Dr. Muhammed Ernur AKINER Harran Üniversitesi – Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü Osmanbey Kampüsü, Şanlıurfa

... konulu sunumlar: "Dr. Muhammed Ernur AKINER Harran Üniversitesi – Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü Osmanbey Kampüsü, Şanlıurfa"— Sunum transkripti:

1 Dr. Muhammed Ernur AKINER Harran Üniversitesi – Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü Osmanbey Kampüsü, Şanlıurfa E-mail: ernurakiner@harran.edu.tr

2 GİRİŞ Ötrofikasyon göllerde fosfor, azot gibi nütrientlerin konsantrasyonundaki yükselme nedeniyle organik madde üretiminin aşırı derecede artması sonucu ortaya çıkan durumdur (bkz. Şekil 1). 2/21 Şekil 1. Bir göl yüzeyi alg köpükleri (Bricker et al., 1999).

3 3/21 Son yıllarda, nutrientlerin aşırı deşarjından dolayı bu sorun hayati önem taşımaktadır. Nutrientlerin başlıca kaynakları evsel, endüstriyel, tarımsal ve atmosferik kaynaklardır. Alglerin büyümesi hücre üretimi için ihtiyaç duyulandan daha az miktarda bulunan nutrientler tarafından sınırlandırılmıştır. Bu nedenle sınırlayıcı elemanı tespit edip konsantrasyonunu azaltmak gerekmektedir. Alg biyokütlesi sudaki azot ve fosforu kullanarak çoğalır. Eğer suya boşalan nutrient konsantrasyonunu azaltabilirsek, sudaki mevcut nütrientler bitkiler tarafından kullanılarak azaltılacak ve toplam biyokütle de azalmış olacaktır.GİRİŞ

4 Ömerli baraj gölü (bkz. Şekil 2), İstanbul’un Anadolu yakasında bulunan Ömerli su havzası içerisinde Kartal, Ümraniye, Beykoz, Şile ve Sultanbeyli ilçelerince çevrili olup, İstanbul Büyükşehir Belediyesi sorumluluk alanında bulunmaktadır.  Akla gelen soru kabul edilebilir nürient seviyesinin ne olduğudur ve kabul edilebilir yükün hesaplanması maksadıyla aşırı nütrient seviyesinin belirlenmesidir.  Bu esasen nütrient yükünün su kalitesi üzerine olan etkisinin değerlendirilmesidir. Trofik durum, sayısal olarak trofik durum indeksi ile belirlenebilir. 4/21 Deniz seviyesinden 56 m yüksekte bulunan Ömerli Baraj Gölü, 23 km 2 yüzey alanı ve maksimum 357 milyon m 3 hacme sahiptir. Ortalama rezervuar derinliği 15.2 m dir. Jeolojik olarak bölge arkoz, kum taşı ve silt, konglomera ve kuvars içeren Paleozoyik olarak tanımlanabilir. Ömerli Havzası, Marmara Bölgesi ile aynı iklim koşullarına sahiptir. Yazlar sıcak ve kurak geçmez, yazları ortalama sıcaklık 22 °C civaridir. Kışları ise sıcaklık 5 ile 8 °C arasında değişir. 1. ÖMERLİ BARAJ GÖLÜ

5 5/21 Şekil 2. Ömerli baraj gölü.

6 Tablo 1. Nütrient yük kaynakları ve Ömerli Baraj Gölü için olan katkıları. KaynakN (t/yıl)YüzdeP (t/yıl)Yüzde Kentsel47.216.975.318.27 Orman12.84.601.62.49 Tarım/Kırsal16.555.956.39.81 Atmosfer56.4920.310.590.92 Evsel119.5442.9843.8368.27 Endüstriyel25.559.196.5710.24 Toplam278.1310064.2100 1.1. Ömerli Baraj Gölünde Nütrient Yükü Hesabı 6/21

7 Kaynak20002001200220032004 Kentsel23602950 41305310 Orman1600 Tarım/Kırsal6300 Atmosfer589 Evsel352517700187784131743833 Endüstriyel502457976570 TOPLAM1939834936367876050664202 Tablo 2. Ömerli Baraj Gölü’nde farklı yıllar için hesap edilen P yükü (kg TP/yıl). 1.1. Ömerli Baraj Gölünde Nütrient Yükü Hesabı 7/21

