Suyun, sulama için yeniden kullanımı

Döngüsel ekonomi her geçen gün daha güncel bir kavram haline geliyor. Uzun süredir atık olarak değerlendirilen şeyler, artık hammadde kaynağı olarak görülmeye başlandı. Bu tarımda da oluyor. Yeni fikirlerden biri şehirlerden gelen atık suyun sulama için kullanılmasıdır. Bu yöntemin önemli avantajları olabilir. Ayrıca 2023 yılında suyun tarımsal sulamada yeniden kullanımına yönelik asgari gerekliliklere ilişkin yeni bir Avrupa Yönetmeliğinin hükümleri yürürlüğe girmiştir [1, 2].

Üretimde Bedava Azot ve Fosfor Kaynağı

Kent atık sularının çevredeki tarım arazilerini sulamak için kullanılması fikri yeni değildir. Son zamanlarda bir grup araştırmacı, atık suyun tamamen arıtılmamasını, içindeki azot ve fosforun korunmasını içeren bir proje önerdi. Bu iki element bitkilerin beslenmesinde büyük öneme sahip iki bitki besin elementidir. Tarım işletmeleri için azotlu ve fosforlu gübreler, tarımsal üretimde en fazla maliyet ayırmaları gereken girdilerdendir. Halihazırda bunları içeren suyu atık olarak kullanarak önemli tasarruflar elde edilebilir. Öte yandan belediye yetkilileri, sudaki nitrojen ve fosfor kalıntılarını çıkarmak için gereken enerji ve malzemelere para harcamadan ciddi bir tasarruf elde ederek herkesin faydalanacağı bir fikir üretmiş olurlar. Atık su Avrupa düzenlemelerine göre uygun şekilde arıtılırsa tarım sektörünün su talebinin karşılanması için etkili bir alternatif olabilir [3].

Dolayısıyla böyle bir çözümün kent merkezlerinin çevresine uygulanması, onlarca, hatta yüzbinlerce hektar tarım arazisine sulama suyu sağlayabilir. Suya eklenen gübreleme de önemli miktarda enerji tasarrufu ve kirlilikte önemli bir azalma anlamına gelecektir. Ayrıca, kanalizasyon arıtma tesislerinden toplanan çamurlar halihazırda tarımsal uygulamalarda gübre ve toprak düzenleyici olarak kullanılmaktadır.

Avrupa Komisyonu istatistiklerine göre, şu anda her yıl geri dönüştürülen arıtılmış kentsel atık su miktarı yaklaşık 1 milyar metreküptür. Ancak AB'nin potansiyeli altı kat daha fazladır ve 6 milyar metreküpün üzerinde olduğu düşünülmektedir. Belçika, Almanya ve Birleşik Krallık gibi kuzeydeki üye devletler ile İspanya, İtalya, Yunanistan, Malta ve Kıbrıs gibi güneydeki üye devletler, sulama, endüstriyel amaçlar ve akifer dolumu için suyun yeniden kullanımıyla ilgili bir dizi program uygulamaya koymuşlardır. Yunanistan, İtalya ve İspanya atık sularının yalnızca %5 ila %12'sini geri dönüştürürken, Kıbrıs ve Malta atık sularının sırasıyla %90'ından ve %60'ından fazlasını yeniden kullanmaktadır. Bu durum bu konuda muazzam bir potansiyel olduğunu açıkça göstermektedir.

Suyun Yeniden Kullanımı – Yaklaşan Krize Çözüm

Su kıtlığı son yıllarda Avrupa'da büyüyen bir sorundur. Bu durum 2020 yılı Ocak ayında Avrupa Parlamentosu milletvekillerinin Komisyon temsilcileriyle bir araya gelerek fikir birliği ettikleri bir husus olmuştur. Avrupa Parlamentosu üyeleri, diğer şeylerin yanı sıra, tarımda suyun yeniden kullanımını teşvik ederek AB'nin tatlı su kaynaklarını güvence altına almak istediler.

