The Investigation and Comparison of Carbon and Nutrient Removal from Domestic and Synthetic Wastewaters Using Duckweed (Lemna Minor L.)

Abstract

This study aims to investigate the nutrient and carbon removal capacity from wastewaters and determine the role of Lemna minor L. to treat wastewaters. At the beginning of the study, adaptation of duckweeds to lab conditions were focused which were provided from Ege University. Experiments were conducted in Marmara University Biology and Environmental Engineering Departments. Chemical Oxygen Demand (COD), NH₃-N, NO₃-N and PO₄-P removal efficiencies of duckweeds were investigated. Experiments were conducted in plastic containers with 3000ml of active reactor volume, using pond system principles. The experiments were conducted with synthetic and domestic wastewaters. Duckweed was efficient in removal of nutrients (62-74% COD, 80-86% NH₃-N, 80-92% NO₃-N, 60-94% PO₄-P). Duckweed was able to reach ultimate removal efficiency in one week. Therefore, since they grow easily, duckweed based treatment systems can be implemented for small-scale treatment facilities which serve locations with low population, after secondary clarifiers in advanced biological treatment systems.

Keywords

• Duckweed,nutrient removal,COD removal,wastewater treatment,phytoremediation.

Ham ve Sentetik Atıksularda Su Mercimeği (Lemna minor L.) Kullanılarak Karbon ve Besi Maddelerinin Gideriminin İncelenmesi ve Karşılaştırılması

Abstract

Bu çalışmanın amacı, su mercimeği (Lemna minor L.) bitkisinin atık sulardan besi maddesi ve karbon giderim kapasitesinin araştırılması ve atık su arıtımındaki kullanım alanlarının belirlenmesidir. Çalışmanın başlangıcında, Ege Üniversitesi’nden temin edilen Lemna minor bitkisinin doğal koşulların ardından kontrollü koşullar altında adaptasyonuna çalışılmıştır. Çalışma, Marmara Üniversitesi Biyoloji ve Çevre Mühendisliği Bölümleri Laboratuvarlarında gerçekleştirilmiştir. Laboratuvar koşullarında çoğaltılan su mercimeklerinin Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ), NH₃-N, NO₃-N ve PO₄-P giderim verimliliği sentetik ve gerçek atık sular kullanılarak araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar 3000 ml’lik plastik kaplarda gerçekleştirilmiş ve havuz sistemi esas alınmıştır. Evsel ve sentetik atıksular ile gerçekleştirilen çalışmalarda, sırasıyla, %62-74 oranında KOİ, %80-86 oranında NH₃-N, %80-92 oranında NO₃-N ve %60-94 oranında PO₄-P giderimi tespit edilmiştir. Su mercimekleri nihai arıtma seviyelerine yaklaşık bir hafta sonunda ulaşmaktadır. Su mercimeğine dayalı arıtma sistemlerinin, atık su arıtma tesislerinde yer alan son çöktürme havuzlarında, kolaylıkla yetişebilmesi açısından özellikle kırsal kesimlerde nüfusun az olduğu yerlerde uygulanabileceği sonucuna varılmıştır.

Keywords

• Su mercimeği (Lemna minor),besi maddesi giderimi,KOİ giderimi,atıksu arıtma,bitkisel arıtma

References

1. Tarlan, E., Gür, K. ve Yılmaz, Z. (2005). S.Ü. Kampüs atık sularının karakterizasyonu ve su mercimeği (Lemna minor L.) ile arıtılabilirliği. S.Ü. Müh.-Mim. Fak. Derg., 20, 4-12.
2. Dalu, J. M. ve Ndamba, J. (2003). Duckweed based wastewater stabilization ponds for wastewater treatment (A low cost technology for small urban areas in Zimbabwe). Physics and Chemistry of the Earth, 28, 1147-1160.
3. Uysal, Y., Aktas D. ve Caglar Y. (2014). Determination of Color Removal Effıciency of Lemna minor L. from Industrial Effluents. Journal of Environmental Protection and Ecology, 15 (4), 1718-1726.
4. Topal, M., Karagözoğlu, B., Öbek, E. ve Topal, I. (2011). Bazı su mercimeklerinin nutrient gideriminde kullanımı. MAKUFEBED, 4, 12-28.
5. Schenker, J. ve Harfmann, D. (2010). Phytoremediation of nutrient controlled water using duckweed and water fern. http://www.skidmore.edu/academics/wri/harfmann_schenker.pdf (Haziran 2012).
6. Terzi, H. ve Yıldız, M. (2011). Ağır Metaller ve Fitoremediasyon: Fizyolojik ve Moleküler Mekanizmalar. AKÜ-FEBİD, 11, 011001, 1-22.
7. Khataee, A. R., Movafeghi, A., Torbati, S., SalehiLisar, S. Y. ve Zarei, M. (2012). Phytoremediation potential of duckweed (Lemna minor L.) in degradation of C.I. Acid Blue 92: Artificial neural network modeling. Ecotoxicology and Environmental Safety, 80, 291-298.
8. Boule, M. K., Vicente, J. A. F., Nabais, C., Prasad, M. N. V. ve Freitas, H. (1999). Ecophysiological tolerans of duckweeds exposed to copper. Aquatic Toxicology, 91, 1-9.

