Kum, Çeltik Kavuzu ve Zeolit Karışımının Azot ve Fosfor Giderim Performansının Belirlenmesi

Creative Commons License

Berkkan K., IRIK H. A., KANARYA F. Ö.

Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, cilt.13, sa.3, ss.480-490, 2026 (TRDizin)

Özet

Artan nüfus, kentleşme ve tarımsal faaliyetler, su kaynaklarında azot ve fosfor yüklerinin artmasına neden olmakta ve buna bağlı olarak ötrofikasyon ile su kalitesi problemlerini beraberinde getirmektedir. Bu çalışmada, yapay sulak alan sistemlerinde alternatif filtre materyali olarak kullanılabilecek kum, pirinç kabuğu ve zeolit karışımının sentetik atık sulardan azot ve fosfor giderim performansı laboratuvar ölçekli kolon deneyleri ile araştırılmıştır. Eşit hacimlerde hazırlanan filtre materyali karışımı kolonlara yerleştirilmiş; laboratuvar koşullarında farklı konsantrasyonlarında (50 ile 100 mg L-1) hazırlanan ve azot ile fosfor içeren sentetik atık sular, farklı debilerde (1 ve 2.3 mL dak-1) uygulanmıştır. Denemeler boyunca farklı bekleme sürelerinde (3, 6, 12, 24 ve 48 saat) alınan numunelerde pH, elektriksel iletkenlik (EC), toplam azot (TN) ve toplam fosfor (TP) analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen pH (8.07–9.52) ve EC (470.4–1284 μS cm-1) değerlerinin ilgili deşarj standartlarıyla uyumlu olduğu belirlenmiştir. Fosfor gideriminde en yüksek performans (%99), 50 mg L-1 konsantrasyon ve 1 mL min-1 debide 0.50 mg L-1 çıkış konsantrasyonu ile elde edilirken, en düşük giderim performansı (%62), 100 mg L-1 konsantrasyon ve 2.3 mL dak-1 debide 38.0 mg L-1 çıkış konsantrasyonu ile belirlenmiştir. Azot gideriminde ise en yüksek performans (%90.1), 100 mg L-1 konsantrasyon ve 2.3 mL dak-1 debide 9.99 mg L-1 çıkış konsantrasyonu ile elde edilirken, en düşük giderim performansı (%4), 1 mL dak-1 debi koşullarında 68.34 mg L-1 olarak ölçülmüştür. Sonuç olarak, kum, pirinç kabuğu ve zeolit karışımının azot ve fosfor gideriminde yüksek verimlilik sağladığını ve yapay sulak alan sistemlerinde sürdürülebilir, düşük maliyetli ve çevre dostu alternatif bir filtre materyali olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, artan konsantrasyon ve bekleme süresinin özellikle fosfor gideriminde beklenen düzeyde olumlu bir etki oluşturmadığı belirlenmiştir. Ayrıca düşük debi ve uygun pH koşullarının adsorpsiyon verimini artırdığı tespit edilmiş olup, özellikle yüksek pH değerine sahip atık sularda pH optimizasyonunun gerekli olduğu değerlendirilmiştir. Laboratuvar ölçeğinde elde edilen bulguların, uzun süreli ve pilot ölçekli çalışmalarla desteklenmesi durumunda doğal filtre materyallerinin yapay sulak alan teknolojilerinde besin elementi giderimine yönelik uygulanabilirliğine önemli katkılar sağlayacağı düşünülmektedir.
Growing population, urbanization, and agricultural activities are causing an increase in nitrogen and phosphorus loads in water resources, leading to eutrophication and water quality issues. In this study, the nitrogen and phosphorus removal performance of a mixture of sand, rice husks, and zeolite—which could be used as an alternative filter material in constructed wetland systems—from synthetic wastewater was investigated using laboratory-scale column experiments. The filter material mixture, prepared in equal volumes, was placed in columns; synthetic wastewater containing nitrogen and phosphorus, prepared at different concentrations (50 to 100 mg L-1) under laboratory conditions, was applied at different flow rates (1 and 2.3 mL min-1). Throughout the experiments, samples were collected at different retention times (3, 6, 12, 24, and 48 hours), and analyses of pH, electrical conductivity (EC), total nitrogen (TN), and total phosphorus (TP) were performed. The obtained pH (8.07–9.52) and EC (470.4–1284 μS cm-1) values were found to be compliant with relevant discharge standards. The highest phosphorus removal efficiency (99%) was achieved at a concentration of 50 mg L-1 and a flow rate of 1 mL min-1, resulting in an effluent concentration of 0.50 mg L-1, while the lowest removal efficiency (62%) was observed at a concentration of 100 mg L-1 and a flow rate of 2.3 mL min-1, resulting in an effluent concentration of 38.0 mg L-1. For nitrogen removal, the highest performance (90.1%) was achieved at a concentration of 100 mg L-1 and a flow rate of 2.3 mL min-1, resulting in an effluent concentration of 9.99 mg L-1, while the lowest removal performance (4%) was measured at a flow rate of 1 mL min-1, resulting in an effluent concentration of 68.34 mg L-1. In conclusion, the study demonstrated that the mixture of sand, rice husks, and zeolite provides high efficiency in nitrogen and phosphorus removal and can be used as a sustainable, low-cost, and environmentally friendly alternative filter material in constructed wetland systems. However, it was determined that increasing concentration and retention time did not produce the expected positive effect, particularly in phosphorus removal. Furthermore, it was found that low flow rates and appropriate pH conditions enhance adsorption efficiency, and it was assessed that pH optimization is necessary, particularly in wastewater with high pH values. It is believed that the findings obtained at the laboratory scale will make significant contributions to the applicability of natural filter materials for nutrient removal in constructed wetland technologies if supported by long-term and pilot-scale studies.