İklim değişikliğinin bir sonucu olarak Avrupa'nın su kaynaklarına olan talebin artacağı tahmin ediliyor. Yapılan bir tahmine göre, 2030 yılına kadar su kıtlığının Avrupa'daki nehir havzalarının yarısını etkileyeceği belirtilmektedir. Avrupa Parlamentosu Çevre Komitesi üyeleri, Avrupa'nın gelecek yıllar için temiz su tedarikini güvence altına almak amacıyla atık suyun yeniden kullanılmasına ilişkin bir teklif üzerine Konsey ile resmi olmayan bir anlaşmayı 21 Ocak'ta kabul etti. Yeni düzenlemelerin yasalaşması için Konsey ve Parlamento tarafından onaylanması gerekiyor. Yeni düzenlemeler, AB'de yıllık olarak kullanılan suyun yaklaşık yarısına denk gelen sulama suyunun tedariğinde arıtılmış atık suyun kullanımını teşvik etmek üzere tasarlandı. Açığın kapatılmasına yardımcı olmak için tarımda suyun yeniden kullanımı artırılabilir.

Yeni düzenlemeler, ürünlerin korunmasını garanti altına almak amacıyla atık su arıtma tesisleri tarafından minimum su kalitesi standartlarını, sık izlemeyi ve risk yönetimi stratejilerinin oluşturulmasını zorunlu kılmaktadır. Üye Devletlerin yetkilileri, arıtma tesislerine izin verilmesinden ve mevzuata uygunluğun izlenmesinden sorumludur.

Atık su ile Sulamada Kirlilik

Atık su sulamayla ilgili sağlık sorunları

Şehirlerin kanalizasyon sistemlerinden, çeşitli büyük endüstrilerden, hayvan çiftliklerinden ve besicilikten deşarj edilen atık sular, insanlara, hayvanlara, mahsullere ve topraklara zarar vermemek için uygun şekilde arıtıldıktan sonra sulamada kullanılabilir. çevreyi kirletmek. Romanya'da, 1996 yılı seviyesinde, hayvancılık komplekslerinden gelen ve yaklaşık 30 sulama sistemine dahil olan 60.000 hektarın üzerinde atık su sulama sistemi mevcuttu. Şu anda artık işlevsel değiller. Ancak ülkemizde yaklaşık 1.330.000 ha alanın atık su ile sulanabileceği takdir edilmektedir.

Şehirlerin kanalizasyon sistemlerinden, çeşitli büyük endüstrilerden ve hayvan çiftliklerinden ve besi çiftliklerinden gelen atık sular, insanlara, hayvanlara, ürünlere veya toprağa zarar vermemek ve çevreyi kirletmemek için uygun şekilde arıtıldıktan sonra sulama için kullanılabilir. Romanya'da, 1996 seviyesinde, yaklaşık 30 sulama sistemine dahil edilmiş, hayvancılık komplekslerinden gelen 60.000 hektardan fazla atık su sulama sistemi olmasına karşın günümüzde artık işlevsel değillerdir. Ancak, yapılan tahminlerde yaklaşık 1.330.000 hektarlık bir alanın atık su ile sulanabileceği belirtilmektedir.

Bu suların sulama amacıyla kullanılmasının yarattığı tehlikeler bir dizi faktörlere bağlıdır [2-4]:

• bu sularda patojenlerin varlığı;

• toprak bozulmasına ve ürün kaybına neden olabilecek diğer maddelere ek olarak sodyum, ağır metaller (Cu, Pb, Cr, Cd, Ni, vb.) gibi elementlerin varlığı;

• sulama suyunda bulunan farklı organizmaların gelişim yolları;

• patojenlerin yaşayabilirliği ve arıtma işlemlerinden sağ çıkma yetenekleri;

• Patojenlerin toprakta hayatta kalma olasılığı.

Bitki gelişimini teşvik eden yüksek nitrojen, fosfor, potasyum ve diğer besin maddeleri içeriğine sahip bazı atık sular (Çizelge 1'de verilmiş olan gübre, alkol vb üreten sanayi kolları gibi) vardır. Sulama suyundaki azotun yaklaşık %75'ini, fosforun tamamını ve potasyumun %10-60 kadarının ekstrakre edilme potansiyeli bulunur. 50-100 m3 atık suyun bir ton kadar besin maddesi içerebileceği tahmin edilmektedir . Gübre ve özellikle mısır, buğday, soya fasulyesi, patates, yonca ve yonca sulama suyundan önemli miktarda besin maddesi emer. İşletmelerden elde edilen 50-100 m³ atık suyun bir ton hayvan gübresine eşdeğer bitki besin maddesi içerebileceği tahmin edilmektedir ve özellikle mısır, buğday, soya fasulyesi, patates ve yonca gibi ürünler sulama suyundan önemli miktarda besin absorbe eder.

