. The latest agreement on these aims is the Paris Climate Change Agreement, signed by 195 countries. An important goal of the agreement is to ensure that global temperature increases are kept below 2 degrees until the end of the century. There are many types of greenhouse gases in the atmosphere and the heat holding capacities are different from each other. All greenhouse gases have a global warming potential that characterizes their ability to hold heat concerning CO2. For example, nitrous oxide is 298 equivalents of carbon dioxide while methane is calculated as 24 equivalents of carbon dioxide. The primary greenhouse gases are carbon dioxide (CO2), methane (CH4), nitrous oxide (N2O), ozone (O3), water vapor (H2O), chlorofluorocarbons (CFCs), perfluorocarbons (PFCs), sulfur hexafluoride (SF6). Countries calculate national greenhouse gas emission inventories, which are estimated to understand the effects of climate change. In addition, international agreements are being made with the participation of governments to prevent climate change. When calculating emissions of greenhouse gases, the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has a guideline for the calculation method. There is also some software available. It seems that countries have also developed their own programs and/or methods to develop calculation methods for national emission calculations. In the calculation method of IPCC, Tier 1, Tier 2 and Tier 3 are separated for find out more representative results. In Tier 1, some parameters and input factors are country specific and emission factor are used as default values suggested by the IPCC. In Tier 2, the data and the emission factors that are used to calculate the national emissions are specific values. In Tier 3, more complex structures and models are used for emission calculations. After the calculation is made, the uncertainty analysis is performed to determine how certain the results are. In this context, emission uncertainty is usually calculated using the Monte Carlo methodology. The Monte Carlo method generates input and output probability distribution functions by iterating randomly using the probability distributions of the inputs. In this study, a greenhouse gas, N2O emissions were calculated and uncertainty analysis was performed. N2O emissions from managed soils, and waste sector were calculated for Turkey. The calculation method of IPCC Tier 1 was used. Uncertainty and sensitivity analysis were performed via @RISK programme. Emission factors, and input activity data had been obtained from previous studies, IPCC Guidelines, Turkey Statistical Institute. In addition, the data published by institutions such as the Ministry of Food, Agriculture and Livestock were also used. Indirect emission sources can produce emission in these processes by depositing in the atmosphere, leaching and runoff. In this study, both indirect and direct emission sources were calculated between 2011 and 2015. Calculated values of the United Nations Food and Agriculture Organization (FAO) and the Turkey Statistical Institute (TURKSTAT) were compared. The resulting from agricultural emissions were 54.44, 64.55, 66.79 Gg N2O/year for the FAO, TURKSTAT and our study respectively, in 2011. In the calculation of emissions from manure management, 0.47, 8.68, 9.11 Gg N2O/year were found respectively. It is estimated that the difference is high due to selected manure management systems. When the results of the burning of crop residue (agricultural waste) were compared, it was 0.25, 0.28, 0.29 Gg N2O/year respectively. Three results in this parameter appear to be consistent within themselves. In the waste sector, results compared with TURKSTAT data these were the amount of emissions resulting from the compost, wastewater treatment plant and compost. The amount of emissions from wastewater treatment plants were 6.25, 5.34 Gg N2O/year, the amount of emissions from compost 0.04 and 0.04 Gg N2O/year, respectively. The amount of emissions generated by open burning of waste were 0.01 and 0.01 Gg N2O/year, respectively. The amount of emission from the total waste sector was 6.30 Gg N2O/year in TURKSTAT and the calculated value in this study was 5.39 Gg N2O/year. When the total obtained values were examined in 2015, FAO 67.15, TURKSTAT 87.59 and 88.05 Gg N2O/year were found when managed soils (agricultural soils + manure management + open burning of crop residue) were calculated. Emissions from the waste sector (wastewater treatment plant + compost + open burning of waste) were calculated as TURKSTAT 6.84 for 2015 and 7.04 Gg N2O/year for this study. The difference arises from the difference in the results of wastewater emissions. In general, when the results are compared, the results obtained differences are less than 3% with the TURKSTAT data. On the other hand, according to the FAO data, it is seen that the differences have grown even more and have resulted in different results of about 30-35%. There was a difference between the results when FAO and TURKSTAT were compared. The reason for this difference is thought to be due to the different input data generated in the fertilizer management calculation mentioned above. In the calculations, the total values of direct and indirect emissions from agricultural and waste sector were calculated. Total direct and indirect emission amounts were 116.21 Gg N2O/year. In 2011, emission amounts are 34629.07 Gg CO2eq/year. The year of 2012 emissions amounts 125.05 Gg N2O/year and 37263.92 Gg CO2eq/year, the year 2013 values were 128.56 Gg N2O/year and 38311.22 Gg CO2eq/year. The values were 128.81 Gg N2O/year and 38385.46 Gg CO2eq/year for 2014. The calculated amounts of emissions were 130.27 Gg N2O/year and 38819.16 Gg CO2eq/year for 2015. The calculations made were compared to TURKSTAT and FAO data. In the estimated amounts of N2O emissions for the year 2011, the provinces with the highest total direct emissions were Konya, Ankara and Şanlıurfa. Calculated values were 5141, 3843 and 2476 tons/year, respectively. Konya, Ankara and Erzurum had the most indirect N2O emissions. Their calculated amounts were 1531, 968 and 791 tons/year in 2011, respectively. The amount of total emissions were calculated for cities in the year 2015, the highest direct emissions were from Konya, Ankara and Şanlıurfa. Calculated values were 6420, 4271 and 3239 N2O tons/year respectively. Compared with 2011, there were 25%, 11% and 16% increase in the emissions. Konya, Ankara and Erzurum had the most indirect N2O emissions of 1614, 914 and 755 tons/year in 2015, respectively. Compared to 2011, there were changes in the emissions of 5%, -5% and -4% respectively. When the total N2O emissions for 2015 were examined, FAO reported 67.151 TURKSTAT reported 87.592 and this study calculated 88.058 Gg N2O/year for managed soils (agricultural soils + manure management + open burning of agricultural residue). Emissions from the waste sector (wastewater treatment plant + compost + open burning of waste) were calculated as 7.049 Gg N2O/year for 2015. When compared with TURKSTAT estimation (6.843 Gg N2O/year), our emissions was slightly higher. Uncertainty analysis was performed using the Monte Carlo method with the @RISK program. Direct N2O emissions were estimated for managed soil, manure management, waste and total, with the uncertainty expressed as 95% confidence intervals. Total emission mean was 98.04 Gg N2O/yr with 95% confidence interval of (31.40-230.39). Emission from managed soil was 85.39 Gg N2O/yr with 95% confidence interval of (20.81-216.49). Emission from manure management was 14.38 Gg N2O/yr with 95% confidence interval of (3.62-35.78). Emission from waste sector was 7.29 Gg N2O/yr with 95% confidence interval of (2.01-15.75). 95% confidence interval for the total N2O emission estimate was given between -68% to 135%. According to the Spearman rank correlation coefficient for sensitivity analysis, emission factors were found as the most influencing inputs to emission calculations. These are EF1 emission factor for N2O emissions from N inputs and EF1fr the emission factor for N2O emissions from N inputs to flooded rice. Spearman rank correlation coefficients were 0.72 and 0.54 for EF1 and EF1fr, respectively. Another important parameter was the default N excretion rate (per 1000 kg animal mass).
Determination of river pollution sources using source apportionment method: Ergene river
Ergene Watershed in Thrace Region has been in the news about the river pollution problems. The provinces within the watershed, especially Tekirdağ, have intense industrial activity due to the geographical location. Uncontrolled industrialization and unplanned urbanization have increased rapidly since 1990s in the region, and caused numerous environmental problems. Ergene River and its tributaries supply water to the watershed. A significant part of the industrial facilities is concentrated in the Çorlu-Çerkezköy region close to Çorlu Stream in Tekirdağ Province, and the pollution in the river starts in this region, which is at the beginning of Ergene River. The population has been also increasing by the influence of the organized industrial districts and industrial activities. There are approximately 1 768 000 people living and 2 000 industries in the region. Additionally, agricultural activities are carried out intensively in the watershed as well as the industrial activities. Water quality is analyzed to estimate pollution level and determine the potential uses of the water source. Sampling and measurements are the important steps in watershed management along with the inventory of pollution sources to identify the problem. Environmental Quality Standards (EQSs) for specific and priority pollutants recently included in "Surface Water Quality Regulation". Measurements of these pollutants give more information than the routine monitoring for conventional pollutants to distinguish different pollution sources. Firstly, Ergene Watershed, boundaries of watersheds, and river were determined using ArcGIS software using a current high-resolution Digital Elevation Model (DEM) dataset. The current river was investigated using Google Earth to take into account the human interferences such as changes in riverbed and water irrigation channels. A total of 75 sampling locations were determined according to the number and spatial distribution of discharge points in the watershed. Measurements were evaluated and statistical analyses were performed to understand the characteristics of Ergene River pollution and contributing sources. In this study, three season (summer, fall, and winter) measurements of several micropollutants in addition to conventional pollutants and metals were used from 75 sampling locations in Ergene River. Pollution sources and contributions need to be identified to understand the state of the pollution and control pollution sources. Thus, source identification and apportionment using multivariate statistical analysis techniques namingly Cluster Analysis (CA), Principal Component Analysis (PCA), and Positive Matrix Factorization (PMF) were performed for this study. Out of 223 micropollutants, total of 132 in summer, 136 in fall, and 97 in winter were detected at least one sampling location. The multivariate statistical analyses were performed for the whole river, main river, and Çorlu Stream only. CA using Ward linkage method was performed with measured pollutants and sampling locations for three seasons with normalized concentration values. CA for sampling locations indicated two main clusters; first one with relatively clean locations and another one with polluted locations for all seasons. In addition, heatmaps were created. PCA was performed to the three seasons with pollutants with at least one measurement above Limit of Detection (LOD). The first 5-6 principal components usually explain more variation and 50% of the total variance was explained with the first seven components. PCA was also performed only with pollutants with more than 12.5% and 25% detection efficiency. For these cases, and main river, Çorlu Stream results, explained total variances were increased for all seasons. Çorlu Stream for three seasons with >25% detection of pollutants was identified approximately 100% with ten components. Fifty percent of the total variance was explained with the first three components Çorlu Stream with all measurements as well. PMF runs were performed for three to seven factors for three seasons (summer, fall, winter) and three cases (whole river, main river, and Çorlu Stream). Optimum number of factors were found as six factors for Ergene River, six factors for main river, and five factors for Çorlu Stream in summer; five factors for Ergene River, six factors for main river, and five factors for Çorlu Stream in fall; five factors for Ergene River, five factors for main river, and four factors for Çorlu Stream in winter. These findings were also consistent with the PCA results in which the same factors explained approximately 50%, 70%, and 70% of the variability in the dataset for Ergene River, main river, and Çorlu Stream, respectively. PMF runs were performed for three to seven factors for three seasons and three cases with pollutants greater than 25% detection frequency, and almost all of these pollutants were categorized as "Strong" according to their S/N ratio. According to the quality of fit parameter (Qtrue/Qexpected), optimum numbers of factors were determined as six factors for Ergene River, five factors for main river, and six factors for Çorlu Stream in summer; six factors for Ergene River, five factors for main river, and six factors for Çorlu Stream in fall; five factors for Ergene River, six factors for main river, and six factors for Çorlu Stream in winter. PMF results for the main river and Çorlu Stream with pollutants greater than 25% detection frequency were found to give the most stable solutions and used for identification of the sources. After determination the number of factors, uncertainty runs using Bootstrap (BS) and Displacement (DISP) methods were performed to understand the contributions of pollutants to source profiles. Factor fingerprints, factor contributions, and uncertainty methods error estimations of factor contributions for main river in three seasons were obtained. Major contributed pollutants for the factors and their contribution (%) in main river were combined, and contributions were indicated the important pollutants in each factor. According to pollutants with high factor profile percentages and low uncertainty, ranking was made. To understand the location of pollution sources, the factor contributions to the sampling locations of PMF were plotted against the distance from the beginning of the river (km) and the direction of flow. According to PMF results, Factor 1 was characterized by industrial pollutants, Factor 2 was by industrial, domestic, and agricultural pollutants, Factor 3 by industrial pollutants used in corrosion inhibitor, automotive and metal production, Factor 4 by pesticides, and Factor 5 strongly by metal pollutants in summer. In fall, Factor 1 was characterized by mixed industrial and domestic pollutants, Factor 2 by pesticides, insecticides, and herbicides, Factor 3 by industrial, domestic, and agricultural pollutants, Factor 4 mostly by domestic pollutants and Factor 5 by NO3 and pesticides. In winter, Factor 1 was characterized by specific industrial pollutants which can be identified as solvent and paint industry, Factor 2 by metal pollutants, Factor 3 by conventional pollutants and corrosion inhibitors, drug precursors, Factor by industrial pollutants and Factor 5 by metal pollutants, Factor 6 was strongly influenced by conventional and domestic pollutants in winter. According to PMF factor contributions for sampling locations, Factor 1 in summer, Factor 1 in fall, and Factors 1 and 4 in winter; Factor 2 in summer, Factor 3 in fall, and Factor 3 in winter; Factor 3 in summer, Factor 3 in fall, and Factor 4 in winter; Factor 4 in summer, Factor 5 in fall, and Factor 3 in winter; and Factor 5 in summer, Factor 4 in fall, and Factor 5 in winter were found similar contributed in main river. Factor 2 in winter was not related other factors in other seasons. According to PMF factor contributions for pollutants in main river, Factors 1 in summer, 1 in fall, and 4 in winter, Factors 2 in summer, and 3 fall, Factors 4 in summer, 5 in fall, and 4 in winter, Factors 5 in fall, 5 in winter were found similar.