8 1.2. Göldeki Sınırlayıcı Elementin Belirlenmesi Ötrofikasyonu kontrol etmede sınırlayıcı element olarak genellikle azot veya fosfor kullanılır. Justus Liebig 1840’ta (Masters, G.N. 1991) yaptığı çalışmalarda nutrientlerden birisinin az olmasının büyümeyi engelleyeceğini belirtmiştir. Besi maddesi organizmanın bu besi maddesine ihtiyacı oranında organizma tarafından tüketilir ve büyüme, ihtiyaç duyulan mevcut en az miktardaki madde ile sınırlanmıştır. Bu Liebig’in minimum kanunu olarak bilinir (Masters, G.N. 1991). Alg protoplazmasının oluşumu şöyledir: 106CO 2 + 16NO 3 + HPO 4 -2 + 22H 2 O +18H + ---► C 106 H 263 O 110 N 16 P + 138O 2 Basit bir stokiyometrik analiz kullanılarak azotun fosfora oranı ağırlık olarak, N/P = 16x14/1x31 N/P = 7.2 bulunur. Alg hücreleri için stokiyometrik oran C: N: P = 106: 16: 1’dir. Yeterince ışık ve sıcaklık olduğu zaman 1 mol fosfor ve 16 mol azot ve 106 mol karbon alg büyümesi için optimum miktar olarak gereklidir. Su içerisindeki azot ve fosforun miktarından çok alg tarafından kullanılan şekilleri önemlidir. Bu formlar fosfor için çözünmüş ortofosfat, azot için amonyak, nitrit ve nitrattır. N/P stokiyometrik oranı 16/1, kütleler oranı ise 7/1’dir. Eğer bu oran 7’den büyükse sınırlayıcı eleman fosfor, küçükse azottur (Masters, G.N. 1991). 8/21

9 L P (P) = 100 + 10 (Z/ R w ) (mg P/m 2 -yıl) (1) L e (P) = 200 + 20 (Z/ R w ) (mg P/m 2 -yıl) (2) Vollenweider (Vollenweider R.A., 1975) sudaki P yükü ile ortalama derinlik ve hidrolik bekletme süresi arasındaki ilişkiyi tarif eden bir model geliştirmiştir. L p (P) = 100 + 10 (15.2 /1.4) = 235.71 mg Pm -2 yıl -1 L e (P) = 200 + 20 (15.2 /1.4) = 471.43 mg Pm -2 yıl -1. L (P) = Göle giren toplam fosfor / Gölün yüzey alanı = 64.2 t yıl -1 / 23 km 2 = 2.79 t/yıl.km 2 = 2790 mg P/m 2.yıl Ömerli baraj gölü için trofik durum Şekil 3’te belirtilmiştir. 1.3. Ömerli için Kabul Edilebilen ve Mevcut Yükün Kıyaslanması 9/21 Burada Z (m) gölün ortalama derinliğini ve R w (yıl) hidrolik bekleme süresini temsil etmektedir. Gölün hacmi 357x10 6 m 3, yüzey alanı 23 km 2, ortalama derinlik 15.2 m alınmıştır. Bu durumda, R w = V/Q = 357 m 3 x 10 6 / 870 x 10 3 x 365 = 1.4 yıl olur.

10 10/21 1.4. Ömerli Gölü için Trofik Durum Şekil 3. Ömerli baraj gölü için trofik durum.

11 1.5. Rezervuara Dökülen Derelerin Değerlendilirmesi 11/21 Ömerli Baraj Gölü’ne dökülen derelerin zamana bağlı su kirliliği değerlendirmesi çözünmüş oksijen seviyesine bakılarak yapılabilir (bkz. Şekil 4). Şekil 4’te görüldüğü gibi, Pasakoydere and Salgamdere, diğer derelere nispetle, son yıllardaki en düşük çözünmüş oksijen seviyesine sahiptir. Bu durumun temel nedeni, Pasakoydere ve Salgamdere derelerine yakın yerleşim bölgelerindeki nüfus artışıdır diyebiliriz. Şekil 4. Ömerli baraj gölüne dökülen derelerin çözünmüş oksijen seviyeleri.