Araştırmalar atık su kullanımının büyük sağlık sorunları içermediğini göstermiştir. 0,9 ila 1,2 m derinlikte tüm bakteriler filtrelenir. Toprak, derinliğin ilk santimetresinde toplam mikrobiyal yükün yaklaşık %90'ını ve ilk milimetrede %62 ila 64'ünü tutar. Atık su ile birlikte toprağa ulaşan bağırsak bakterileri çoğunlukla toprak kolloidleri tarafından adsorbe edilir ve saprofitik bakteriler tarafından yok edilir. Toprak tarafından doğal olarak filtrelenen atık su, mikrobiyolojik patojenlerden arınmış olarak serbest tabakaya ulaşır. Atık su sulamasında en önemli mikroorganizmalar Tablo 2'de listelenmiştir.

Araştırmalar atık su kullanımının önemli sağlık sorunlarına yol açmadığını göstermiştir. Toprakta 1.2 metre derinliğe kadar tüm bakteriler filtrelenir. Toplam mikrobiyal yükün yaklaşık %90'ı ilk santimetrede ve %62 ila %64'ü ilk milimetrede toprak tarafından tutulur. Atık su ile birlikte toprağa ulaşan bağırsak bakterileri çoğunlukla toprak kolloidleri tarafından adsorbe edilir ve saprofit bakteriler tarafından yok edilir [5]. Toprak tarafından doğal olarak filtrelenen atık su, mikrobiyolojik patojenlerden arınmış freatik tabakaya ulaşır. Atık su ile sulama durumunda görülen en önemli mikroorganizmalar Çizelge 2'de listelenmiştir.

Tablo 1. Bazı endüstriyel atık suların CBO₅ boyutuna ve nitrojen içeriğine göre karakterizasyonu

Tablo 2. Atık sularda bulunan en önemli patojenler.

Atık su ile sulamasının uzun süre devam etmesi durumunda toprak "yorulur", bu nedenle suyun kullanılmadan önce arıtılması önerilir. Çok çeşitli kimyasallar içermesinden dolayı atık suların arıtımı, bitkilere ve toprak yapısına zarar vermeyecek şekilde yapılmalıdır. Yeniden kullanılan atık suyun kalitesinin, temiz suyla seyreltilmesi, sodyum içeriğinin azaltılması, hayvansal diyetlerden gelen tuzun azaltılması, sodyum karbonat yerine alçı eklenmesi vb. yollarla iyileştirilmesi önerilir. Mevcut araştırmalar, atık suyun sulama için yeniden kullanılmasının, esas olarak artan toprak nemi ve gübreleme nedeniyle verimde artışa yol açtığını göstermektedir.

Geçirgenliği iyi olan topraklarda, su kullanım etkinliğinin artırılması ve özellikle atık su kullanımında çevre hassasiyetini maksimuma çıkarmak için yüzey altı sulama yöntemleri tercih edilir. Arıtılmış atık su, yüzey altı sulama yoluyla seralarda yetiştirilen ürünler için fertigasyonda da kullanılabilir. Ayrıca teknik bitkiler (şeker pancarı gibi), meralar, depolamadan sonra tüketilen bazı ürünler (patates) ve süs bitkileri gibi bazı bitki gruplarında hasattan bir ay önce kesilmesi koşuluyla kullanımları mümkündür.

Atık su ile sulamanın olumsuz etkileri

Atık suyla sulama yapılması, toprağın yapısında oluşabilecek bir takım bozulmaların önüne geçmek için ciddi yönetim ve kontrol gerektirir. Çoğunlukla su ve hava geçirgenliği iyi olan, organik maddenin mineralizasyonunu ve patojenlerin yok edilmesini kolaylaştıran topraklar için tavsiye edilir. Toprağın kendi kendini temizlemesi çoğunlukla toprağın mikrobiyolojik yüküne (bakteriler, aktinomiçesler, mantarlar, protozoalar, larvalar) bağlıdır ve aşağıdakilerden oluşur:

• Anaerobik koşullarda organik maddenin mineralizasyonu – şekerler metan, su ve karbondioksitte ayrışır, proteinler aminoasitlere dönüşür ve yağ, gliserin ve yağ asitlerine indirgenir; Fermantasyon ve ayrışma sonucunda amonyak, hidrojen sülfür, metan gibi keskin kokulu bazı bileşikler ortaya çıkar.