Spatial distribution of health risks associated with PM2.5 in turkey and iran using satellite and ground observations
Industrialization, has been increasing air pollution. In recent decades, the most industrialized and populated cities began to investigate this issue and estimating the cost of health effects for the governments. These researches reasoned the goverments to make new legislation and standards which eventually reduced the air pollution and health effects of it afterward. New York, Paris, London, Seoul and Istanbul are successful examples of these practices. Iran and Turkey, have almost the same population of 80 million individuals. Such large populations make a high demand in energy production, as some days in winter of 2017, Iran natural gas consumption reached the EU consumption. On the other hand, gasoline consumption in Iran is around 100 ML/d and in Turkey is 68ML/d. Meanwhile, climate change is a serious concern in both countries, which is one of the reasons for dust events in the region. Ambient PM is the sixth Global Burdon of Disease risk factor responsible for premature death of 4.1M individuals in 2016. Studies on PM health effects, playing the key role in policymaking. To observe and analyze the air pollution trend, ground measurement data is needed. This study, used the very recently published Iran nationwide ground measurements from the years 2015 to 2017. Since the population in both countries are high and spatially distributed, the number of ground measurement stations are not enough. Thus, spatially more complete remote sensing data was also used in this study. Although PM remote sensing, is still under developments since the instruments only measure AOD and not PM directly. To convert AOD to PM, researchers mostly use GEOS (Goddard Earth Observing System) chemical transport model which first used in 2011 by. For satellite retrievals, dataset V4.GL.02 is chosen in this thesis. This product obtained from three different instruments and with Geos-Chem transport model converted to PM2.5. The product has dust and sea-salt removed version which implied to have a better compare with ground measurements, as there are a lot of sand events happening in the region especially in Iran which might mask the anthropogenic sources of PM2.5. In addition, dust and sea-salt included version was also used to compare total PM2.5 concentrations in both countries. Initial ground data analysis of Turkey showed that out of 42 available PM2.5 stations, 41 stations have reported concentrations above WHO guideline and 45% of stations stand out of European Environment Agency's standard. Edirne Kesan, Sakarya Hendek and Erzurum Tashan are the PM2.5 stations with annual averages more than 50 mg/m3 all the time, which is 5 times higher than WHO guidelines. It was observed that populated cities in both countries such as Ankara, Istanbul, Tehran, Isfahan, Mashhad are experiencing high concentrations due to traffic and domestic energy consumption. Although in cities like Igdir in northeast Turkey, Zabol in southeast Iran or Khuzestan province which are having high concentrations without being populated. The reason for a high PM2.5 profile in Khuzestan province is dust events, as well as in Zabol. Also in southwest Iran is the oil refineries zone of the country, which is responsible for anthropogenic PM2.5 emissions mostly. To calculate the exposure and health effects of PM2.5 and PM10, three methodologies exist. The first methodology uses systematic review and meta-analysis oriented exposure-response function, which is based on hundreds of global researches and oriented by meta-analysis. In the second method, AirQ+, a software from WHO can be used to estimate the short-term and long-term adverse health effects of ambient PM. AirQ+ uses life-tables technique and stand on risk estimates oriented from cohort studies. Third method which is mainly used in this thesis is using concentration-response functions from a study in the US and exposure-dose functions to calculate mortality associated with PM2.5. The correlation between PM2.5 ground measurements and satellite retrievals was investigated. In general, the correlation was low due to the version of the satellite used for this study which is dust and sea-salt removed, and also the fact that ground stations measure one point and that value is considered as the region/province's average concentration. Therefore when all compositions PM2.5 satellite product used, only for this purpose, the correlations improved. In this study, a high resolution population dataset from European Commission has been used. In order to input this dataset in the function, the resolution reduced to 1000m×1000m to match the PM2.5 satellite product resolution. To estimate the mortality attributable with PM2.5, three different causes has been calculated by implying the cause-specific mortality rates for Iran and Turkey from WHO. Firstly, baseline mortality rate for three different causes as: all causes, ischemic heart disease, and lung cancer for Turkey and Iran in 2016 has been calculated. The concentration-response factor for each mortality cause and its upper and lower boundaries, separately obtained from one of the most cited studies in United States. All the datasets such as satellite derived and ground based observations, population, concentration-response factor and baseline mortality rate has been used as inputs for the function which is most commonly used in dose-response and concentration-response estimations. The calculations were performed with ArcGIS spatial analyst tools beside Excel and Google Earth Pro. The mortality attributable with PM2.5, has been calculated based on both ground observations and satellite-derived separately, on district and province level for both countries. In result of satellite-derived based calculations, Istanbul with 6297 deaths, Ankara with 3636 deaths, Izmir with 2254 deaths, Bursa with 1930 deaths, Mersin with 1131 deaths, and Konya with 1116 deaths caused by all causes and attributed to PM2.5 in the year 2016. These provinces had the highest mortalities in Turkey. In Iran, Tehran with 6724 deaths, East Azerbaijan with 2587 deaths, Alborz with 2456 deaths, Khuzestan with 2325 deaths, Mazandaran with 2322 deaths and Gilan with 2250 deaths caused by all causes and attributed to PM2.5 in the year 2016. These provinces were under the most in Iran. To sum up, 36967 deaths attributable with anthropogenic PM2.5 was estimated for Turkey, and 34491 deaths attributable with anthropogenic PM2.5 was estimated for Iran in 2016. However, these numbers increase significantly by implying the ground observation PM2.5 concentrations. In Turkey, the results based on ground observations were as 10529 deaths in Istanbul, 4094 deaths in Ankara, 2570 deaths in Bursa and 1233 deaths in Erzurum by all causes attributable with PM2.5. In Iran though, Tehran with 12383 deaths, Razavi Khorasan with 5376, Khuzestan with 4990 deaths, and Isfahan with 4 601 deaths are the most at risk provinces of Iran. The other studied mortality cause in this thesis, was ischemic heart diseases. By using the specific concentration-response factors used for ischemic heart disease, and its upper and lower boundaries, mortalities estimated separately based on satellite derived PM2.5 and ground observations. By using satellite derived PM2.5 in Turkey, Istanbul with 5200 deaths, Ankara with 2893, Izmir with 2893 deaths caused by ischemic heart diseases attributable with PM2.5 are the most at risk provinces. In Iran, 5541 deaths, East Azerbaijan 2056 deaths, and in Alborz 2003 deaths have been estimated caused by ischemic heart diseases. As in ground measured PM2.5, dust and sea-salt is included, concentrations are higher and thus, estimated mortalities increased. In Turkey, Istanbul with 14165 deaths, Ankara with 5416 deaths, Bursa with 3433 deaths, and Erzurum with 1257 deaths having the most mortalities estimated. In Iran, Tehran with 12383 deaths, Razavi Khorasan with 5376 deaths, and Khuzestan with 1483 deaths estimated as the most at risk provinces. In total, 2817 deaths in Iran estimated with satellite-derived PM2.5, caused by ischemic heart diseases attributable with PM2.5. In Turkey, 30240 deaths in total have estimated caused by ischemic heart disease attributable with PM2.5. By using ground observations, 25525 deaths estimated in Turkey and 3866 deaths in Iran. The ground observation based calculation only contributes to the provinces which PM2.5 had been measured in the year 2016. The third investigated cause, was lung cancer. The reported mortalities by WHO showing higher deaths in Turkey than Iran. Therefore, it affected the baseline mortality rate and estimation's difference of two countries. In Turkey, 5591 deaths in total and 669 deaths in Iran estimated by using satellite-derived PM2.5, caused by lung cancer and attributed to PM2.5. Although, by using ground measurements total mortality in Turkey changes to 5883 deaths and 776 deaths in Iran. The calculated results, were relevant to what was reported by State of Global Air. However, results in comparison with the report, results are higher than global reports for Turkey. Eventually, the risk distribution maps for both countries were produced. Maps were showing central Turkey (Aksaray, Ankara, Konya, Kirsehir) are at high risk, as well as Izmir, Igdir, Mardin, Batman, and Bursa. In Iran, from West Azerbaijan in the northwest, to Tehran in north-center of the country, very high-risk estimations were observed. In south Iran, Khuzestan province observed with high-risk estimations.
Buz çözücü sıvı içeren atıksuların havasız arıtımında biyogaz geri kazanımı ile optimum glikol oranının araştırılması.
Havayolu ulaşımı, gelişen teknoloji ile birlikte günümüzde en fazla tercih edilen ulaşım seçeneği haline gelmiştir. Gerek insan (yolcu) gerekse yük taşımacılığı alanında, ekonomik ve turistik anlamda son derece kolaylık sağlayan havacılık sektörüne olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK)'e ait havayolu ulaştırma istatistikleri incelendiğinde, 2002 yılında 376041 adet olan iç-dış hat toplam uçak trafiği, 2016 yılında 1452995 adet olarak rapor edilmiştir. Bu rapora göre, 14 yılda yaklaşık 4 kat artış görülmüş; gelecek yıllarda ise bu artış oranının daha da artacağı tahmin edilmektedir. Ancak, havayolu taşımacılığında gözlenen bu artışın, beraberinde havalimanlarından kaynaklanan kirletici miktarlarında da artışa neden olacağı öngörülmektedir. Özellikle, soğuk hava şartlarında uçuş güvenliğini sağlamak için kullanılan buz çözücü/buzlanma önleyici sıvılar çevre açısından önemli sorunlara sebep olmaktadır. Buz çözücü sıvı (BÇS) uygulama işleminde dört tip sıvı kullanılmakta olup; bu sıvıların en temel bileşeni 'glikol'dür. Farklı tipte bulunan bu sıvılar arasındaki en temel fark, viskozite değeridir. Havalimanlarında en yaygın kullanılan BÇS çeşitleri olarak Tip I ve Tip II gelmektedir. Tip I sıvılar diğer tipte bulunan sıvılar ile karşılaştırıldığında daha düşük vizkoziteye sahiptir. Tip I sıvılar yüzeyden daha hızlı akarlar ve nispeten daha kısa süreliğine koruma sağlarlar. Tip II sıvılar ise psedoplastik (pseudoplastic) yapıda olup; polimerik koyulaştırıcı madde içermektedir. Bu sebeple, Tip II sıvılar uçakların yüzeyinden hızlıca akmazlar ve çok daha uzun süre koruma sağlarlar. Bu sıvılar, uygulanmadan önce genellikle su ile karıştırılarak; yüksek sıcaklık ve basınç ile püskürtülürler. Mevcut uygulamada, sıcak su (55-80°C) ile seyreltildikten sonra bu işlem için özel olarak ayrılmış yerlerde park halinde bekleyen uçaklara uygulanırlar. Bu işlemi takiben, havalimanlarında bulunan ızgaralar/kanallar vasıtasıyla taşınarak bir depolama tankı içerisinde biriktirilmektedir. Depolama tankının belirli bir süre sonra dolması ile birlikte belirli oranlarda evsel nitelikli atıksulara karışarak en yakın kentsel AAT'ye taşınabilmektedir. Ayrıca, yağan karların erimesiyle birlikte en yakında bulunan kanalizasyon hattına da karışabilen bu sıvılar nihayetinde kentsel AAT'lere ulaşmaktadır. Ancak, BÇS ile kontamine olmuş bu atıksular, alıcı su ortamlarında ve kentsel Atıksu Arıtma Tesislerinde sorunlara sebep olmaktadır. BÇS ile kontamine olmuş atıksuların uygun arıtma yöntemi uygulanmadan doğaya deşarj edilmeleri halinde, sucul ortamlardaki çözünmüş oksijen (ÇO) miktarının tükenmesine ve ötrofikasyon oluşumuna neden olduğu bilinmektedir. Ayrıca, BÇS'lerin ihtiva ettikleri çeşitli katkı maddelerinin, su ekosistemlerinde yaşayan bazı canlılar üzerinde toksik etki gösterdiği de görülmüştür. Bu sebeple, BÇS'ler ile kontamine olmuş atıksuların sürdürülebilir yöntemlerle arıtılması son derece önem arz etmektedir. Farklı tipte ve farklı içerikte olan BÇS'ler, karıştıkları atıksuların biyolojik arıtımları üzerinde de farklı etki göstermektedir. Ayrıca, bu sıvıların hangi oranda evsel atıksuya karışması gerektiği de bilinmelidir. Çünkü BÇS ile kontamine olmuş atıksuların KOİ konsantrasyonları önemli ölçüde artabileceğinden; biyolojik sistemlerin giriş akımlarında bu sıvıların karışım oranlarının bilinmesi AAT'lerin giderim verimlerinin önceden tahmin edilebilmesi açısından gereklidir. Örneğin, BÇS numunesinin temin edildiği bir havalimanında bulunan ve bu sıvıların kullanıldıktan sonra depolandığı bir tank içerisinden alınan numune örneklerinde toplam KOİ (tKOİ) konsantrasyonunun 95000 mg/L değerine kadar çıktığı görülmüştür. Yapılan çalışmalar havalimanlarından kaynaklanan bu özel atıksuların sürdürülebilir bir şekilde yönetilmesi/arıtılması/bertarafı için havasız arıtma teknolojilerinin uygun olduğunu rapor etmektedir. Çünkü anaerobik (havasız) arıtma prosesleri ile bu tarz atıksuların yüksek organik madde içerikleri önemli ölçüde azalmakta ve havasız arıtma süresince yenilenebilir bir enerji kaynağı olan biyogaz eldesi de mümkün olmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında; havaalanlarında uçuş güvenliğini sağlamak amacıyla kış aylarında uçakların yüzeylerine püskürtülen buz çözücü sıvıların neden olduğu yüksek kirlilik yüküne sahip atıksuların, farklı BÇS tiplerinde ve farklı oranlarda mezofilik sıcaklıkta (35oC) kesikli olarak işletilen anaerobik reaktörlerde arıtılabilirliği ile en uygun (optimum) BÇS oranları araştırılmıştır. Böylece, bu tür atıksuların gerçek ölçekte arıtılmaları sırasında havasız sistemlerde karşılaşılabilecek problemler ile bu tarz atıksuların biyogaz potansiyelleri de ortaya konmuştur. Uygun BÇS oranlarının belirlenmesinde, Tip I ve Tip II türündeki sıvıların evsel karakterde atıksuya ilave edilerek arıtılması sırasında gözlenen biyogaz verimleri (m3/kg çKOİbeslenen) kullanılmıştır. Tip I BÇS – evsel atıksu ve Tip II BÇS – evsel atıksu çalışması adıyla iki farklı düzenekte gerçekleştirilen kesikli çalışma kapsamında ayrıca, arıtma süresince propilen glikol (PG) oranlarında meydana gelen değişim de araştırılmıştır. Çalışmada ek olarak, evsel nitelikli atıksuyla yürütülen deneylerdeki verilere dayanarak; en uygun Tip I ve Tip II BÇS oranlarında distile su kullanılarak ayrı bir deney düzeneği (Tip I ve Tip II BÇS – saf su) kurulmuştur. Böylece, kontrol reaktörü olarak sadece BÇS'lerden kaynaklı arıtma performansları da ortaya konabilmiştir. Bu tez çalışmasının ilk bölümünde, çalışmanın amaç, kapsam ve önemi, ikinci bölümünde ise anaerobik biyoteknoloji, BÇS ile kontamine olmuş evsel karakterde atıksuların havasız arıtımı, ülkemizde ve dünyada BÇS kullanımı hakkında mevcut durum ile konuyla ilgili çalışmalardan örneklerin verildiği bir literatür araştırması bulunmaktadır. Üçüncü bölümde 'Materyal ve Yöntem' kısmı yer almakta olup, bu bölümde öncelikle iki tip BÇS (Tip I ve Tip II) ile gerçekleştirilen çalışmalarda kullanılan evsel nitelikli ham atıksuyun, kullanılan aşı çamurlarının ve BÇS'lerin karakterizasyonları sunulmuştur. Ayrıca, kesikli reaktörlerin işletme koşulları da yine bu bölümde detaylı olarak yer almaktadır. Analitik yöntemler ve kullanılan ekipmanlar da bu başlık altında bulunmaktadır. Dördüncü bölüm olan 'Bulgular ve Değerlendirme' kısmında, üç set olarak işletilmiş kesikli reaktör düzeneklerinden elde edilen konvansiyonel parametreler (pH, alkalinite, tKOİ-çKOİ giderimleri), biyogaz üretimleri, PG ve UYA değişimleri sunulmaktadır. Yine bu bölümde, tüm kesikli çalışma sonuçlarının birlikte değerlendirildiği ve kıyaslandığı bir kısım da yer almaktadır. Çalışmanın 'Sonuç ve Yorumlar' kısmında ise tüm bulgulardan elde edilen sonuçlar özetlenmiş ve genel değerlendirmeler yapılmıştır. Bu çalışma sonuçları belirli bir orana kadar BÇS ile kontamine olmuş evsel atıksuların kesikli olarak işletilen havasız reaktörlerde arıtılması durumunda yüksek biyogaz üretimlerinin gerçekleştiğini ortaya koymuştur. Tip I BÇS – evsel atıksu çalışmasının sonuçlarına göre en yüksek biyogaz verimi, BÇS oranı %0,9 olan reaktörde yaklaşık 0,229 m3/kg çKOİbeslenen olarak bulunmuştur. Tip II BÇS – evsel atıksu çalışmasında ise gözlenen en yüksek biyogaz verimi ve çKOİ giderimi, BÇS oranı %1,8 olan reaktörde, sırasıyla yaklaşık 0,265 m3/kg çKOİbeslenen ve %63 olarak elde edilmiştir. Tip I ve Tip II BÇS ile gerçekleştirilen çalışma sonuçları PG içeriklerinde ise anlamlı değişimler göstermemiştir. Bunun yanında, BÇS oranının ≥%3 olduğu reaktörlerde biyogaz verimlerinde önemli bir düşüş gerçekleşmiş; bunun sebebi olarak da reaktörler içerisindeki yüksek organik yüklemelerden dolayı UYA artışı ile birlikte gözlenen pH düşüşünün metanojenler üzerinde yarattığı inhibisyon etkisi olduğu söylenilebilmektedir. Distile (saf) su kullanılarak sadece Tip I %1,371 ve Tip II %1,764 BÇS ilavesiyle hazırlanan reaktörlerin işletimi 67 gün sürmüş olup, biyogaz verimleri; Tip I için 0,238 m3/kg çKOİbeslenen ve Tip II için 0,169 m3/kg çKOİbeslenen olarak elde edilmiştir. Böylece, çalışma sonuçları, bu özel atıksuların havasız arıtılmaları sırasında yenilenebilir bir enerji kaynağı olan biyogaz potansiyelini ortaya koymuştur. Ancak, havalimanlarında bulunan ızgaralar/kanallar vasıtasıyla belirli oranlarda evsel nitelikli atıksulara karışarak en yakın kentsel AAT'ye taşınabilen bu sıvıların %1-2 oranına kadar anaerobik sistemlerin işletilmelerinde sorun yaratmayacağı; %3 BÇS oranı üzerinde ise biyogaz verimi açısından önemli işletme sorununa sebep olacağı belirlenmiştir.