9. Caicedo, J. R., Van Der Steen, N. P., Arce, O. ve Gijzen, H. J. (2000). Effect of total ammonia nitrogen concentration and ph on growth rates of duckweed (Spirodela polyrrhiza). Wat. Res., 34, 15, 3829-3835.
10. FAO (1998). Duckweed: A tiny aquatic plant with enormous potential for agriculture and environment. http://www.fao.org/ag/againfo/resources/documents/DW/Dw2.htm (Haziran 2012).
11. Clesceri, L. S., Greenberg, A. E., Eaton, A. D. ve Franson, M.A.H. (1998). Standard methods for the examination of water and wastewater, 20.baskı.
12. İstanbul su ve Kanalizasyon İdaresi, http://www.iski.gov.tr/web/statik.aspx?KID=1000439 (Temmuz 2013).
13. Leng, R. A. (1999). Duckweed: A tiny aquatic plant with enormous potential for agriculture and environment. University of Tropical Agriculture Foundation.
14. El-Shafai, S.A., El-Gohary, F.A., Nasr, F.A., Steen N.P. ve Gijzen H.J. (2007). Nutrient Recovery from Domestic Wastewater Using a UASB-Duckweed Ponds System. Bioresource Technology, 98, 798-807.
15. Körner, S., Lyatuu, G.B. ve Vermaat, J. E. (1998). The influence of Lemna gibba L. on the degradation of organic material in duckweed covered domestic wastewater’’. Wat. Res., 32, 10, 3092-3098.
16. Ran, N., Agami M. ve Oron G. (2004). A Pilot Study of Constructed Wetlands Using Duckweed (Lemna gibba L.) for Treatment of Domestic Primary Effluent in Israel. Wat. Res., 38, 2241-2248.
17. Shah, M., Hashmi, HN., Ghumman, A.R., ve Zeeshan, M. (2015) Performance assessment of aquatic macrophytes for treatment of municipal wastewater. Journal of the South African Institution of Civil Engineering, 57, 3, 18-25.
18. Mohedano, R.A., Costa, R.H.R., Tavares, F.A., ve Filho, P.B. (2012). High Nutrient Removal Rate from Swine Wastes and Protein Biomass Production by Full-Scale Duckweed Ponds. Bioresource Technology, 112, 98-104.
19. Mohapatra, D.P., Ghangrekar, M.M., Mitra, A., ve Brar, S.K. (2012). Sewage treatment in integrated system of UASB reactor and duckweed pond and reuse for aquaculture. Environmental Technology, 33, 12, 1445-1453.
20. Jena, J.K., Patro, B., Patri, P., Khuntia, C.P., Tripathy, N.K., Sinha, S., Sarangi, N., ve Ayyappan, S. (2010) Biological treatment of domestic sewage through duckweed-cum-fish culture: a pilot-scale study. Indian Journal of Fisheries, 57, 4, 45-51.
21. Gürtekin, E. ve Şekerdağ, N. (2008). Son çökeltme havuzlarında su mercimeğinin (Lemna minor L.) rolü. SAU. Science Journal, 12, 1, 28-31.
22. Ozengin, N. ve Elmaci A. (2007). Performance of Duckweed (Lemna minor L.) on Different Types of Wastewater Treatment. Journal of Environmental Biology, 28, 2, 307-314.
23. Sims, A., Gajaraj, S., ve Hu, Z.Q. (2013). Nutrient removal and greenhouse gas emissions in duckweed treatment ponds. Wat. Res., 47, 3, 1390-1398.