Tarımsal Sulamada Atıksuyun Geri Dönüşümü ve Yeniden Kullanımının Sürdürülebilirliği

Abstract

Bu tez, Türkiye'nin yarı kurak bir bölgesinde su, enerji ve tarımsal sistemlerin nasıl etkileştiğini incelemektedir. Çalışmanın dört temel amacı bulunmaktadır: atıksu geri kullanımına yönelik politikaların analiz edilmesi, çiftçilerin su stresine nasıl uyum sağladıklarının anlaşılması, yeraltı suyu ile geri kazanılmış su kullanımının enerji tüketiminin karşılaştırılması ve bir atıksu arıtma tesisinin ile parlatma ünitelerinin performansının değerlendirilmesi. Araştırma; yönetişim analizi, mekânsal ürün verileri, yeraltı suyu ve iklim kayıtları, hidrolik modelleme ve süreç tabanlı atıksu arıtma tesisi modellemesini bir araya getirmektedir. Sonuçlar, atıksu geri kullanımına yönelik politikaların kâğıt üzerinde iyi gelişmiş olmasına rağmen, kurumların tam olarak koordineli çalışmaması nedeniyle uygulanmasının zor olduğunu göstermektedir. Çiftçiler su kıtlığına ürün değişimleri ve çok sezonlu tarım yoluyla uyum sağlamaktadır; ancak bu desenler havza genelinde büyük farklılıklar göstermektedir. Yeraltı suyu seviyeleri yaz aylarında düşmekte ve bu durum pompalama için gereken enerji tüketimini artırmaktadır; ancak mevcut koşullar altında geri kazanılmış su hâlen daha fazla enerji yoğunluğuna sahiptir. Yapılan eşik (break-even) analizi, geri kazanılmış suyun yalnızca çok derin yeraltı suyu seviyelerinde daha verimli hâle geldiğini göstermektedir. Atıksu arıtma tesisi modellemesi, oksidasyon hendekli sistemlerin kararlı bir nitrifikasyon sağladığını ancak denitrifikasyonun sınırlı kaldığını ve WRRF parlatma ünitelerinin su kalitesini iyileştirdiğini ancak enerji kullanımını artırdığını göstermektedir. Besin maddelerince zengin çıkış suları döngüsel tarımı destekleyebilir; ancak karbon faydası elektrik tüketimine güçlü biçimde bağlıdır. Genel olarak bu çalışma, sürdürülebilir su yönetiminin; yönetişim, çiftçi davranışı, hidroloji, enerji performansı ve arıtma planlamasının birbiriyle ilişkilendirilmesini gerektirdiğini göstermektedir. Yarı kurak bölgelerde dirençli ve döngüsel su sistemlerinin planlanabilmesi için bu unsurların birlikte ele alınması gerekmektedir.This thesis examines how water, energy and agricultural systems interact in a semi-arid region of Türkiye. The study has four main goals: to analyse wastewater-reuse policies, to understand how farmers adapt to water stress, to compare the energy use of groundwater and reclaimed water, and to evaluate the performance of a wastewater treatment plant and its polishing units. The research combines governance analysis, spatial crop data, groundwater and climate records, hydraulic modelling, and process-based WWTP modelling. Results show that wastewater reuse policies are well developed on paper but difficult to implement because institutions do not work in a fully coordinated way. Farmers adapt to water scarcity through crop changes and multi-season cultivation, but these patterns vary widely across the basin. Groundwater levels fall during summer, which increases pumping energy, but reclaimed water is still more energy-intensive under current conditions. A break-even analysis shows that reclaimed water becomes more efficient only at very deep groundwater levels. The WWTP modelling indicates that oxidation-ditch systems can provide stable nitrification but limited denitrification, and that WRRF polishing improves water quality but increases energy use. Nutrient-rich effluents can support circular agriculture, but the carbon benefit depends strongly on electricity use. Overall, the study shows that sustainable water management requires linking governance, farmer behaviour, hydrology, energy performance and treatment planning. These elements must be considered together to plan resilient and circular water systems in semi-arid regions.