Energetic utilization of lignocellulose-rich agricultural wastes by enriched microorganisms from high performance natural and engineered systems
Energy crops, agricultural residues, animal manure, forestry residues, algae, etc. are one of the major source for renewable energy production. The amount of lignocellulose-rich agricultural wastes (such as wheat straw, rice straw, etc.) increasing day by day due to the rapid growth on population which increased the pressure on agricultural industry to meet the demands for food and animal feed. In most of the countries, these wastes are handled in an unsustainable manner, mostly disposed by burning which also has a negative impact on global warming. On the other hand, these waste streams have a great potential to be converted into wide variety of value-added products including biofuels. Anaerobic digestion is a commonly used proven technology to recovery energy from various feedstocks including agricultural residues, livestock manure, food and brewery wastes, sewage sludge, industrial and municipal wastewaters, wood industry residues etc. Among these waste streams, agricultural residues belong to the most attractive substrates for anaerobic digesters due to the high abundance, high energy content and low costs. Anaerobic digestion is a complex biological process carried out by a diverse microbial community including hydrolytic, acidogenic and acetogenic bacteria and methanogenic archaea. During the process, organic content of the biomass is degraded by a synergistic interactions of the microbial community and converted into methane-rich biogas, then methane is used for energy production. One of the main obstacles during anaerobic digestion of lignocellulose-rich biomass is the recalcitrant structure which limits the efficiency of anaerobic digesters. Hydrolysis of these compounds is considered as the rate-limiting step. Investigating the efficient approach to overcome this problem is a continuing concern. Thus, different strategies such as physical, chemical and biological pre-treatment methods are applied to enhance hydrolysis and then the overall system performance, accordingly. As the diverse group of microorganisms are necessary to carry out anaerobic digestion process, the effective inoculum selection is crutial at the start-up period. Usually, anaerobic digesters are seeded by inoculum taken from another digester or animal manure which are easy to procure. However, the specific inocula should be intoduced to the specific feedstock to enhance start-up and acclimation periods, and methane yields. The nature is always an inspiration for technological developments. Biomimicry is an approach which interests engineers for many years for new innovations. Ruminants have a sophisticated digestive system which are able to degrade a wide variety of lignocellulosic substrates thanks to a symbiotic relationships in their digestive systems. Moreover, the microorganisms in the rumen fluid is more effective in lignocellulose digestion compared to the microorganisms in anaerobic digesters. However, procurement of the rumen fluid in necessary amounts to seed a full-scale anaerobic digester is not feasible. The selective enrichment of lignocellulose-degrading bacterial culture can be a solution to enhance methane yield in anaerobic digesters. This thesis intends to obtain the most effective bioaugmentation culture with an inspiration from the high performance natural and engineering systems to enhance the anaerobic digestion of lignocellulosic feedstock and determine the most effective concentration of the bioaugmentation cultures applied to anaerobic digesters. For this purpose, lignocellulose-degrading methanogenic communities were enriched on wheat straw from rumen fluids of different ruminants (sheep, cow and goat) as well as a biogas reactor acclimated to lignocellulosic biomass (sorghum as mono-substrate) under anaerobic mesophilic conditions. The bacterial communities were examined by 454 amplicon sequencing of 16S rRNA genes, while terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) fingerprinting of mcrA genes was applied to analyze the methanogenic communities. The comparison of the enhancement potential of these bioaugmentation cultures were carried out in batch reactors using wheat straw as a lignocellulosic feedstock under mesophilic conditions. To investigate the effects of most effective concentration, the enrichment cultures were added to batch reactors in proportions of 2%, 4%, 6% and 8% of the microbial cell number of the standard inoculum slurry. All cultures had positive effects on substrate degradation, and higher methane yields were observed in the bioaugmented reactors compared to control reactors set up with standard inoculum. However, the level of enhancement differed according to the type of the enrichment culture. Whereas, addition of 2% sheep rumen derived enrichment culture did not enhance methane production significantly, 4% addition led an increase by 27%. Methane yield in batch reactors augmented with 2% cow rumen derived enrichment culture was increased by only 6%. In contrast, reactors amended with 2% goat rumen derived enrichment culture or with the bioaugmentation culture obtained from the biogas reactor digesting sorghum biomass produced 27% and 20% more methane, respectively. The highest methane yield was recorded in reactors amended with 6% goat rumen derived enrichment culture, which represented an increase by 36%. The results highlighted that relative abundances of Ruminococcaceae and Lachnospiraceae increased during the enrichment of sheep rumen fluid derived culture. On the other hand Bacteroidaceae and Ruminococcaceae were the most abundant families in the cow and goat rumen-derived enrichment cultures, Porphyromonadaceae was the predominant one in the reactor-derived culture. Additionally, the enrichment procedure increased the relative abundance of Ruminococcaceae (phylum: Firmicutes) in all cultures. T-RFLP profiles of the mcrA gene amplicons highlighted that the ruminal methanogenic communities were composed of hydrogenotrophic methanogens dominated by the order Methanobacteriales regardless of the host species. The methanogenic communities changed significantly during the enrichment procedure. Whereas, the strict hydrogenotrophic Methanobacteriales and Methanomicrobiales were the predominant orders in the enrichment cultures derived from goat and cow rumen fluid as well as biogas reactor, the sheep rumen culture was dominated by Methanosarcinales. The microbial communities were quite similar at the end of the batch tests independently of the bioaugmentation sources, indicating that the introduced microbial communities of the enrichment cultures did not dominate the reactors. The results suggest that bioaugmentation with enrichment cultures derived from high performance natural and engineering systems can be an alternative strategy to enhance digester performance treating lignocellulosic feedstocks.
Removal of anti-inflammatory micropollutants in wastewater treatment plants
This research focuses on the assessment of removal potential of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), frequently used non-prescribed drugs (i.e., diclofenac, ibuprofen, naproxen, ketoprofen, mefenamic acid and indomethacin) to treat the symptoms of pain and inflammation, in wastewater treatment plants (WWTPs). NSAIDs enter into the ecosystem mainly from wastewater treatment plants and they are potential toxic compounds in the receiving environments. This research has preceded with the determination of seasonal change during a year in the influent stream of two wastewater treatment plants. Removal efficiencies of the targeted NSAIDs were assessed in two different wastewater treatment plants and mostly detected anti-inflammatory micropollutants (i.e., ibuprofen, naproxen, diclofenac) were determined. For this purpose, composite samples (24-hour) were taken from two biological wastewater treatment plants located in the Marmara Region to screen NSAIDs' behavior during one year to characterize seasonal changes. NSAIDs' concentration in both influent and effluent of wastewater treatment plant have been measured and their removal efficiencies have been investigated. Apart from the seasonal variations, hourly samples were also taken in the summer (2-hour composite samples) to characterize their hourly variations. In order to evaluate yearly variations of NSAIDs in the sampled wastewater treatment plants, composite samples in the summer season were also repeated and analyzed after one year. Ibuprofen and naproxen concentrations have been observed at higher concentrations than the other micropollutants during four seasons in both of the wastewater treatment plants. Influent concentrations of ibuprofen and naproxen in the WWTP-1, which possess a UV disinfection unit, changed between 3-22 µg/L and 8-12 µg/L respectively. Moreover, their removal rates have been recorded higher than 93% and 96%. Influent concentration of ibuprofen and naproxen in the WWTP-2 have been detected as 5-9 µg/L and 8-17 µg/L, respectively. However, a decrease in the removal rate of ibuprofen and naproxen was observed in autumn and spring season in WWTP-2. Diclofenac concentrations observed in two WWTPs were relatively similar. The concentration of diclofenac in WWTP-1 and WWTP-2 was recorded as 0.4-1 μg/L and 0.2-1 μg/L, respectively. However, removal rate for diclofenac were ranged between 0-34% in both of the WWTPs. The influent concentration of ketoprofen were observed between 0.8-2.5 μg/L in both of WWTPs. High concentrations of ketoprofen were determined in autumn season. Removal rate of ketoprofen calculated between 0-70% in both WWTPs. Indomethacin and mefenamic acid could be measured in the range of nanogram. Influent concentration of indomethacin was measured as 30-110 ng/L in WWTP-1, and 20-120 ng/L in WWTP-2. Mefenamic acid concentration was 5-60 ng/L in WWTP-1 and 12-50 ng/L in WWTP-2. While indomethacin might be slightly removed in the autumn and spring seasons in WWTP-2, removal rate in summer was calculated a bit higher in WWTP-1. Mefenamic acid removal was not observed in both WWTPs. According to the results obtained with 2-hourly composite samples during a day, ibuprofen and chemical oxygen demand (COD) influent concentration profiles were similar. A similarity with the COD concentration profile and diclofenac concentration profile was not observed. A correlation analysis was performed between micropollutants and conventional parameters to determine if there is a correlation between these NSAIDs and conventional parameters in terms of influent concentrations as well as removal efficiencies. It was determined that the influent concentrations of diclofenac, indomethacin and naproxen were correlated with the influent concentrations of total suspended solids (TSS) and volatile suspended solids (VSS) parameters. Correlation evaluations were performed between concentrations of conventional parameters and NSAIDs. Moreover, correlations between the loads of these pollutants were also investigated. According to correlation analyses performed between the NSAIDs and conventional parameters based on influent loads of these parameters, a high correlation with COD and soluble COD (SCOD) parameters and NSAIDs have been determined. Moreover, naproxen and ketoprofen had positive correlation with all of the investigated conventional parameters. In terms of concentrations of NSAIDs and conventional parameters' concentrations, a correlation was observed for the naproxen concentration and TSS content in the influent wastewater. Thus, the amount of solid matter and especially COD and SCOD content of the wastewater may reflect some predictive information about the micropollutants loads. Based on the removal efficiencies, there was a positive correlation between naproxen, ibuprofen removal efficiencies and nitrogen, SCOD, TCOD removal efficiencies. Additionally, there was a correlation between SCOD and diclofenac removal efficiency. In the second part of this study, a fill and draw reactor was operated and fed with acetate with a sludge retention time of 20 days. The individual as well as synergic toxicity effect of diclofenac, ibuprofen and naproxen were investigated respirometrically. According to respirometric analyses, a decrease in the growth rate of heterotrophic biomass was determined as a result of the culture amendment with these selected micropollutants. Results reflected that the presence of these NSAIDs decreased the oxygen uptake rate and specific growth rate on readily biodegradable substrate. Respirometric analyses were carried out with the culture amendment with 500 μg/L of NSAIDs (individually and as a mixture) to investigate potential toxic effects on microbial community. It was observed that exposure to NSAIDs changes metabolic structure of biomass (i.e., specific growth rate). In the presence of 500 µg/L of ibuprofen, naproxen and diclofenac the calculated heterotrophic specific growth rates were 3.489, 2.999, and 3.049 day-1, respectively. Higher decrease in the specific growth rate was observed when the biomass was amended with diclofenac and naproxen. Whereas, biomass amendment with ibuprofen resulted in a decrease from 3.66 to 3.489 day-1 The highest drawback effect was observed when diclofenac and ibuprofen were introduced together. Diclofenac was determined as the most effective and ibuprofen was detected as the least effective NSAID on the microbial culture.
