Magnezyum amonyum fosfat (MAP) çöktürmesi ile atıksulardan azot ve fosfor giderimi [Nitrogen and phosphorus removal from wastewaters by magnesium ammonium phosphate (MAP) precipitation]

Özellikle nütrient gideriminin de gerçekleştirildiği atıksu arıtma tesislerinde struvite (MgNH4PO4.6H2O) çökelmesi oldukça önemli işletme problemlerinin doğmasına neden olmaktadır. Struvite çökeltileri asitle yıkama yoluyla veya manuel olarak temizlenebilmekle beraber bu yöntemler ya oldukça karışık veya zaman alıcı olmaktadır. Öte yandan arıtma tesislerinde struvite çökelmesini engellemek oldukça pahalı bir işlemdir. Struvite oluşumu nedeniyle ortaya çıkan işletme problemlerinin önlenmesinin alternatif bir yolu da struvitin ayrı bir reaktörde çöktürülmesini sağlamak yolu ile kontrol edilmesidir. Bu önlem yanlızca struvitin arıtma tesisi içerisinde istenilmeyen bölgelerde birikmesini önlemekle kalmayacak aynı zamanda hem nütrient giderimi sağlanacak hem de faydalı bir yan-ürün de elde edilmiş olacaktır. Struvite yavaş serbestleşen bir gübre olarak, fosfat endüstrisinde ham madde olarak, yangına dayanıklı panel üretiminde ve çimentoda bağlayıcı madde olarak kullanılabilmektedir. Struvitin arıtma tesislerinde hangi şartlar altında çöktüğü genel olarak bilinmekle beraber optimum oluşum koşulları ve reaksiyonda etkili olan faktörler hakkında sınırlı bilgi bulunmaktadır. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı struvitin çökelmesini kontrol eden olası kimyasal proseslerin incelenmesi, optimizasyonu ve böylece bir atıksu ii arıtma tesisinden struvite geri kazanım prosesinin geliştirilmesine yardımcı olacak verilerin üretilmesidir. Mg:N ve N:P molar oranı, pH, farklı Mg kaynakları, Ca2+, HCO3- varlığının struvite kristalizasyonu üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla kesikli deneyler yapılmıştır. Deneysel sonuçlar sabit bir Mg:N:P = 1:1:1 oranında optimum pH’ın 9 olduğunu ve bu pH da N ve P giderme verimlerinin sırasıyla %79.4 ve %88.4 olarak gerçekleştiğini göstermiştir. N ve P için bu arıtma verimleri Mg:N oranının 1.25:1’e çıkarılmasıyla sırasıyla %87.6 ve %99.1’e yükseltilmiştir. N:P oranının 1:1.15’e çıkarılması da N giderme verimini %96.4’e yükseltmiş fakat P giderme verimini de %96.1’e düşürmüştür. %96’nın üzerinde N ve P giderme verimleriyle en etkin Mg kaynağının MgCl2.6H2O olduğu bulunmuştur. Çözeltide Ca2+ bulunması N giderme verimini önemli ölçüde azaltmıştır. Çözeltiye 1000 mg/L Ca2+ ilave edildiğinde verim >%96’dan %68.6’ya düşmüştür. Yapılan XRD analizi çökeltinin MAP olduğunu göstermiştir. Ca2+ ise amorf bir yapı oluşmaına neden olmuştur. Sivas çöp deponi sahası sızıntı suları üzerinde yürütülen çalışmalar optimum Mg:N:P oranının ve pH’ın sırasıyla 1,5:1:1,5 ve 9 olduğunu göstermiştir. Sonuçlar da göstermektedir ki struvite kristalizasyonu nütrient giderimi açısından değerlendirildiğinde geçerliliği yüksek bir prosestir. Bununla beraber, elde edilen çökeltinin gübre özellikleriyle ilgili olarak ek çalışmalar yürütülmelidir. Anahtar Sözcükler: Anaerobik çamur çürütücüler, gübre, kalsiyum, nütrient giderimi, Sivas, struvite. iii

Struvite (MgNH4PO4.6H2O) precipitation in wastewater treatment plants (WTPs), especially in those including nutrient removal, has caused substantial operational problems. Struvite deposits can be removed successfully by acid washing or manually but these processes are either complex or time consuming. On the other hand, preventing struvite accumulation in a WTP can be a formidable and costly task. An alternative approach to prevent the problems caused by the formation of struvite in WTPs would be to encourage its precipitation in a dedicated reactor. This would not only avert costly build-up problems and provide nutrient removal but a potentially useful by-product would also be obtained. At present, several potential markets that could utilize struvite have been identified. They can be used as a slow release fertilizer, as a raw material to the phosphate industry, for use in making fire resistant panels and as a binding material in cements. The conditions under which struvite has been observed to form in a WTP have been well documented, but there is limited information regarding its optimum formation conditions and the driving forces in the reaction. The objective of this study is, therefore, to investigate and understand some of the chemical processes ii controlling the precipitation of struvite and then to optimize these conditions to assist the development of a bench scale struvite recovery system from a WTP. Batch experiments have been conducted to examine the influence of a number of parameters such as Mg:N and N:P molar ratio, pH, various Mg sources, existence of Ca2+, on struvite crystallization. Based on the experimental results, an optiumum pH of 9 was selected with N and P removal efficiencies of 79,4% and 88,4% respectively at a constant Mg:N:P molar ratio of 1:1:1. These efficiency values were increased up to 87,6% and 99,1% for N and P respectively when the Mg:N molar ratio was increased to 1,25:1. An increase in N:P molar ratio to 1: 1,15 promoted N treatment efficiency to 96,4%, however, decreased P removal to 96,1%. The most effective Mg source was found to be MgCl2.6H2O with N and P removal efficiencies of more than 96%. The existence of Ca2+ in the solution significantly reduced the N treatment efficiency. The efficiency decreased from more than 96% to 68,6% when 1000 mg/L Ca2+ was added into the solution. The experiments carried out on the Sivas landfill leachate have shown that the optimum Mg:N:P ratio and pH was 1,5:1:1,5 and 9 respectively. It is clear from the results that the struvite crystallization is a promising method for nutrient removal. However, further study should be carried out on the fertilizing capacity of the precipitate obtained. Keywords: Anaerobic sludge digesters, calcium, fertilizer, nutrient removal, Sivas, struvite.