• Nitrifikasyon – ototrofik bakteriler ve arkeler, bazı inorganik bileşiklerin oksidasyonunu üreterek nitrit oluşumuna yol açar. Bu aerobik bir süreçtir.

Atık su sulamasının kontrolsüz bir şekilde uygulanması bazı dezavantajlara yol açabilir [2-4]:

• Toprak yorgunluğu –Uzun yıllar atık su ile sulama yapılması sonrasında ortaya çıkabilir ve mikro elementlerin (örneğin Zn, Cu) konsantrasyonlarının artması, zararlı bileşiklerin (örneğin klorür, sülfat, yağ asitleri) konsantrasyonlarının artması, alt derinliklerde potasyum ve demirin birikimi, toprak yapısının bozulması, yetersiz havalandırma gibi durumlarla sonuçlanabilir. Sonuç olarak bu durumdan bazı bitkilerin gelişimi olumsuz etkilenebilir. Bu dezavantajların ana nedeninin, nüfus artışı ve hektar başına yaklaşık 3000 metreküplük optimum değere kıyasla 60.000 - 70.000 metreküp su tüketimi, işlenmemiş atık su kullanımı ve uygunsuz toprak yönetimi olduğu söylenebilir.

• Toprak tıkanması , genellikle bitki gelişimini kısmen durduran nitrojen içeriğindeki artışın eşlik ettiği organik madde artışından kaynaklanır. Atık su yüksek nitrojen içeriğine sahip olduğunda, suyun oksidasyon havuzlarında tutulmasıyla iyi sonuçlar elde edilmiştir; bu çok iyi bir arıtmadır çünkü organik madde, oksijen varlığında mikroorganizmalar tarafından ayrıştırılır. Yöntem Avustralya, Kuzey Amerika ve İsrail gibi birçok ülkede kullanılıyor.

• İkincil toprak tuzlanması - toprakta çözünebilir tuz konsantrasyonunun kritik değerin üzerine çıkması nedeniyle özellikle düşük geçirgenliğe sahip killi topraklarda üretilir. Büyük miktarlarda sodyum ve diğer katyonların varlığı, toprağın bozunmasına ve su geçirgenliğinin azalmasına yol açar.

• Toprak asitlenmesi – Kalsiyum ve magnezyum tuzlarının çözünürlüğünü artırarak bitki beslenmesinde yetersizliklere yol açar; bu durum atık suların pH'ının 6,5'un altına düşmesi durumunda ortaya çıkar.

• Toprak kontaminasyonu – Ağır metaller (örn. As, Cu, Ba, Ni, Cr, Zn, Co), fenoller, farklı tuzlar ve deterjanlar gibi zararlı kimyasallarla kirlenmiş endüstriyel atık suların kullanıldığı sulamalar sonucunda ortaya çıkabilirler. Çok küçük konsantrasyonlarda bitki büyümesini teşvik etmelerine karşın belirli bir sınırın üzerinde gelişmeyi engellerler. Daha da önemlisi, bitkiler tarafından absorbe edilerek besin zincirine girer ve hayvan ve insan tüketimi için tehdit oluştururlar. Arsenik içeriği 1 mg/L'nin üzerinde, bakır 7 mg/L'nin üzerinde, nikel ve kobalt 2 mg/L'nin üzerinde, sodyum 80 mg/L'nin üzerinde, SO₄ 250 mg/L'nin üzerinde olan sulama sularının kullanılması önerilmez.

• Patojenlerin toprakta istilası - atık suyun herhangi bir ön arıtma yapılmadan kullanılması durumunda meydana gelebilir.

Atık suyun sulamada kullanılmasının diğer dezavantajları şunlardır:

• Gübreler bazı koşullarda bitkilerin aşırı gelişim göstermesine neden olur ki, bu da ürün verimi ve toprağın mikrobiyolojik aktivitesi açısından zararlı olabilir.