Energy efficient co-treatment of municipal wastewater and food waste
Municipal wastewater and solid waste management are major environmental issues especially in big cities in the last decades. Rapid urbanization leads to a sudden increase in wastewater and solid waste generation, and thus, local authorities face difficulties to sustain environmental infrastructure properly. It is estimated that wastewater and solid waste generation will continue to increase, resulting in the increase of environmental management costs. A sustainable approach should be developed to solve the problems regarding these problematic issues and to meet future demand. Recently, energy scarcity has become an important issue globally and using renewable energy sources has gained importance due to limited fossil fuel reserves and increased concerns on climate change. In this regard, municipal wastewater is a remarkable energy source since a huge amount of wastewater is generated and treated all over the world every day. Conventional activated sludge (CAS) process, which has been in use for more than a century, is the most widely preferred treatment method for municipal wastewater. In spite of its reliability and proven success, the CAS process consumes a high amount of energy due to the intensive aeration demand. Moreover, it cannot sufficiently capture organic matter which is available in wastewater. In order to efficiently recover the energy present in wastewater, it is crucial to up-concentrate the organics in wastewater. Several physical, physicochemical, and biological processes can be employed for up-concentration of the organics and capturing them onto biomass. Adsorbing organic matter in sludge phase to a high degree allows improved energy recovery through anaerobic digestion. The main objective of this thesis was to investigate the applicability of co-treatment of municipal wastewater and food waste from various aspects. High-rate activated sludge (HRAS) process was selected for this purpose and the results were evaluated in terms of effluent quality, energy recovery potential from excess sludge, and life cycle assessment (LCA). A pilot-scale HRAS system was operated within the scope of the study which was located in a preliminary wastewater treatment plant (WWTP) in Istanbul. Generated excess sludge of the pilot-scale system was digested in a laboratory-scale digester. According to the results of the anaerobic digestion study, a feasibility study was carried out and the HRAS process was compared with different process configurations in terms of energy recovery potential. Moreover, the environmental performance of the HRAS process was investigated by conducting an LCA study. In the first part of the study, the pilot-scale HRAS system was fed with only municipal wastewater to investigate the effect of hydraulic retention time (HRT) on the process performance. Within this concept, the HRAS system was operated under three different HRTs which were 130, 95, and 60 min, respectively. The results revealed that 59% of chemical oxygen demand (COD) could be removed and total suspended solids (TSS) concentration of the effluent could be reduced to 90 mg/L at the HRT of 60 min. Effluent COD and TSS concentrations decreased with the decrease in HRT by means of enhanced flocculation and sedimentation, which was confirmed by the improvement of sludge volume index (SVI) values at lower HRTs. The calculated mass balance showed that more COD was diverted to sludge stream with the decrease in HRT. In the second stage of the study, the applicability of co-treatment of municipal wastewater and food waste in the pilot-scale HRAS system as well as the effect of the minimal HRTs of 60 and 30 min on the process performance were evaluated. Food waste addition to wastewater caused a 10% increase in total COD of influent at the HRT of 60 min. In the following stages, the pilot-scale system was operated with wastewater solely under the HRT of 60 and 30 min, respectively. With the decrease of the HRT, particulate COD removal increased; however, soluble COD removal decreased. The results demonstrated that when the settling process is optimized in final settling, more particulate matter can be transferred to sludge stream. Excess sludge from the pilot-scale HRAS system was digested under mesophilic conditions in order to investigate the digestability of excess sludge. Two different substrates (excess sludge) were used in the digestion study. At first, the digester was fed with the excess sludge that was generated during the operation of the pilot-scale HRAS system with only municipal wastewater. After that, the excess sludge which was generated during the co-treatment stage was collected and fed to the digester. The results revealed that food waste addition to wastewater enhanced methane yield of the excess sludge around 50% which may be attributed to some synergistic effects (i.e., the change of influent COD characterization through food waste addition and obtaining a more biodegradable excess sludge, biomass adaptation, digester stability). Thereafter, a feasibility study was carried out using the performance data obtained from the experimental studies. For a better understanding, several wastewater treatment configurations (i.e., conventional primary treatment, chemically enhanced primary treatment, CAS process) were also analyzed and compared with each other. The results showed that the HRAS process could be a preferable option when outstanding solids-liquid separation is employed in final settling and mineralization of influent COD is suppressed. Additionally, co-treatment of wastewater and food waste can increase methane yield and improve the energy balance of the WWTPs, and thus WWTPs can have a surplus in the energy budget thanks to proposed an integrated system in this study. LCA is a beneficial tool to evaluate the environmental performance of the WWTPs and to compare different upgrading options. The main objective of this assessment within the scope of this thesis was to investigate the environmental impacts of various upgrading options of a preliminary WWTP in Istanbul. The preliminary plant currently consists of mechanical treatment units (screens and grit chambers) and different upgrading options including conventional primary settling (S1) and HRAS process (S2) as well as the addition of food waste to wastewater (S3) were compared. The results showed that the baseline scenario (S0) had worse performance than all future scenarios (S1, S2, and S3) except for climate change. The scenario of adding food waste to wastewater (S3) had the best performance in climate change, terrestrial acidification, terrestrial ecotoxicity, and fossil depletion categories. Increased addition of food waste was also tested in the sensitivity analysis, and major improvements were obtained especially in the climate change category. The proposed treatment configuration within the scope of the thesis (high-rate activated sludge system) can be suggested as an affordable treatment alternative, especially in seaside settlements. Especially the preliminary WWTPs located by the Bosphorus can discharge their effluents through deep marine outfall systems when they are modified by the proposed system in this study. It is estimated that the currents in the Strait of Istanbul can dilute preliminary WWTP effluents sufficiently. Moreover, municipal wastewaters can be treated cost-effectively by this system without performing an advanced treatment. Thus, the water and sewerage administrations which serve in Istanbul and seaside settlements such in Istanbul can benefit significantly from the proposed system. In addition to this, the investigated system can also be applicable in the non-sensitive regions in terms of the parameters of nitrogen and phosphorus.
Treatability of aircraft deicing fluids (ADFs) by high-rate anaerobic systems: An investigation on biogas potential and energy recovery
Air transportation is the most preferable alternative due to the increase in world's population because it provides convenience to people in many ways. International Organization of Standardization (ISO) examined that the airline transportation has increased remarkably compared to previous years. For example, total number of domestic and international flights, which were approximately 595,000 in 2006, was recorded as 1,450,000 in 2016 (TUIK, 2017). In order to ensure flight safety in winter conditions when heavy snowfall occurs at the airports around the world, Aircraft Deicing Fluids (ADFs) are applied at the special places namely the 'deicing pads' to remove ice, frost and snow accumulated on the outer surfaces of the aircraft. There are four types of ADFs used during deicing applications. The main component of these fluids is 'ethylene glycol (EG)' or 'propylene glycol (PG)'. Compared to EG, PG is less harmful to the environment and it is easier to be treated. In addition, some of the ADFs (i.e., Type II) has a structure that prevents ice formation. Four types of ADFs are named as Type I, Type II, Type III, and Type IV. Among them, Type I ADF consists of 8% water, 90% glycol and less than 2% chemical substances. Type II and Type IV ADFs are the reformulated types of the Type II ADF; and it consists of 33% water, 65% glycol and 2% alcohol-based chemicals. Since such ADFs contain more water than Type II ADF, a dilution does not need before their usage. The types of ADFs vary according to the size of the aircraft. The main difference between these fluids is their viscosity. ADFs are produced in accordance with the standards set by ISO (EPA, 2000). Among them, Type II ADF is widely used in all over the world for deicing purpose and this type of ADF will be also used at the airport that is still under construction in Istanbul. During their applications; ADFs are sprayed on the surfaces of the airplanes after being diluted with hot water. Then, they are discharged/transported to the storage tanks by the channels at the airports. It is known that the storage tanks at the airports might be discharged to the nearest municipal wastewater treatment plant (WWTP) at certain ADF ratios. Moreover, ADFs might eventually reach to the municipal WWTPs via surface runoff through raining and snow melting. However, studies have shown that the organic loading rates (OLRs) of the biological systems at the WWTPs i.e., chemical oxygen demand (COD) are significantly increased by the wastewaters contaminated with ADFs and this might lead to lower treatment efficiencies which are not compatible with design parameters. Besides, the effluents of the WWTPs also do not provide the required standards given in the related regulations. ADF application is done in Turkey only in winter time (i.e., about 3 months). A portion of the ADF is collected at several airports in Turkey and it is moved away from the storage tank by a tanker. On the other hand, some portion is given directly to the sewerage system or to the receiving water bodies without any treatment. Since ADF contains high organic matter, it leads to environmental pollution and/or human health risks in the case of its direct discharge. The main impacts of wastewaters contaminated by ADFs are as follows (Vasilyeva, 2009): • Decreased amount of dissolved oxygen in the receiving water body, • Increased nutrient concentration and accordingly eutrophication in the receiving water body, • Creation of dead zones for the aquatic organisms, • Change and/or decrease in the variety of living beings in the environment, • Contamination of groundwater and drinking water sources, • Change in the physical conditions of the environment and surrounding areas (e.g., odour, foam problem, etc.), • Respiratory health problems, skin and eye irritation. Preliminary studies reported that anaerobic systems provide more effective treatment performance than aerobic systems and operating costs of anaerobic systems are lower in the treatment of wastewaters contaminated especially with Type II ADF. For this reason, it is more feasible to treat/manage the wastewaters contaminated with these fluids by anaerobic systems at the source of the pollution. Since the wastewater contaminated with ADFs have high COD concentrations that might seriously affect the biological systems at the WWTPs; ADF ratios should be at optimum/appropriate rate inside wastewater in order to treat easily. The aim of this study is to investigate anaerobic treatability of domestic wastewaters contaminated with ADFs (i.e., including high organic matter) at certain ratios by a high-rate anaerobic reactor namely the upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactor. Besides, the biogas yield and the change in the ADF were also evaluated during anaerobic treatment next to conventional parameters such as total COD (tCOD), soluble COD (sCOD), pH, alkalinity, etc. UASB reactor occupies an important place among energy technologies. In these systems, wastewaters with high organic content could be treated, less space is needed for treatment and biogas can be obtained as a renewable energy source. Within the scope of the study, it is also aimed to investigate the change in microbial species in the biomass samples taken at certain intervals during the operation to understand the effect of these types of ADFs having high PG contents on the microbial cultures during anaerobic treatment. In the thesis, first of all, the purpose, scope and importance of the study was defined. The second part includes a literature review by giving general information about the subject and anaerobic biotechnology, the main characteristics of the ADFs, and the treatment methodologies of the wastewaters contaminated with ADFs. Moreover, the previous studies about the related subject were evaluated and main conclusions were given in this part. After this part; materials and the methods used during the study are given in detail in the third section. Also, in this section, the characteristics of the raw domestic wastewater, pure Type II ADF, and domestic wastewater contaminated with Type II ADF as well as the operating conditions of the bioreactors (batch and UASB) are given. In the fourth 'Results and Discussion' section; conventional parameters pH, alkalinity, tCOD, sCOD, total suspended solids (TSS), volatile suspended solids (VSS), biogas productions, PG, and volatile fatty acids (VFAs) are measured. In the last 'Conclusion' part; the main findings/remarks obtained within the scope of this study are presented and necessary future works are evaluated. According to the results, high biogas productions occur during anaerobic batch treatment of domestic wastewaters contaminated with Type II ADF until a certain ratio whereas biogas production from the UASB reactor indicated relatively lower yields. In the first study with batch system, a total of 9 reactors were run with Type II ADF in the domestic wastewater with the following ratios; 0% (control), 0.83%, 1.01%, 1.20%, 2.24%, 2.83%, 3.08%, 3.45%, and 4.20%. Results in terms of biogas yield and tCOD removal, the optimum ADF ratio was found as as 0.83% and 1.01%, respectively. The removal efficiencies of tCOD and sCOD at these ADF ratios changed between 90-97%. In addition, the highest biogas yield in the reactor with 0.83% ADF was found as about 0.404 m3/kg sCODinfluent. Moreover, biogas yields decreased dramatically in the reactors where ADF ratios were ≥ 1.20% which might be due to the fact that high ADF ratios caused an increase in VFAs so that the methanogens could be inhibited at pH values lower than optimum range. After the determination of the optimum ADF ratio in the domestic wastewater as about 0.83 and 1.01% in the batch study, a high-rate UASB reactor was operated at semi-continuous mode for about 8 months in the second part of this thesis study. During the start-up of the UASB reactor, some of the sludge taken from the batch reactors was used as the inoculum which has been already adapted to Type II ADF. Moreover, raw granular methanogenic sludge was also added into the bioreactor which was supplied from the mesophilic anaerobic reactor of a paper/cardboard industry. The total volume was 1300 m. At start-up; the UASB reactor was operated only with the raw domestic wastewater as the substrate and the ADF ratio was between 0.36-0.54% in the domestic wastewater for about two months (i.e., adaptation on ADF). Afterwards, the ADF ratio in the domestic wastewater was increased to 1.05% as operation continued between 68-154 days (about three months) which then decreased to 0.19% during the last two months due to low biogas productions. Despite of relatively lower biogas production; high COD and TSS removals were obtained during the study. Accordingly, the biogas yields were obtained as 3.9 L/kg sCODinfluent for the first period (ADF=0.36-0.54%), 1.4 L/kg sCODinfluent for the 2nd period (ADF=1.05%), and 1.8 L/kg sCODinfluent for the 3rd period (ADF=0.19%). Moreover, average tCOD and sCOD removals changed between 73-88% and 84-90%, respectively for each period. Hence, findings of this study indicated that Type II ADF might cause inhibitory effect above a certain ratio ≥ 1.05% which was observed more clearly in the high-rate anaerobic system operated at semi-continuous mode. In addition to these results, the microbial communities were identified in order to understand the microbial relationships between bacteria and methanogens as well as how these cultures affect the stability and the performance of anaerobic reactors especially when treating wastewaters contaminated with special pollutants like ADFs. Accordingly, the phyla namely Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes, Fusobacteria, Proteobacteria, Spirochaetes, Synergistetes, Thermotogae and Verrucomicrobia were detected at the last operating days of the 1st period at 0.36-0.54% ADF (t=67 day) and the 2nd period at 1.05% ADF (t=154 day). Among them, Bacteroidetes and Firmicutes were the dominant phyla during the operation of the UASB reactor at increased ADF ratios (from ca. 25% to 30% and from ca. 31% to 32%, respectively). Moreover, three dominant archaeal phyla were detected namely Methanomicrobia, Methanobacteria, and Thermoplasmata and while the relative abundances of Methanomicrobia and Methanobacteria increased, the relative abundance of Thermoplasmata decreased. Additionally, a conceptual design of one module UASB reactor was also done for the year 2019 in order to reflect field-scale conditions better at airports. Not only the findings of this study were used but also the reported aircraft numbers that de-icing application had been done in previous years were taken into consideration during conceptual design. Results indicated that high-rate anaerobic treatment of ADF-contaminated domestic wastewaters could be applicable at controlled feeding and operating conditions with reasonable biogas and energy productions. Accordingly, about 920 m3/day biogas production equivalent to ca. 4340 kWh total energy (electricity and heat) generation could be obtained by the UASB reactor treating about 0.5% Type II ADF included domestic wastewater.