12 Rezervuarlar etrafında bir dizi koruma bölgesi, Türkiye’deki yüzey rezervuarlarını koruyan yönetmelikler doğrultusunda uygulanmıştır. Türk Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliğine göre havzalar dört bölgeye ayrılmıştır: Tam ya da bitişik, yakın, orta uzak ve ayrı. Bitişik bölgeler içme suyu sağlayan herhangi bir rezervuarın maksimum seviyesinden 300 m genişliğinde uzanan bir şeriti temsil eder. Yakın bölge ise bitişik bölgelerden 700 m ilerisini ifade eder. Orta uzak koruma bölgesi bitişik bölgelerin çevresindeki 1 km genişliğinde bir şeriti ifade eder. Rezervuarın ayrı koruma bölgesi tüm havzanın şimdiye kadar sayılan koruma bölgelerinin dışında kalan alanı ifade eder. Ömerli Su Havzası’na gelindiğinde, kirlilik kaynağının temel nedeni koruma bölgeleri içerisindeki büyük ölçekli illegal yapılaşmadır. Su kalitesini iyileştirme amacıyla, biyolojik olarak Karbon, Azot ve Fosfor giderimi için günlük 125,000 m 3 kapasiteli biyolojik nütrient giderim atıksu arıtma tesisi (Paşaköy Arıtma Tesisi) kurulmuştur. Arıtma tesisinden çıkan su tüneller yardımı ile Karadeniz’e akan Riva çayına boşaltılmaktadır. 1.6. Yönetim 12/21

13  Sadece 2004’te, rezervuara ulaşan fosfor miktarı 64.2 ton ve azot miktarı 278.13 ton olarak belirlenmiştir.  Evsel ve endüstriyel kaynakların göl için Kentsel, Tarımsal, orman ve atmosferik kaynaklı kirliliğe nispetle en önemli kirletici kaynaklar olduğu tahmin edilmektedir.  Rezervuarın trofik durumunun belirlenmesi için fosfor yükü, “Vollenweider fosfor yükü-ortalama derinlik/hidrolik bekleme süresi” ilişkisine uygulanmış ve fosfor yükünün izin verilen miktarın üstünde olduğu görülmüştür.  Rezervuarın trofik durumu ötrofik olarak bulunmuştur.  Ömerli Baraj Gölündeki fosfor yükü, oldukça fazladır. Bu durumla ilgili olarak tarım alanlarında kontrollu gübre kullanımı, kaçak su kullanımının önlenmesi, evsel atıksu arıtma tesisleri dışında kanalizasyona evsel sıvı ve katı atıkların verilmesinin önüne geçilmesi gölün kirlenmesi açısından önleyici bir tedbir olacaktır. 1.7. Sonuç 13/21

14 Sapanca Gölü (Şekil 5) Doğu’dan Çark Deresi ile Sakarya Nehrine ve oradan da Karadeniz’e akmaktadır. Ortalama 44.7 km 2 lik yüzey alanına ve 1.12 x 10 9 m 3 hacme sahiptir. Yıllık ortalama yağış miktarı 782.5 mm ve su toplama havzası 209 km 2 dir. 2. SAPANCA GÖLÜ 14/21 Şekil 5. Sapanca gölü.

15 Göl havzasının güney ve güneydoğu kısmında genellikle tarım yapılmaktadır. Tarımda Azot ve fosfor içeren kimyasal gübreler kullanılmaktadır. Bunun yanında azot ve fosfor içerikli atıksuların kaynaklandığı endüstriyel faaliyetlerde mevcuttur. 12016 ha’lık tarımsal alana kimyasal gübre olarak 293.25 kg P/ha.yıl ve 805.00 kg N/ha.yıl uygulanmıştır. Bu veriler Adapazarı Tarım Müdürlüğünden elde edilmiştir. Gübre içerisindeki fosfor ve azotun büyük kısmı bitkiler tarafından kullanılmış bir kısmı da toprakta tutulmuş ve geri kalan kısmı da yüzey sularına karışmış sonuç olarak %10luk kısmı göle ulaşmıştır. Havzadaki ormanlık alan 14190 ha dır. Havza nütrient taşıma katsayıları yıllık 0.01 g P/m 2 ve yıllık 0.5g N/m 2 kabul edilerek tahmini yük hesabı yapılmıştır. Göldeki kış ve sonbahardaki yağış ve bitkilerin yaprak dökümü nedeniyle kaynaklanan kirlilik yükünün tahmini taşıma katsayısı 0.104 mg P/l ve 1.04 mg N/l dir. Yıllık ortalama yağış miktarı 782.5 mm, yüzey alanı 44.7 km 2 dir. Sapanca Gölü Havzası’ndaki noktasal ve yayılı kaynaklardan gelen nütrient yükleri Tablo 3’te belirtildiği gibi hesaplanmıştır. 2.1. Sapanca Gölü için nutrient yüklerinin hesaplanması 15/21