• Atıklardan elde edilen silt organik gübre olarak kullanıldığında toprağın nem içeriğinde azalma meydana gelebilir.

• Atık su ile sulama kış aylarında bir sorundur.

Atık suyun tarımda kullanılmasının avantajları

Atık suyun tarımda akılcı kullanımının birçok ekonomik avantajı vardır; bunlardan en önemlileri şunlardır:

• Atık su tahliyesi ile ilgili sorunların ortadan kaldırılması

• Diğer su kaynaklarının kıt olduğu bölgelerde sulama suyunun sağlanmasına yönelik giderlerin azalması

• Yer altı su kaynaklarının bir kısmının arttırılması, seviyesinin yükseltilmesi

• Atık suyun biyolojik temizliği için teknik ve ekonomik bir çözümdür

• Su kaynaklarının az olduğu bölgelerde bile sulanan alanların genişletilmesine olanak sağlar

• Verimin artmasına katkıda bulunur

• Bu suda bulunan yararlı elementleri bitkilere erişilebilir hale getirir

• Pahalı gübrelerin kullanımını azaltma olanağı sunar; Hayvan çiftliklerinden gelen atık su çok iyi bir NPK kaynağıdır.

• Elementler bitkiler tarafından kolaylıkla absorbe edilir.

• Strüktürü bozuk olan topraklarda, selüloz endüstrisinden gelen sülfit bakımından zengin atık su kullanılarak yapılan sulama, toprak yapısını iyileştirir, böylece su geçirgenliğini artırır.

Atık su sulamasında toprağın korunması

Atık su ile sulanan toprağın korunmasına yönelik önlemler şunları gerektirir:

• Suyun taşınması ve dağıtımı dikkatli yapılmalıdır

• Kullanılan su miktarı rasyonel bir şekilde hesaplanmalıdır

• Atık su arıtımı sulamada kullanılmadan önce yapılmalıdır.

• Toksik kimyasalların ve patojenlerin içeriği belirlenen sınır değerlerin altında olmalıdır

• Tuz konsantrasyonu toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerine, bitki büyümesine ve verime olumsuz etki yapmaması için normal sınırlar içinde olmalıdır.

• pH 6,5 ila 8,5 arasında olmalıdır

• Atık su ile sulamada sudaki toplam madde miktarı, toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri, sulama rejimi, su seviyesi, sulama programı ve hasat zamanı dikkate alınmalıdır.

• Sulanan alanların düzenli drenajını yapılması sağlanmalıdır

• Atık su sulamasında kullanılan araziler küçük eğime sahip olmalı, iyi toprak geçirgenliğine sahip olmalı, çatlak kaya ve tortulu topraklar veya bir su kaynağının yakınında olmamalıdır

• İkincil tuzluluğu önlemek için sulama iki yılda bir yapılmalı, atık su 1/2 ila 1/5 oranında temiz su ile seyreltilmeli ve az miktarda su kullanılmalıdır.

Kaynaklar

1. Singh, A. A review of wastewater irrigation: Environmental implications, Resources, Conservation and Recycling, 168, 2021, 105454, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2021.105454

2. Qadir, M., Wichelns, D., Raschid-Sally, L., McCornick, P.G., Drechsel, P., Bahri, A., Minhas, P.S. The challenges of wastewater irrigation in developing countries, Agricultural Water Management, 97, 2010, 561-568, https://doi.org/10.1016/j.agwat.2008.11.004.

3. Hashem, M.S.; Qi, X. Treated Wastewater Irrigation—A Review. Water 2021, 13, 1527, https://doi.org/10.3390/w13111527.

4. Al Omron, A.M.; El-Maghraby, S.E.; Nadeem, M.E.A.; El-Eter, A.M.; Al-Mohani, H. Long term effect of irrigation with the treated sewage effluent on some soil properties of Al-Hassa Governorate, Saudi Arabia. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 2012, 11, 15–18, https://doi.org/10.1016/j.jssas.2011.04.004.

5. Li, B.; Cao, Y.; Guan, X.; Li, Y.; Hao, Z.; Hu, W.; Chen, L. Microbial assessments of soil with a 40-year history of reclaimed wastewater irrigation. Science of the Total Environment, 2019, 651, 696–705, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.193.