Effect of microwave pretreatment on fate of antimicrobials and conventional pollutants during anaerobic sludge digestion and biosolids quality for land application
Sludge management in wastewater treatment plants is still one of the most pressing issues due to dramatic increases in sludge production, high sludge handling/disposal costs and increasing stringent regulatory restraints. There is a substantial effort to explore and develop cost-effective and sustainable strategies and technologies for reduction and minimization of excess sludge production all over the world. Agricultural use of stabilized municipal wastewater sludge is known as the most economically and environmentally accepted disposal option because of providing essential nutrients and organic matter back to the soil. Anaerobic digestion is one of the most widely used sludge stabilization methods. However, slow and limited solubilization of waste activated sludge during the hydrolysis step (the rate-limiting) is the bottleneck of conventional anaerobic digestion with longer retention time requirements and lower organic degradation efficiencies. To overcome this limitation, several studies have focused on different sludge pretreatment technologies to disintegrate the complex structure of sludge floc and enhance the rate of methane production in smaller bioreactors. As an effective thermal pretreatment method, microwave (MW) irradiation has become attractive by boosting anaerobic digestion of waste sludge, improving pathogen destruction and digestate dewaterability as well as having additional advantages (e.g. rapid heating, compactness, reduction in reaction times) over other sludge pretreatment options. Despite the technological advancements in anaerobic sludge digestion process (e.g. pretreatment prior to anaerobic digestion), presence of "contaminants of emerging concern" such as antimicrobials is creating a potential human and environment health threat against the beneficial reuse of biosolids. Triclosan (TCS: 5-chloro-2-(2,4-dichlorophenoxy)phenol) and triclocarban (TCC: 1-(4-chlorophenyl)-3-(3,4-dichlorophenyl)urea) are broad-spectrum polychlorinated aromatic antimicrobials, mostly used for disinfection and sanitation. They are commonly used as active ingredients in many personal care products (e.g. soap, shower gels, shampoos, toothpastes, cosmetics) as well as household consumables (e.g. plastic additives, carpets, textiles) in daily life. Partial degradation of triclosan and triclocarban during treatment processes is led to the formation of new transformation products in wastewater treatment plants. There has been an increasing concern about the high concentrations of these antimicrobials in sludge due to their high lipophilicity and poor biodegradability. When biosolids are applied to land, existing and potential endocrine-disrupting effects of triclosan and triclocarban and/or their transformation products are another area of concern. There is limited knowledge of the occurrence and behavior of antimicrobials in solid matrices, as most of the researches to date has focused on the identification and quantification of these compounds in aqueous matrices due to the complex composition of sludge and the limited analytical methods for solid matrices. Even though MW irradiation has been studied extensively on sludge disintegration and performance of anaerobic sludge digestion, no previous studies have been conducted to investigate the effectiveness of MW irradiation on the fate of multi-purpose antimicrobials particularly triclosan and triclocarban, during advanced anaerobic sludge digestion. The aim of this study is to investigate the effect of MW pretreatment on transformation of triclocarban and triclosan during anaerobic sludge digestion as well as performance of anaerobic digesters and biosolids quality for land application. The effects of MW final temperature and holding time configurations were studied employing by ten bench-scale anaerobic digesters fed with mixed sludge under thermophilic (55 ± 1°C) and mesophilic (35 ± 1°C) conditions at different sludge retention times (SRTs: 20, 12, and 6 days). MW irradiation was applied to the dewatered waste activated sludge at high solids concentration for minimizing energy consumption during pretreatment and maximizing net energy generation. The focus of the preliminary studies was to evaluate the effects of MW pretreatment intensity on the degree of disintegration/solubilization of four different mixed sludge samples. Dewatered sludge samples were irradiated to desired final temperatures of 80 and 160°C which represented the low- and high-temperature pretreatment conditions, respectively. After reaching the desired final temperatures at a constant heating ramp rate of 2.25°C/min, samples were held for 1 or 30 minutes which indicated fast and slow thermal pretreatment, respectively, to assess the effect of both MW pretreatment temperature and holding time. Un-pretreated or pretreated thickened waste activated sludge samples were mixed with raw fermented primary sludge to obtain the different mixed sludge samples before fed to digesters. Increasing MW final temperature and holding time enhanced the particulate chemical oxygen demand and biopolymers (i.e. protein, humic acids and sugar) solubilization of mixed feed sludge. MW final temperature had significantly higher effect on solubilization than holding time. Ten bench-scale anaerobic digesters (5 thermophilic and 5 mesophilic) were set-up with the inocula from existing bench-scale digesters utilizing the mixed municipal sludge from wastewater treatment plant located in Kelowna, British Columbia, Canada. Upon completion of acclimation stage, the digesters were operated in a semi-continuously fed mode (once a day, 7 days/week) at SRTs of 20, 12 and 6 days, under the corresponding organic loading rates of 1.45 ± 0.13, 2.50 ± 0.21 and 5.18 ± 0.31 g volatile solids/L/day, respectively. The operation of ten digesters was first started at a conventional SRT of 20 days and continued for a period of 67 days after the steady-state conditions established. Then, the SRT of each digester was reduced to 12 days, and finally reduced to 6 days, respectively. All digesters showed stable performance even at the lowest SRT indicating that increasing organic loading rates did not affect anaerobic digestion performance within the evaluated range with volatile solids removals above 45%. During the anaerobic digestion operations, daily specific biogas volume were in the range of 485 - 580 mL and 501 - 590 mL/g VSfed, respectively for thermophilic and mesophilic temperatures. The methane contents in all digesters' headspace were 70 ± 2, 68 ± 1 and 65 ± 1% for SRTs of 20, 12 and 6 days, respectively. Regarding biogas production, the final MW temperature had a statistically significant effect on biogas improvement for mesophilic temperature, whereas MW holding time played a statistically significant role under thermophilic temperature. At different MW temperatures, longer holding time increased volatile fatty acid (VFA) accumulation in thermophilic digesters at the shortest SRT of 6 days. No enhancement in biogas production (over the respective control) was observed from the thermophilic digesters which were pretreated for longer exposure durations (30 min). It is probable that the extreme pretreatment combinations applied to sludge can cause the formation of complex compounds which can be refractory & slightly inhibitory and/or hard to digest anaerobically. This condition may finally cause to generate less biogas potential/VFA accumulation even under relatively stable operation. On the other hand, under mesophilic temperature, methane formers in digester with pretreated at the most intensive condition (160°C-30 min) were still able to convert organics into biogas more effectively with low total VFAs concentrations compared to thermophilic counterparts. Up to 21% higher improvements in volatile solids removal was achieved by MW pretreatment followed by anaerobic digestion. Based on the improvement results in specific biogas yield and volatile solids removal, it can be concluded that anaerobic digestion systems combined with MW pretreatment were able to tolerate 15 - 20% higher loading rates compared to control digesters for the SRT of 6 days. This situation may allow full-scale digestion facilities to operate at higher loading rates with smaller digester volume requirements while reaching the same or better organic removal efficiency. The effect of MW pretreatment was evaluated on environmental concentrations of TCC, TCS and their transformation products in digester effluent streams (un-pretreated and MW-pretreated digestates) as well as digester influent streams (raw and MW-pretreated mixed sludge). All sludge samples were quantified in total (sorbed and aqueous) and aqueous (supernatant) phases using ultra-high performance liquid chromatography combined with an electrospray ionization probe and a triple quadrupole mass spectrometer (UHPLC-MS/MS). MW pretreatment enhanced the removal of persistent antimicrobial TCC from treatment sludge by 29 to 64%. However, neither MW final temperature nor duration had discernible impact on persistent TCS removal during sludge pretreatment. TCC and TCS showed different occurrence and behaviour patterns during the advanced anaerobic digestion coupled with MW pretreatment. Under both thermophilic and mesophilic conditions, the effluent concentrations of TCC in the advanced digesters fed with high-temperature pretreated mixed sludge (160°C), were significantly lower than that of in low-temperature (80°C), especially at SRT of 12 days. Reductive dehalogenation product (carbanilide) of TCC was detected and quantified for the first time during advanced anaerobic sludge digestion. On the other hand, the highest reduction in concentration of TCS was obtained from advanced digester, which was pretreated at high temperature (160°C) and long exposure duration (30 min), at SRT of 12 days, under thermophilic temperature. This research demonstrated that advanced anaerobic digestion using MW pretreatment could be used to remove environmental concentrations of TCC and TCS, which are commonly found in the sludge and biosolids. The effect of MW pretreatment was evaluated on digested biosolids quality which is associated with the presence of trace elements (heavy metals), pathogens and vectors before used as agricultural or reclaimed-land soil amendment. In terms of pathogen limits, thermophilic digesters produced Class A biosolids with less restriction for land application. Digestates from the mesophilic digesters was able to obtain Class B classification with pretreated digesters resulting in lower fecal coliform densities than the control. Almost all thermophilic & mesophilic digestates meet Class A criteria based on metal contents for land application. Acceptable vector attraction was also attained in all digesters with volatile solids removals more than 38%. An energy analysis was performed for the control (representing conventional digestion) and MW-pretreated digesters, in terms of net energy as electricity and heat to evaluate the feasibility of MW pretreatment for full-scale application. Sludge concentration subjected to MW pretreatment was found to have a substantial impact on total input energy. High-temperature MW pretreatment produced the high amount of extra heat with a combined heat and power system that can be utilized within/outside the plant. However energy recovered from the enhanced methane production was not sufficient to cover the electrical energy consumed by MW.