16 KaynakFosfor (P) kg P/yıl Azot(N) kg N/yıl Tarım Alanı133694998 Kanalizasyon45000132000 Orman141970938 Atmosferik(Göl)366236621 Çaylar 28455.65 872989.69 Toplam 79872.65 1207546.69 Tablo 3. Yıllık Azot ve Fosfor Yükleri. 16/21 2.1. Sapanca Gölü için nutrient yüklerinin hesaplanması

17 17/21 Sapanca Gölü’ne dökülen dereler için 1987-2007 yılları arasındaki su kirlilik parametrelerinin konsantrasyon değerleri Şekil 6’da görülmektedir. Burada FC; Fecal Coliform demektir, BOD5, Ca, Cl, COD, DO, Mg, NO2-N, NO3-N, o-PO4, SO4, TSS, TDS birimleri mg/L, ve Sıcaklık (Temp), FC, EC birimleri ise sırasıyla; °C, #/100mL, micromhos/cm dir, pH ise birimsizdir(-). Şekil 6. Sapanca gölüne dökülen derelerin kirlilik parametrelerinin konsantrasyon değerleri. 2.2. Rezervuara Dökülen Derelerin Değerlendilirmesi

18 18/21 Şekil 7. Sapanca gölünün trofik durumu. 2.3. Sapanca Gölü için Trofik Durum

19 19/21 Burada “C” normalize edilmiş alt indeks değerlerini; “P” 0 ile 1 arasında değişen ağırlık faktörünü; ve “i” 1 ile n (“n” toplam parametre sayısı) arasında değişen parametreleri belirtir. Şekil 8. Sapanca gölüne dökülen derelerin su kalite indeks (WQI) değerleri. Aritmetik ağırlıklı toplam eşitliği Sarkar ve Abbasi (2006) tarafından belirtilmiştir. Tablo 4. Ötrofikasyon parametreleri kullanılarak oluşturulmuş su kalite indeksi (WQIeut) için ağırlık ve normalizasyon faktörleri. 2.4. Su Kalite İndeksi (WQI) Yoluyla Kirliliğin Değerlendirilmesi (3)

20 20/21 Tablo 5. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği’ne göre su kalite sınıfları (Resmi Gazete, 2004). Tablo 6. Sapanca gölüne dökülen derelerin farklı su kalite indekslerine göre kirlilik durumları. 2.4. Sapanca Gölü için Su Kalite İndeksi (WQI) Değerleri

21 Sapanca Gölü için yıllık fosfor ve azot yükü sırasıyla 79,872.65 kg ve 1,207,546.70 kg dır. Fosfor yükü, kabul edilebilir ve aşırı yük sınırlarıyla karşılaştırıldığında aşırının üstünde bir yük olduğu görülmektedir. Trofik Durum İndeksi ile Vollenweider modeli sonuçları gösterir ki göl mezotrofik durumdan ötrofik duruma geçiş yapmıştır. Göle gelen ve gölden çıkan nehirlerin su kalitesi gösterir ki, ileri biyolojik arıtma olmaksızın, su içilmeye uygun değildir. 2. 5. Sonuç Derelerin biyolojik olarak arıtılması amaçlı doğal sulak alanların kullanılması problemin çözümünde katkı sağlar. Bu yöntem geleneksel atıksu artıtma sistemlerinden daha ucuza mal olur. Gölün su kalitesi 1. sınıfa yükseltilmelidir. Bu sebepten göl havzası Türkiye Cumhuriyeti Devleti tarafından koruma altına alınmıştır. Havzadan geçen TEM otoyolunun gölün kirlenmesine yapmış olduğu etki gözlemlenmekte ve kontrol altında tutulmaktadır. 21/21