Wolffia Arrhiza (Lemnaceae) Kullanarak Belediye Atık Sularından Nütrient Elementlerin Uzaklaştırılması

Abstract

Atık sular genellikle yüksek konsantrasyonlarda azotlu ve fosfatlı bileşikler içerir. Karmaşık organik maddelerin anaerobik parçalanmasından dolayı atık su arıtım tesislerinin çıkış suyunda bile nütrient konsantrasyonu yüksek olabilir. Bu nütrient elementler, alıcı su ortamında yüksek konsantrasyonlarda bulunduğunda yüzey sularının ötrofikasyonuna yol açabilir. Biyolojik kirlenmeyi azaltmak için, ötrofik koşullarda hızla büyüme potansiyeli olan su mercimekleri doğal bir arıtım yapabilir. Bu çalışmada, dünyanın en küçük çiçekli bitkisi olan köksüz su mercimeği Wolffia arrhiza’nın kentsel atık su arıtım tesisi çıkış suyundan nütrient uzaklaştırma potansiyeli araştırılmıştır. Ordu ili Altınordu ilçesindeki Durugöl İleri Biyolojik Atık Su Arıtma Tesisi’nin su çıkışından alınan suda; farklı spektral ışık sistemlerinde (floresan ve LED) ve sıfır değerlikli demir nanopartikülü (Fe0NP) ilave edilen gruplarda W. arrhiza’nın büyüme performansı ve nütrient uzaklaştırma potansiyeli incelenmiştir. İklim dolabında, kontrollü koşullarda 104 saat (t4.3) süren biyodeney sonucunda; W. arrhiza’nın en yüksek nütrient giderimi amonyum azotunda (NH4+-N), floresan ışıklı ortamda tespit edilmiştir (%96). Yüksek ışık şiddetindeki Fe0NP içeren ortamlarda (%39) ve düşük ışık şiddetindeki Fe0NP içermeyen ortamlarda daha fazla nitrit azotu (NO2--N) giderimi (%42) gerçekleşmiştir. En fazla nitrat azotu (NO3--N) giderimi yüksek ışık şiddetiyle beraber, Fe0NP ilave edilen floresan ışıklı ortamda gerçekleşmiştir (%70). Fe0NP ilave edilen yüksek ve düşük ışık şiddetli ortamlarda nitrat giderim verimliği %39–%42’dir. W. arrhiza’nın toplam azot (TN) giderimi %36–%55 aralığında tespit edilmiştir. En fazla TN giderimi Fe0NP içeren mor LED’li (30M/30K) ve diğer Fe0NP’li gruplarda görülmüştür (%55–%45). Toplam fosfor (TP) giderim verimliliği %60’la en yüksek Fe0NP ilave edilen floresan ışıklı ortamda tespit edilmiştir. Biyodeney sonucunda W. arrhiza suyun pH değerini yükseltmiştir. W. arrhiza’nın çıkış suyundaki elektriksel kondüktiviteyi (EC) iyileştirmesi, Fe0NP ilave edilen mor LED’li 100M/50K ve 30M/30K grupların sırasıyla %60 ve %59 olarak kaydedilmiştir. Deney grupları arasında yapılan ANOVA ve Tukey'in post hoc testiyle yapılan istatistiksel analiz sonucunda; KOİ, AKM, pH, EC, NH4+-N, NO2--N, NO3--N, TN ve TP giderimine yönelik önemli farklılıklar olduğu belirlenmiştir (p<0.05). Köksüz su mercimeği W. arrhiza ile yapılan çalışmada, bitkinin kentsel atık su ileri arıtım tesisinin çıkış suyunda bile nütrient giderimi yapabildiği, farklı ışık kombinasyonları ve nanopartikül ilavesinin de suyun iyileştirilmesinde kullanılabileceği görülmüştür. W. arrhiza’nın diğer su mercimeği türleri arasında ötrofikasyona yol açan ve su kalitesini bozan önemli nütrientleri uzaklaştırma potansiyeline sahip olduğu belirlenmiştir. Yapay sulak alan sistemlerinde çevre dostu ve hızlı büyüme potansiyeli olan W. arrhiza kullanılarak suyun iyileştirilmesi sağlanıp, elde edilen su tarımsal alanlarda, park ve bahçelerde sulama suyu olarak değerlendirilebilir.

Waste waters often contain high concentrations of nitrogenous and phosphate compounds. Even in the effluent of wastewater treatment plants, the nutrient concentration can be high due to the anaerobic degradation of complex organic materials. These nutrient elements can lead to eutrophication of surface waters when present in high concentrations in the receiving aquatic environment. To reduce biofouling, duckweeds, which have the potential to grow rapidly in eutrophic conditions, can make a natural treatment. In this study, the nutrient removal potential of the world's smallest flowering plant, the rootless duckweed Wolffia arrhiza, from the effluent of an urban wastewater treatment plant was investigated. In the water taken from the water outlet of the Durugöl Advanced Biological Wastewater Treatment Plant in Altınordu district of Ordu province; The growth performance and nutrient removal potential of W. arrhiza were investigated in different spectral light systems (fluorescent and LED) and in groups with zero-valent iron nanoparticle (Fe0NP). As a result of the bioexperiment lasting 104 hours (t4.3) in the climate cabinet under controlled conditions; The highest nutrient removal of W. arrhiza was detected in ammonium nitrogen (NH4+-N), in fluorescent light medium (96%). More nitrite nitrogen (NO2--N) removal (42%) occurred in environments containing Fe0NP at high light intensity (39%) and in environments without Fe0NP at low light intensity. The highest nitrate nitrogen (NO3--N) removal was achieved in fluorescent light medium (70%) with the addition of Fe0NP, together with high light intensity. Nitrate removal efficiency is 39-42% in high and low light intensity environments where Fe0NP is added. Total nitrogen (TN) removal of W. arrhiza was found in the range of 36%-55%. The highest TN removal was seen in Fe0NP containing purple LED (30M/30K) and other Fe0NP groups (55%-45%). The highest total phosphorus (TP) removal efficiency of 60% was determined in the fluorescent light medium with Fe0NP added. As a result of the bioexperiment, W. arrhiza increased the pH value of the water. The improvement of the electrical conductivity (EC) in the effluent of W. arrhiza was recorded as 60% and 59% of the 100M/50K and 30M/30K groups with purple LED s added Fe0NP, respectively. As a result of the ANOVA and Tukey's post hoc test performed between the experimental groups; It was determined that there were significant differences in the removal of COD, AKM, pH, EC, NH4+-N, NO2--N, NO3--N, TN and TP (p<0.05). In the study conducted with rootless duckweed W. arrhiza, it was observed that the plant can remove nutrients even in the effluent of the urban wastewater advanced treatment plant, and that different light combinations and nanoparticle addition could be used to improve water. It has been determined that W. arrhiza has the potential to remove important nutrients that cause eutrophication and deteriorate water quality among other duckweed species. By using W. arrhiza, which is environmentally friendly and has a rapid growth potential in artificial wetland systems, water can be improved and the water obtained can be used as irrigation water in agricultural areas, parks and gardens.