Aktif çamur sistemleri için dinamik simülasyon programı tasarımı
Atıksu debisinin, kirletici madde konsantrasyonlarının ve bileşenlerinin zamansal değişiklikler göstermesi atıksu arıtma proseslerinin dinamik özellikte olmasına yol açmaktadır. Günümüzde, atıksu arıtma proseslerindeki dinamik davranışların sebep olduğu karmaşık ilişkilerin kontrol ve tahmin edilmesinde matematiksel modeller ve bilgisayar simülasyonları yaygın olarak kullanılmaktadır. Atıksu arıtma tesislerinde (AAT) biyolojik organik karbon gideriminin yanı sıra azot gibi besin maddelerinin atıksudan uzaklaştırılması, alıcı su ortamı kalitesinin korunması bakımından önem arz etmektedir. Uluslararası Su Kuruluşu (IWA) tarafından geliştirilmiş biyokimyasal süreçlerinin matematiksel olarak modellendiği ASM1 ve ASM3 modellerinin karbon ve azot giderimi yapabilen aktif çamur sistemlerinde uygulanması genel kabul görmüş bir durumdur. Söz konusu modellerin uygulanabilmesi bilgisayar programlarının yardımıyla mümkün olmaktadır. Dünya genelinde AAT modelleme çalışmalarında kullanılmak üzere tasarlanmış dinamik simülasyon programları mevcuttur. Bu programlar tesis tasarımı, proses optimizasyonu ve eğitim amacıyla kullanılmaktadır. Buna karşın, bilindiği kadarıyla ülkemizde aktif çamur sistemlerinin dinamik simülasyonu için geliştirilmiş herhangi bir bilgisayar programı mevcut değildir. Bu tez çalışması kapsamında ülkemizde bu alanda yapılması muhtemel çalışmalara katkı verebilmek için, içerisinde karbon ve azot giderimine imkân veren AAT konfigürasyonlarının yer aldığı bir dinamik aktif çamur simülatörü programının tasarlanması amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında karbon ve azot giderimi için uygun olan AAT konfigürasyonları tespit edilmiştir. Bunlar; klasik aktif çamur (aerobik), Modifiye Ludzack-Ettinger (MLE) ve 4 kademeli Bardenpho konfigürasyonlarıdır. Yalnızca aerobik reaktör içeren klasik aktif çamur konfigürasyonunda esas olarak organik karbon giderimi hedeflenirken, uygun çamur yaşı koşullarında nitrifikasyon da gerçekleşmektedir. Ancak, bu konfigürasyon azotun atıksudan uzaklaştırılmasını sağlayacak denitrifikasyon prosesi için uygun değildir. MLE konfigürasyonunda ise sistemde yer alan anoksik reaktör sayesinde denitrifikasyon mümkün olmaktadır. Programın son konfigürasyonu olan 4 kademeli Bardenpho'da ise MLE konfigürasyona ilaveten bir anoksik ve oksik reaktör daha bulunmaktadır. Üst seviyede azot gideriminin hedeflendiği tesislerde 4 kademeli Bardenpho konfigürasyonu tercih edilmektedir. Programda yer alacak aktif çamur konfigürasyonlarının belirlenmesinin ardından biyokimyasal proses modeli oluşturma çalışmalarına geçilmiştir. Bu amaçla karbon ve azot giderimi proseslerini içerisinde barındıran ASM1 ve ASM3 modelleri ayrıntılı olarak araştırılmıştır. Proses modeli oluşturma çalışmasının sonucunda dünya genelinde sıklıkla kullanılan ASM1 modelinin, simülatörün biyokimyasal proses modeli iskeletini oluşturması kararlaştırılmıştır. Buna ilaveten, ASM3 modelinde yer alan içsel solunum ve anoksik heterotrofların içsel solunumu prosesinin normal heterotroflardan ayrı olarak tanımlanması konseptleri, ana proses modeline adapte edilmiştir. Son olarak ASM1 modelinde tek yolla tanımlanan biyoloparçalanabilen organik maddenin hidrolizi yaklaşımı yerine paralel hidroliz yaklaşımı proses modeline ilave edilmiştir. Bu çalışmaların sonucunda 14 bileşen ve 10 prosesten meydana gelen nihai biyokimyasal proses modeli elde edilmiştir. Aktif çamur sistemlerinde biyoreaktörlerin yanı sıra biyokütlenin ve diğer partiküler maddelerin sudan ayrıldığı çöktürme üniteleri de bulunmaktadır. Ayrıca, çöktürme ünitelerinde ayrılan biyokütle, biyoreaktörlere geri devrettirilerek sistemdeki mikroorganizma konsantrasyonunun kontrolü sağlanır. Bu nedenlerden dolayı aktif çamur simülatörü tasarımının çöktürme modeli veya modelleri de içermesi gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, özellikle karbon ve azot gideren sistemlerin biyokimyasal modelinin oluşturulması üzerinde durulmuştur. Bu sebeple, çöktürme modeli olarak çöktürme verimi kabulüne dayalı basit bir yaklaşım esas alınmıştır. Aktif çamur modellerinin dinamik simülasyonu, sistemde yer alan tüm reaktörler veya hesap noktalarında her bir bileşen için yazılan kütle dengesi denklemlerinin çözülmesi ile gerçekleştirilebilir. Aktif çamur prosesindeki kütle dengesi denklemleri lineer olmayan diferansiyel denklem sınıfına girmektedir. Bu denklemlerin analitik olarak çözülmesi mümkün olmadığı için sayısal yöntemler çözüm metodu olarak tercih edilmektedir. Bu çalışmadaki kütle dengesi denklemlerinin çözümünde Euler integrasyonu sayısal yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca, kütle dengesi denklemleri, reaktörlerin tam karışımlı olduğu kabulüne göre yazılmıştır. Aktif çamur simülatörü tasarımında tüm bu teorik konseptin oluşturulmasının ardından uygulama aşamasına geçilmiştir. Uygulama aşamasındaki programlama ihtiyaçları için MATLAB™ genel amaçlı yazılımı kullanılmıştır. Programlama yapısı; veri okuma, işlemci, grafik oluşturma ve sonuç yazdırma komut dosyaları olmak üzere dört parçalı olarak tasarlanmıştır. Buna ilaveten, MATLAB™ ve Excel programlarının bağlantılı çalışabilmelerinden faydalanılarak, veri girişi ve sonuçların görüntülenmesi için programın kullanıcı ara yüzü olarak Excel dosyaları kullanılmıştır. Simülasyonun başlatılması ve sürdürülmesi için gerekli veriler, Excel veri dosyası aracılığıyla programa girilmektedir. Bu dosya, zaman ve tasarım, model katsayıları, giriş atıksuyu karakterizasyonu, KOİ ve azot fraksiyonasyonu, model bileşenleri başlangıç değeri ve grafik seçimi Excel sayfalarından oluşmaktadır. Konvansiyonel kirletici parametrelere (KOİ, TN, vb.) ve model bileşenlerine ait simülasyon sonuçlarının günlük ve saatlik zaman serileri olarak görüntülenebilmesi için, sonuçlar, MATLAB™'da düzenlenerek Excel veri çıkışı dosyasına yazdırılmıştır. Programın tasarım aşaması tamamlandıktan sonra biyokimyasal proses modeli, tam ölçekli bir AAT'ye ait veri seti kullanılarak test edilmiştir. Söz konusu AAT gerçek hayatta Johannesburg konfigürasyonu ile işletilmektedir. Ancak, tasarlanan simülatörde Johannesburg konfigürasyonu yer almadığından dolayı söz konusu tesisin konfigürasyonunu simülatörde yer alan MLE konfigürasyonuna benzetmek için tesisin geri devir hattındaki anoksik hacim, ana proses hattındaki anoksik reaktör hacmine ilave edilmiştir. Buna ilaveten, AAT proses konfigürasyonunda fosfor giderimi için bulunan anaerobik reaktör hacmi simülasyonda dikkate alınmamıştır. Bu kabuller ile birlikte söz konusu tesise ait 365 günlük veririnin 220 günlük kısmı kalibrasyon, geriye kalan kısmı ise doğrulama aşamasında kullanılarak simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Kalibrasyon ve doğrulama aşamalarında elde edilen simülasyon sonuçları AAT çıkış verileri ile kök ortalama kare hatası (RMSE) istatiksel yöntemi kullanılarak karşılaştırılmıştır. Kalibrasyon sonucunda RMSE değeri amonyak azotu için 1,28, nitrat azotu için 1,54 olarak hesaplanmıştır. Doğrulama aşamasında ise amonyak azotu ve nitrat azotu için hesaplanan RMSE değeri 1,50'dir. Bu sonuçlar başka bir AAT modelleme çalışması sonuçları ile karşılaştırıldığında bu tezdeki modelin kabul edilebilir sınırlar dahilinde kalibre edildiği ve doğrulandığı anlaşılmaktadır. Buna ilaveten, model bileşenlerinin kalibrasyon aşamasındaki hata oranlarının validasyon aşamasındaki devamlılığını analiz etmek için Janus katsayıları hesaplanmıştır. Buna göre, amonyak ve nitrat azotu için sırasıyla 1,17 ve 0,97 olarak hesaplanan Janus katsayılarının, daha önce yapılmış bir AAT modelleme çalışmasındaki Janus katsayıları göz önüne alındığında güvenilir sınırlar içerisinde olduğu anlaşılmaktadır. Modelin test edilme sürecinin tamamlanmasının ardından tasarlanan simülatörün hesaplama doğruluğunu test etmek için bu çalışmada oluşturulan proses modeli AQUASIM programına aktarılarak aynı şartlarda çalıştırılmıştır. Buna göre bu tez çalışmasında tasarlanan dinamik aktif çamur simülatörünün 10-4 gün hesap zaman adımını kullanarak verdiği sonuçların AQUASIM programı ile elde edilen sonuçlarla uyumlu olduğu tespit edilmiştir. Bu tez çalışması kapsamında tasarlanan dinamik aktif çamur simülatörü son olarak çalışma süresi bakımından test edilmiştir. Test işlemi sırasında sabit disk kapasitesi 222 GB SSD, işlemci hızı normal 2,6 GHz, maksimum 3,2 GHz ve bellek kapasitesi 8 GB özelliklerine sahip ortalama bir bilgisayar kullanılmıştır. Veri okuma, hesaplama (işlemci), grafik oluşturma ve hesaplamadan elde edilen verileri tablolara aktarma işlemlerinin tümünün gerçekleştirildiği 365 günlük simülasyonlarda elde edilen çalışma sürelerine göre; 28 kütle dengesi denklemi içeren Aerobik konfigürasyon (klasik aktif çamur) simülasyon süresinin 1,6 dakika, 42 kütle dengesi denklemi içeren MLE konfigürasyonu simülasyon süresinin 5,6 dakika ve 70 kütle dengesi denklemi içeren 4 kademeli Bardenpho konfigürasyonu simülasyon süresinin 11,0 dakika olduğu tespit edilmiştir. Son olarak, simülatörün toplam çalışma süresi içerisinde her bir komut dosyasının kapladığı zaman dilimi de incelenmiştir. Buna göre, işlemci ve sonuç yazdırma komut dosyalarının simülatörün toplam çalışma süresi içerisinde önemli bir paya sahip olduğu tespit edilmiştir.
Yayılı kirletici kaynakların yönetiminde yapısal en iyi yönetim uygulamalarının giderim verimi-maliyet ilişkisi
Günümüzde, dünyadaki hızlı nüfüs artışı ve artan sanayi faaliyetlerinin bir sonucu olarak su kaynakları başta olmak üzere çevre kirliliğinde önemli ölçüde artış meydana gelmiştir. Bu artışa paralel olarak artmakta olan farklı amaçlar için kullanılan su miktarı ise, temiz suya olan talebi giderek artırmaktadır. Tüm bunlar göz önüne alındığında, su kaynaklarının korunması ve sürdürülebilir biçimde yönetilmesinin önemi daha net bir şekilde ortaya çıkmaktadır. Gelişen arıtma teknolojileri sayesinde, günümüzde evsel ve endüstriyel kaynaklardan gelen noktasal kirlilik oldukça rahat bir şekilde kontrol altına alınabilmektedir. Öte yandan, su kaynaklarını tehdit eden en önemli etkilerden olan yayılı kirliliğin giderilmesi ve su kalitesinin iyileştirilmesi ise, hala çözülmeyi bekleyen konular arasındadır. Son yıllarda, yayılı kirlilik ile mücadele amacıyla geliştirilmiş, düşük maliyetli ve basit teknolojili sistemler olan "En İyi Yönetim Uygulamaları", farklı tip ve karakterizasyonda atıksuyun yanı sıra, yağmur suyu arıtımı için de kullanılan başlıca yöntemler arasında yerini almıştır. Ülkemiz genelinde, özellikle kırsal kesimlerde, yaygın olarak yürütülen tarım ve hayvancılık faaliyetleri göz önüne alındığında, yayılı kirliliğin çözülmesi gereken önemli sorunlardan biri olduğunu söylemek mümkündür. Ülkenin karşı karşıya olduğu bu sorunun çözümü için en efektif yollardan biri olan En İyi Yönetim Uygulamaları'nın gerçek ölçekte kullanımı ise, ne yazık ki, çok yaygın değildir. Bu uygulamaların kullanımının ülke genelinde yaygınlaşabilmesi için, uygulamaya alınma aşamasında kullanıcı için en önemli parametrelerden biri olan maliyet parametresinin bilinmesi oldukça önemlidir. Bu nedenle, çalışma kapsamında, T.C. Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı tarafından 11.02.2017 tarih ve 29976 sayılı Resmi Gazete'de yayımlanarak yürürlüğe giren "Sularda Tarımsal Faaliyetlerden Kaynaklanan Nitrat Kirliliğinin Önlenmesine Yönelik İyi Tarım Uygulamaları Kodu Tebliği" (Tebliğ No: 2016/46) içerisinde de adına yer verilmiş olan yapay sulak alan, stabilizasyon havuzu, çimlendirilmiş suyolu, filtre şerit sistemi ve hayvan gübre çukuru uygulamaları için örnek tasarımlar yapılmış ve giderim verimi-maliyet eğrileri oluşturulmuştur. Maliyete ilişkin eğriler, uygulamaların işletmeye alınması ve bir yıllık işletme-bakım faaliyetleri olmak üzere iki farklı kaynak için ayrı olarak sunulmuştur. Uygulamaların tasarımında kullanılan parametrelerin, uygulama yapılacak zaman ve bölgenin iklim ve coğrafik koşulları gibi çeşitli faktörler doğrultusunda değişiklik göstereceği göz önüne alınmış ve tüm parametreler değiştirilebilir olarak düzenlenerek tasarım yapılmıştır. Bu sayede, kullanıcıların tüm tasarım parametrelerini mevcut duruma göre uyarlayabilmeleri ve kendilerine özgü tasarım yapabilmeleri sağlanmıştır. Çalışma sonucunda elde edilen giderim verimi-maliyet ilişkisine ait eğrilerin, yapılacak ön fizibilite çalışmalarına yardımcı olması ve kullanıcılar için karar verme safhasında bir destek görevi görmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın birinci bölümünde; yapılan çalışmanın anlam ve önemi vurgulanarak, amaç ve kapsamı açıklanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde; yayılı kirlilik kavramı ele alınarak, yayılı kirlilik kaynakları ve yayılı kirletici parametreler hakkında kısa bir bilgi verilmiş, ve En İyi Yönetim Uygulamaları üzerinde durulmuştur. En İyi Yönetim Uygulamaları'nın tanımı, önemi ve sınıflandırılması ile ilgili açıklamalar yapılmış ve yapısal sınıflandırma kapsamında yer alan sulak alan, stabilizasyon havuzu, filtre şerit, çimlendirilmiş suyolu ve hayvan gübre çukuru detaylı olarak incelenmiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünde; yapısal En İyi Yönetim Uygulamaları'ndan Yüzeyaltı Dikey Akışlı (YDA) sulak alan, fakültatif stabilizasyon havuzu, olgunlaştırma havuzu, filtre şerit, çimlendirilmiş suyolu ve hayvan gübre çukuru için, giderimde etkili oldukları farklı parametreler (TN, TP, Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ), sediment) temelinde verimleri baz alınarak örnek tasarımlar yapılmış ve oluşturacakları maliyet hesaplanmıştır. Çalışmanın dördüncü bölümünde; Yüzeyaltı Dikey Akışlı (YDA) sulak alan, fakültatif stabilizasyon havuzu, olgunlaştırma havuzu, filtre şerit, çimlendirilmiş suyolu ve hayvan gübre çukuru için elde edilen giderim verimi-maliyet ilişkisine ait fonksiyon ve grafikler sunulmuştur. Farklı parametrelere (TN, TP, BOİ, sediment) ait giderim verimleri için sistemlerin maliyetlerinin kıyaslamaları yapılmış ve aradaki farkların sebepleri yorumlanmıştır. Çalışmanın beşinci bölümünde; çalışma genel olarak değerlendirilmiş ve ileride yapılacak olan çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur. Çalışma sonucunda, BOİ gideriminde en yüksek maliyetin fakültatif stabilizasyon havuzunda olduğu görülmüştür. TN ve TP gideriminde ise, stabilizasyon havuzlarının evsel atıksu, filtre şerit sisteminin ise yüzey akışı iyileştirme amacıyla kullanılması dolayısıyla, sistemler arası bir maliyet karşılaştırması yapmanın doğru bir yaklaşım olmayacağını söylemek mümkündür. Diğer bir önemli parametre olan sediment gideriminde ise en yüksek maliyet çimlendirilmiş suyolunda oluşurken, en düşük maliyet filtre şerit sisteminde gerçekleşmiştir. Tüm sistemlere bakıldığında, en düşük maliyetin filtre şerit sisteminde oluştuğu görülmüştür. Filtre şerit sisteminin maliyetinin düşük olması, yapı malzemesi içermemesi ve bakımının kolay olması ile açıklanabilir. Elde edilen sonuçlara bakılarak, kullanılacak En İyi Yönetim Uygulaması'nın seçiminde giderilmek istenen kirleticinin önemli bir rolü olduğu söylenebilir. Bunun yanında, kullanılacak En İyi Yönetim Uygulaması'nın seçiminde özellikle uygulama yapılacak alanın coğrafik, jeolojik ve topografik özellikleri ile iklim koşullarının da dikkate alınması oldukça önemlidir. Çalışmada ele alınan sistemlerin, fonksiyonlarını doğal arıtma yolu ile gerçekleştirdikleri göz önüne alındığında, çevresel diğer parametreler (iklim, sıcaklık, topografik yapı vb.) ve farklı tasarım opsiyonlarının de etkisiyle verimlerinin çok hızlı bir şekilde değişebileceği unutulmamalıdır. Çalışmada tasarımı yapılan uygulamalar birer örnek niteliğinde olup, kullanıcı tarafından mevcut duruma uygun olarak düzenlenerek tasarım yapılması, ön fizibilte çalışmasının daha doğru bir şekilde yapılması ve dolayısıyla oluşacak maliyetin daha net olarak öngörülmesine katkıda bulunacaktır.
Süt endüstrisi atıksuyu ve organik evsel katı atığın hammadde olarak kullanılmasıyla karışık kültürden polihidroksialkanoat (PHA) eldesi
Petrol türevli plastikler yaygın kullanımlarına rağmen doğada çok uzun süreler bozunmadan kalması ve çevreye olan zararlarıyla bilinirler. Günümüzde bu plastiklerin yerini almaya aday olan biyoplastikler yenilenebilir biyokütle kaynaklarından elde edilen bir plastik türüdür fakat biyoplastikler yüksek maliyetlerinden dolayı dünyada halen yeterli endüstriyel üretim seviyesine ulaşamamışlardır. Bu sebeple bu yüksek lisans tez projesinin amacı biyoplastiklerin hammaddesi olan polihidroksialkanoat (PHA) üretiminde, PHA depolayan mikroorganizmaların karışık kültür içeren atık aktif çamurdan sağlanması, yüksek maliyetten sorumlu faktörlerden biri olan karbon kaynağı olarak atıksu ve/veya katı atıklar kullanılması ile hem maliyetin düşürülmesi hem de atıkların yenilenebilir kaynak olarak değerlendirilip atığın faydalı ürüne dönüştürülmesidir. Bu amaca yönelik olarak PHA depolanması, depolama miktarının arttırılması ve sistem konfigürasyonunun belirlenmesini hedefleyen deneysel bir çalışma yürütülmüştür. Bu çalışmada hammadde olarak süt endüstrisi atıksuyu ve evsel organik katı atık (gıda atığı) kullanılmıştır. Çalışma üç aşamada yürütülmüştür. Birinci aşamada PHA depolayan mikroorganizma grubunun üretilebilmesi için sentetik evsel atıksu ile beslenen ve açlık-tokluk rejimi ve anaerobik-aerobik-anoksik rejimde işletilen iki ayrı ardışık kesikli reaktör (AKR) işletilmiştir. İşletme esnasında açlık-tokluk rejiminde 3 ve 6 gün, anaerobik-aerobik-anoksik rejimde 8 ve 12 gün olmak üzere ikişer farklı çamur yaşı denenmiştir. Her bir reaktör 96 gün çalıştırılmış ve 12 gün sentetik atıksuya UYA beslemesi yapılmıştır. Reaktörlerden atılan çamurda kesikli PHA depolama deneyleri gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada hammadde kaynağı olarak seçilen süt endüstrisi atıksuyu ve organik katı atıkların asidifikasyonu amacıyla fermantasyon deneyleri yapılmıştır. Deneyler her iki karbon kaynağı için de farklı F/M oranlarında (1, 2,5, 5, 10) 6 gün yürütülmüş ve optimum değeri veren koşullar 4. gün ve F/M=10 olarak belirlenmiştir. Asidifikasyon deneyi sonuçlarına göre, seçilen koşullarda süt endüstrisi atıksuyunun üst suyundan 7,2 gKOİ/L, organik katı atık üstsuyundan ise 5,8 gKOİ/L uçucu yağ asidi (UYA) elde edilmiştir. Üçüncü aşamada ise kültür seçilimi yapılan biyokütle ve ön deneylerin verilerine göre tekrarlanan fermentasyon deneylerinden elde edilen UYA, PHA üretimi için uygun işletme koşullarını araştırmak üzere kesikli deneyler yürütülmüştür. Kesikli deneyler toplamda 6 set için farklı F/M oranlarında denenmiş ilk iki sette elde edilen verilere göre değişkenler indirgenerek diğer 4 sete uygulanmıştır. PHA üretiminde en yüksek verim organik katı atıktan sağlanmış olup kuru biyokütle ağırlığı başına %67,3 PHA içeriği açlık-tokluk rejimiyle zenginleştirilmiş çamur yaşı 3 gün olan biyokütle ile elde edilmiştir. Hammadde olarak süt endüstrisi atıksuyu kullanılması durumunda ise PHA içeriği %4,9 değerinde kalmış olup çamur yaşı 8 gün olan anaerobik-aerobik-anoksik biyokütleden elde edilmiştir. Bu çalışmada, atıkların (özellikle gıda atıklarının) hammadde kaynağı olarak kullanılmasıyla, PHA depolama kabiliyeti olan alışmış atık aktif çamurun bulunduğu atıksu arıtma tesislerinde kurulabilecek fermentasyon sistemleri ile entegre çalışarak biyopolimer üretimi yapılabileceği gösterilmiştir.
Türkiye'nin endüstri ve ısınma kaynaklı emisyon envanterinin grid sistemine aktarılması ve EMEP ile EDGAR verileriyle mukayesesi
Bu çalışmanın temel amacı, Türkiye' nin hava kirliliği envanterinin oluşturulması, kolay anlaşılır haritalar üretilmesi ve böylelikle ülke atmosferine salınan kirleticilerin hangi bölgelerde yoğunlaştığının rahatlıkla değerlendirebilmesidir. Oluşturulması hedeflenen haritalar için, 2014 yılında gerçekleştirilmiş olan, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Programı Tez çalışmasında ulaşılmış olan Türkiye' de enerji ve endüstri kaynaklı emisyonlar ve konut ısınma sistemlerinden kaynaklanan emisyonların mekansal dağılımları ile EMEP (Avrupa İzleme ve Değerlendirme Programı) tarafından ülkemiz koordinatlarında gerçekleştirilmiş olan emisyonlar ile EDGAR tarafından yayınlanan emisyonların mekansal dağılımlarından karşılaştırılabilmelerine olanak tanınacak şekilde faydalanılmıştır. Kullanılan sayısal verilere bakılacak olursa; 2014 tarihli çalışmada, elektrik üretim kapasitesi 10 MW' tan büyük fosil yakıt kullanan termik santraller, petrol rafinasyonu, organik kimya endüstrisi, mineral endüstrisi, metalurji endüstrisi, kağıt ve karton endüstrisi, şeker endüstrisi dikkate alınmış, konut ısınma kaynaklı emisyon hesapları ise 81 il ve mevcut ilçelerin tamamında gerçekleştirilmiştir. Hesaplamaların sonucunda, enerji üretim tesisleri için emisyon değerleri CO2, CO, SOx, NOx, NMVOC, TSP, PM10 ve PM2.5 kirleticileri için, kontrolsüz durumlarda sırasıyla 123.587.348 ton/yıl, 11.018 ton/yıl, 2.325.499 ton/yıl, 325.716 ton/yıl, 2.452 ton/yıl, 5.333.215 ton/yıl, 1.343.733 ton/yıl, ve 201.795 ton/yıl olarak; endüstri tesisleri için emisyon değerleri yine kontrolsüz durumlarda sırasıyla için 55.124.263 ton/yıl, 790.861 ton/yıl, 42.737 ton/yıl, 28.609 ton/yıl, 220.055 ton/yıl, 5.834.130 ton/yıl, 3.300.394 ton/yıl, ve 8.920 ton/yıl olarak; endüstriyel tesislerin yakıt kullanımından kaynaklanan emisyonlar kontrolsüz durumlarda CO2, SOx, CO, NOx, NMVOC ve PM10 kirleticileri için sırasıyla 57.663.913 ton/yıl, 156.037 ton/yıl, 156.884 ton/yıl, 69.242 ton/yıl, 15.120 ton/yıl ve 156.844 ton/yıl oalark; son olarak da, konut ısınma sistemlerinden kaynaklanan emisyon değerleri CO2, SOx, CO, NOx, NMVOC, TSP, PM10, PM2.5 ve NH3 kirleticileri için kontrolsüz durumlarda sırasıyla 38.195.817 ton/yıl, 232.559 ton/yıl, 37.471 ton/yıl, 1.059.298 ton/yıl, 136.015 ton/yıl, 108.954 ton/yıl, 127.182 ton/yıl, 124.877 ton/yıl ve 3.803 ton/yıl olarak belirtilmiştir. 2014 tarihli bu çalışmada sayısal veriler, emisyon faktörlerine dayalı olarak formulasyon sonucu elde edilmiştir. EMEP ise verileri, merkez kurmuş olduğu ülkelerin verdiği raporlardan derlemekte ve koordinatlara dayalı olarak oluşturduğu grid sistemlerine aktarmaktadır. Bu güne kadar yoğunluklu olarak 1x1 dereceli ve 0.5x0.5 dereceli grid sistemleri kullanılmakta iken, son dönemde artık çözünürlüğü daha da arttıran 0.1x0.1 dereceli grid sistemi kullanılmaya başlanmıştır. Çalışmada, hem baz alınan tezin sayısal sonuçları hem de EMEP tarafından sisteme işlenmiş olan veriler üzerinden her üç grid sisteminde de haritalar üretilmiştir.Bunun için EMEP tarafından geliştirilmiş olan 0.1x0.1 dereceli grid sistemi baz alınmış, bu sistemdeki veriler üzerinden 0.5x0.5 dereceli ve 1x1 dereceli mekansal dağılım haritaları oluşturulmuştur. Haritaların oluşturulmasında Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) yazılımlarından ARCGIS kullanılmıştır. Ayrıca koordinatların belirlenmesinde Google Earth Pro, verilerin yönetilmesinde de Excell programlarından yararlanılmıştır. Katmanlı yapıda bir yazılım olan ARCGIS, Desktop, Mobile, Server ve Online olmak üzere dört bölümde tasarlanmıştır. Bu çalışmada kullanılan ARCGIS Desktop, ArcInfo, ArcView ve ArcEditor içerisinde bütünleşik olarak gelen ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ArcGlobe ve Model Builder arayüzleri ile haritalama, coğrafi analizler, veri güncelleme, veri yönetimi ve görüntüleme işlemlerini gerçekleştirebilmesine imkan veren entegre bir coğrafi bilgi sistemi yazılımıdır. EMEP' in internet sitesinden Türkiye'ye ait olan 0.1x0.1 dereceli Grid sistemi elde edilmiştir. Bu sistemde Türkiye sınırları dahilinde, 10x10 km2 lik, işlenebilir vaziyette, birebir koordinatları belirlenmiş hücreler bulunmaktadır. Toplam 8611 adet olan bu hücreler, ARCGIS yazılımıyla açılabilmekte ve yazılım üzerinden bu hücreler için veri girişi yapılacak alanlar atanabilmektedir. Bu çalışmada öncelikle, Google Earth Pro kullanılarak, konut ısınma sistemlerinden kaynaklanan emisyonların işleneceği hücreleri belirlemek üzere, Türkiye'nin herbir ilçesinin koordinatları tek tek belirlenerek 0.1x0.1 dereceli grid sistemine aktarılmıştır. Daha sonra, GIS yazılımı üzerinde SOx, NOx, CO, PM10, PM2.5 ve NMVOC alanları tanımlanarak, herbir ilçenin bu emisyonlara ait verileri tanımlanan alanlara işlenmek suretiyle, Türkiye' nin 10x10 km2 lik alanlar halinde herbir kirletici için özel olarak emisyon haritaları oluşturulmuştur. EMEP ve EDGAR tarafından yayınlanan emisyonlar ile tez verileri arasında sağlıklı bir karşılaştırma yapabilmek adına, işlenecek parametreler SOx, NOx, CO, PM10, PM2.5 ve NMVOC olarak belirlenmiştir. EMEP internet sayfasında NOx, NMVOC, SOx, NH3, PM2.5, PM10 , Pmcoars,e CO, Cd, Hg, Pb, PCDD/PCDF, benzo(a), benzo(b), benzo(k) Indeno ve HCB parametrelerine ait, ısınma, endüstri, trafik, gemicilik, tarım vb. kaynaklı emisyonların 0.1x0.1 dereceli grid sistemine aktarılmak üzere hazırlanmış olan (herbir grid hücresinin koordinatlarına ait) listeleri yayınlanmıştır. Anılan internet sayfasından, SOx, NOx, CO, PM10, PM2.5 ve NMVOC kirleticilerine ait, enerji ve endüstri kaynaklı emisyon verilerine ait listeler elde edilmiştir. Ancak, program tarafından yayınlanan veri grupları arasında Türkiye'nin koordinatlarına isabet eden ısınma kaynaklı emisyon verileri bulunmadığından karşılaştırma sadece enerji ve sanayi kaynaklı emisyonlar üzerinden yürütülebilmiştir. Öte yandan, EDGAR programı tarafından yayınlanan veriler ısınma kaynaklı emisyon verilerini de içerdiğinden, tez verileri ile mevcut tüm kaynaklar üzerinden karşılatırma yapabilme imkanı elde edilmiştir. 0.1x0.1 dereceli Grid baz alınarak ArcToolbox (Feature Class) arayüzü üzerinden, 0.5x0.5 dereceli (50x50km2) ve akabinde 1x1 dereceli (100x100km2) yeni Grid sistemleri oluşturulmuş ve her iki sistemde de parametrelere ait veriler, dahil oldukları hücreye tekabül eden alt hücre verilerinin toplanması suretiyle işlenmiştir. Bu sayede, Türkiye'nin hava kirliliği envanterinin görselleştirilmesine de vesile olunmuştur. Hazırlanan haritalar üzerinde yapılan incelemede, EMEP ve EDGAR' dan elde edilen verilerle, 2014 tarihli tez çalışmasından alınan verilerin birebir örtüşmeseler de, özellikle EDGAR verileri ile olumlu olarak tanımlanabilecek bir uyum içerisinde oldukları değerlendirilmiştir. Ayrıca, bu çalışma, hangi kirleticinin hangi bölge ya da bölgelerde yoğunlaştığının görsel bir zemin üzerinde, kolaylıkla incelenmesine fırsat vermiş, emisyonların daha çok, İstanbul, İzmit, Kocaeli, Bursa, İzmir, Ankara, Adana, Kayseri, Gaziantep, İskenderun, Zonguldak, Karabük, Samsun, Konya, Çanakkale, Balıkesir, Kütahya, Eskişehir, Kahramanmaraş dolaylarında yoğun olduğu görülmüştür.
Yeşilırmak havzasındaki durgun su kütlelerinin özümleme kapasitelerinin belirlenmesi
Kentsel ve endüstriyel atıksular, tarım, orman alanları ve hayvancılık faaliyetlerinden gelen yüzeysel akış suları, su kütlelerini fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak doğrudan veya dolaylı bir şekilde etkileyerek mevcut su kalitesini değiştirmektedir. Noktasal ve yayılı kirletici yükleri drenaj alanı içerisinde mansaba doğru taşınmakta ve havza büyüklüğüne bağlı olarak, drenaj alanında birden fazla su kütlesi olabilmektedir. Su kütlesinin kendi drenaj alanı içerisinde de kirletici yükleri membadan mansaba doğru aktarılmaktadır. Böylece durgun su kütlelerine gelen yükler; noktasal yükler, yayılı yükler ve membadan kaynaklı gelen yükler olmak üzere üçe ayrılmaktadır. Taşınan besi maddesi yükleri taşınım ve dönüşüm süreçlerinden geçerek, su kütlesinin özümleme kapasitesinin aşılmasına bağlı olarak ötrofikasyona sebep olabilmektedir. Ötrofikasyonun doğal süreci jeolojik zamanda yavaş gerçekleşmektedir; fakat antropojenik faaliyetler ile bu süreç hızlanabilmektedir. Durgun su kütlelerinde toplam azot ve toplam fosfor özümleme kapasitelerinin belirlenmesi, ötrofikasyonun önlenmesi ve sucul yaşamın korunması bakımından önemlidir. Bu sebeple ötrofikasyonun akarsu, göl, gölet ve baraj ekosistemeleri üzerindeki etkilerini tahmin edebilmek için modellere ihtiyaç duyulmaktadır. Bunun yanı sıra özümleme kapasitesi ile durgun su kütlelerindeki besi maddelerinin konsantrasyonları, mevcut durum ve baskılara karşı alınacak tedbirler ile ilgili senaryo analizleri de yapılmaktadır. Yeşilırmak Havzası, Karadeniz'e Yeşilırmak Nehri ile drene olan Türkiye'deki 26 havzadan biridir. Havza, Türkiye'nin yaklaşık %5'ini ve yaklaşık olarak 40.000 m2'lik bir alanı kaplamaktadır. Havzanın ana nehri olan Yeşilırmak; Kelkit Çayı, Çekerek Çayı ve Çorum Çayı gibi yan kollar ile havza 5,80 milyar m3 su potansiyeline sahiptir. 2017 nüfus sayımı verilerine göre, havza nüfusu 2.728.147'dir. CORINE 2012 verilerine göre Yeşilırmak Havzası'nın %44'ü tarım arazisi, %37 orman alanı ve yaklaşık %19 mera ve çayır alanından oluşmaktadır. Bu çalışmada Yeşilırmak Havzası'nda bulunan durgun su kütlelerinin, Yerüstü Su Kalitesi Yönetmeliği'nde yer alan Tablo 9'daki su kalitesi ölçütlerine karşılık gelen mezotrofik duruma ulaşmasını sağlamak amacıyla özümleme kapasiteleri belirlenmiştir. Bu su kütlelerinin mevcut besi maddesi yükleri (Toplam Azot ve Toplam Fosfor) altında özümleme kapasitesinin aşılıp aşılmadığı, aşılmışsa ne kadar yük azaltımının gerekli olduğu hesaplanmıştır. Özümleme kapasitesi hesabının yapılabilmesi için çalışma kapsamında Yeşilırmak Havzası'nda bulunan akarsu ve durgun su kütlelerindeki su bütçesi hesaplarını ve durum değişkenleri olarak toplam azot ve toplam fosfor bileşenlerini içeren bir model Excel'de hesap tablosu formatında oluşturulmuştur. Yeşilırmak Havzası su bütçesinin belirlenmesi amacıyla WEAP modeli kullanılarak hidrolojik analizi yapılmıştır. Bunun yanı sıra Yeşilırmak Havzası'nda bulunan noktasal ve yayılı kirleticilerin birim yükleri hesaplanarak, hesap tablosuna girilmiştir. Kentsel ve endüstriyel atıksu deşarjları noktasal kirlilik; tarım, hayvancılık faaliyetleri, orman ve mera gibi arazi kullanımından kaynaklı yükler ise yayılı kirlilik şeklinde ayrılmıştır. Geliştirilen bu model ile taşınım-dönüşüm süreçleri ve su kalitesi kinetiğini içeren matrisler kullanılarak su kütlelerinin özümleme kapasiteleri hesaplanmıştır. Yeşilırmak Havzası'nda 134 adet su kütlesi belirlenmiş olup, bunlardan 53 adedi durgun su kütlesi, 81 adedi ise akarsu su kütlesidir. Yapılan çalışma sonucunda 25 durgun su kütlesinin özümleme kapasitelerini aştığı tespit edilmiştir. Kapasiteleri aşılmış bu durgun su kütlelerine gelen yayılı, noktasal ve memba yükü yüzdeleri belirlenmiştir. Alınacak tedbirler ile özümleme kapasitesi aşılmış durgun su kütlelerini ötrofik durumdan mezotrofik duruma doğru iyileştirmek amacıyla ne kadar yük azaltımı gerektiği hesaplanmıştır. Gelecekte model su kütlelerindeki tabakalaşmayı da dikkate alabilecek şekilde geliştirilebilinir.
Study on improving China's drinking water quality management
With the progress and development of science and technology, the development of drinking water quality standards in China has been evolving, from 1986 Standards for Drinking Water Quality (GB5749-85) to current standard (GB5749-2006), drinking water management has undergone continuous revision and improvement. However, as water pollution situation worsens, the types of potential pollutants may appear in drinking water continue to increase, but the revision frequency of drinking water quality standards in China is rather low, resulting in the lack of control over emerging new pollutants during the implementation of water standards. On top of that, the average testing capability of water quality testing institutions in China is also rather low which results in wasted resources. In addition to technical issues, the quality standards lack related laws and regulations. Lack of legal enforcement makes fully implementing water quality standards difficult. This paper aims at the current status of drinking water quality standards in China, and compares respective standards or guidelines of United States, European Union, World Health Organization, Japan and Russia. The main characteristics and implementation process of various drinking water quality standards have been compared and analyzed, reflecting the differences between China's and other countries' drinking water quality standards and China's backwardness and deficiency in terms of effectively enforcing water quality standards. Then, several methods are proposed to solve the Problems and inadequacies such as increasing the revision frequency of drinking water standards, classifying one standard into different levels suited for different natural, social conditions, establish standard parameters and values based on local water characteristics rather than heavily referencing other standards. In legal aspect, this paper recommends the establishment of a legal framework to safeguard the effective implementation of standards for drinking water quality, eliminating problems such as incomprehensive, non-systematic laws failing to protect drinking water quality in China. Recommendations were made throughout the water supply system including water source, water supply facilities, water quality monitoring facilities, water distribution systems. It is also recommended to motivate public participation with openly shared data and reward penalty policies. Lastly, drinking water safety education integrated into public education is also helpful for raising awareness among younger generations. Through the research of this paper, author hopes to provide a roadmap to improve the development and implementation of China's drinking water quality standards, to ensure safe drinking water supply for the public.
Microalgal biomass and oil production using leachate
Landfill leachate leaking through compressed wastes in landfills overtime, is toxic to natural ecosystem and pose serious health issues for communities and surrounding environment. Since landfill continue to produce leachate (with high concentration of NH4+-N) through out its life span even after closure, this waste stream can be used as a nutrient resource for the growth of microalgae. The dual role of microalgae to remediate leachate (tertiary treatment) and simultaneously produce biomass make them one of the most sustainable renewable biological system to accumulate oils for future biodiesel conversion. For this purpose ultra-membrane treated landfill leachate TL was taken from Odayeri, Istanbul municipal landfill (Istanbul Büyükşehir Belediyesi) and evaluated in laboratory experiments and onsite pilot scale open raceway pond cultivation for the production of microalgal (Chlorella vulgaris and Chlamydomonas reinhardtii) biomass and simultaneous removal of nutrients (mainly NH4+-N-NO3) and intracellular oil accumulation. Firstly different dilutions of TL were screened in laboratory studies and then scaled up in onsite open raceway pond cultivation. Laboratory conditions were also altered to check its effect on growth, NH4+-N removal and oil production. Generated microalgal biomass was subjected to oil extraction process, oil content and productivity was then measured. From first set of lab screening, It was observed that increasing leachate concentration as in lower dilutions of TL (70-100%) had a negative effect on biomass growth and nutrient removal. Better biomass growth (~1.67 gL-1 dry biomass) was found in 50% TL (~242 mgL-1 NH4+-N) with 50% NH4+-N removal from the system. Growth in 10% TL (~50 mgL-1 NH4+-N) was minimum but NH4+-N removal efficiency was 100%. From second set of lab screening, again highest biomass 1.5 gL-1 was found from 50% TL (~ 380 mgL-1 NH4+-N) with 31.88% NH4+-N removal from the system. Onsite raceway pond cultivation had reduced biomass growth ~ 0.5 gm-2d-1 and nutrient removal. NH4+-N concentration kept on fluctuating in the open system. NO3-N removal was minimum from both the setups. From 3rd set of lab acreening, increased biomass 2.5 gL-1 was observed in 50% TL (~ 248 mgL-1 NH4+-N with phosphate addition (6 mgL-1 PO4-3-P) with a N:P ratio of 40:1. Biomass productivity achieved was 92.59 mgL-1d-1 with oil content as 51.38 mg g-1 (5.14 %) and a lipid productivity of 5.6 mgL-1d-1. In terms of oil content, although microalgal cultures grown in 50% TL produced highest biomass (2.5 gL-1 dry weight) but the intracellular accumulated oil content was the lowest as 5.14%. 10% TL grown biomass accumulated the highest oil content, 114.64 mg g-1 dry biomass, with oil content as 11.5 % and lipid productivity as 4.37 mgL-1d-1, which was still on the lowest scale according to literature survey (4 – 505 mgL-1 day-1). Overall treated landfill leachate with concentration of ~250 mgL-1 NH4+-N (50%TL) was found to support growth of microalgae with NH4+-N removal above 30% from the system. In terms of oil production, accumulated oil was not enough to be considered as a raw material for biodiesel. Futher optimization is required to increase the intracellular oil content of microalgal species grown in leachate. The issues discussed in the thesis can be a focus point for growing biomass and nutrient removal from landfill leachate which in turn can improve the microalgal oil production for future biodiesel energy generation.
Yarı kurak bölgedeki bir eğitim kurumunda termal konfor analizi
İnsan termal konforuna yönelik üç temel yaklaşım bulunmaktadır; psikolojik yaklaşım, termofizyolojik yaklaşım ve insan enerji dengesine dayalı yaklaşım. ISO 7730 ve ASHRAE Standardı 55-2023 standartlarına göre psikolojik yaklaşım, termal konforu, bireylerin kendilerini çevrelerinden memnun hissettikleri zihinsel durum olarak tanımlamaktadır. Bu tanıma göre termal konfor oldukça özneldir ve bireyler arasında değişebildiği gibi ortama ve iklime göre de değişebilmektedir. Bu çalışmada Şanlıurfa'nın yarı kurak iklim koşullarında bulunan ilkokul ve lise sınıflarındaki öğrencilerin termal konfor düzeylerinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla Şanlıurfa'da bulunan 15 Temmuz Şehitleri Ortaokulu, Kadir Evliyaoğlu Koleji ve TOBB Fen Lisesi saha çalışması lokasyonu olarak seçilmiştir. Çalışma kapsamında iklim koşulları (sınıf sıcaklığı, hava hızı, nem, radyant sıcaklık, Tw, Tg karbondioksit) ölçülerek öğrencilerin bu sınıfların termal koşulları altında kendilerini nasıl hissettikleri değerlendirilmiştir. Çalışma hem ısıtma sezonunu (kış) hem de ısıtmanın olmadığı sezonu (yaz) kapsamaktadır. Çalışmadan elde edilen bulgulara dayanarak, PMV (Tahmin Edilen Ortalama Oy) ve PPD (Tahmin Edilen Memnuniyetsizlik Yüzdesi) değerleri ve bu değerlerin bu yerlerdeki insanlar için uygun termal konfor olup olmadığı, matematiksel modelleme ve ASHRAE Standardı 55-2023 gibi standartlarla belirlenmeye çalışılmıştır.PMV değerleri yaz sezonunda -0,58 ile 2,53 arasında değişirken, PPD değerleri ise %5 ile %94 arasında olup; Kış sezonunda PMV değeri -0.99 ile 1.33 arasında ve PPD %6 ile %42 arasında termal konforsuzluk göstermektedir.