Atıktan ve tarladan ammonyum uzaklaştırma ve amonyak emisyonunu azaltmada zeolitin çok amaçlı uygulaması

Görünmez azotun temizlenmesi neden önemli

Dünyanın büyük bir kısmının gıda arzı azot bazlı gübreye dayanıyor, ancak bu aynı azot suya ve havaya kaçtığında görünmez bir kirleticiye dönüşebiliyor. Nehirler ve göllerdeki aşırı ammonyum alg patlamalarını ve balık ölümlerini beslerken, tarım topraklarından salınan amonyak gazı hava kalitesini kötüleştiriyor ve değerli gübrenin israfına yol açıyor. Bu çalışma, doğal bir mineral olan zeolitin yeniden kullanılabilir bir sünger gibi fazla azotu tutup tutamayacağını; atık suyu temizleyip çürüyen hayvan kadavralarından çıkan kirliliği yakalayıp pirinç tarlalarındaki amonyak kaybını azaltıp azaltamayacağını araştırıyor.

Sünger gibi davranan bir kaya

Zeolitler, içinde küçük kanallar bulunan kafes benzeri yapıya sahip volkanik minerallerdir; bu kanallar ammonyum gibi yüklü parçacıkları tutup değiştirebilir. Araştırmacılar öncelikle klinoptilolit adı verilen doğal bir zeoliti detaylı şekilde inceledi. Mikroskoplar ve kimyasal testlerle mineralin pürüzlü, gözenekli bir yüzeye, geniş iç alana ve çok sayıda negatif yüklü siteye sahip olduğunu doğruladılar—bunlar pozitif yüklü ammonyum iyonlarını bağlamak için elverişli özelliklerdir. Ayrıca ısıl işlemin minerali nasıl değiştirdiğini ölçtüler; çünkü ısıtma genellikle malzemelerin performansını artırmak için “aktive” etmekte kullanılıyor.

Suda temizleme için ideal noktayı bulmak

Ekip, zeolitin sentetik atık sudan ammonyumu ne kadar iyi uzaklaştırdığını test etti. Mineralin hızlı çalıştığını buldular: ammonyumun çoğu 30 dakika içinde yakalandı ve zeolitin tutabileceği maksimum miktar yaklaşık 10 miligram zeolit başına gram düzeyindeydi. Detaylı analiz, ammonyumun tek bir düzgün tabakada basitçe yapışmadığını; bunun yerine düzensiz yüzey bölgelerine çok katmanlı olarak bağlandığını ve sürecin basit fiziksel tuzaklamadan ziyade kimyasal bir reaksiyon gibi davranığını gösterdi. Zeolit 300 °C’ye kadar ısıtıldığında performansı benzer kaldı, ancak daha yüksek sıcaklıklarda kristal iskelet çökme belirtileri gösterdi. 900 °C’ye gelindiğinde mineral neredeyse tüm ammonyum yakalama yeteneğini yitirdi; bu da su temizliği için işlenmemiş, “özgün” zeolitin aslında en iyi olduğu anlamına geliyor.

Hayvan kadavra sızıntılarıyla başa çıkmak

Hastalık salgınları sonrası ölen çiftlik hayvanlarının gömülmesi, azot bakımından zengin sıvıların çevreleyen toprak ve yer altı suyuna sızmasına yol açabilir. Araştırmacılar termokimyasal olarak işlenmiş domuz kadavra sızıntısını taklit etti ve bunu zeolit ile karıştırdı. Başlangıç ammonyum düzeyi yaklaşık 50 miligram/litre iken, kadavra kütlesinin %20’si oranında zeolit eklendiğinde ammonyumun %84’ten fazlası temizlendi; dozu %40’a çıkarmakla giderim yaklaşık %90’a yaklaştı. Zeolitin 300–500 °C civarında orta derecede ısıtılması bu karmaşık sıvıda performansı biraz iyileştirdi, ancak kuvvetli ısıtma mineralin zarar görmesine neden oldu. Bu sonuçlar, gömü alanlarının etrafına zeolitle doldurulmuş bariyerlerin yerleştirilerek kirlenmiş yer altı suyunun yayılmadan önce yakalanıp temizlenebileceğini düşündürüyor.

Pirinç tarlalarından gübre kaybı ve amonyak kokusunu azaltmak

Çalışma ayrıca üre ile gübrelenmiş su basmış pirinç tarlasından çıkan amonyak emisyonlarını inceledi. Küçük, kontrollü tarla kutularında ekip, sulama ve gübrelemeden önce farklı miktarlarda zeoliti toprak yüzeyine serpti. 12 gün boyunca gaz halinde kaçan amonyağı topladılar. Hava ısındıkça emisyonlar artarken, zeolitle muamele edilen parseller sürekli olarak havaya daha az azot verdi. Test edilen en yüksek doz (her oda için 30 gram) zeolitsiz toprağa kıyasla kümülatif amonyak kaybını yaklaşık %46 azalttı. Bu düzende zeolitin gerçekten tuttuğu ammonyum miktarı laboratuvar kapasitesinin çok altında olduğundan, yazarlar gerçek tarlaların minerali doyurmadan muhtemelen fayda sağlayabileceğini savunuyorlar.

Çiftlikler ve temiz su için bunun anlamı

Basitçe ifade etmek gerekirse, bu çalışma düşük maliyetli, doğal bir kayanın değerli azotu tutmaya yardımcı olabileceğini; bunun sızmasını veya buharlaşmasını engelleyebileceğini gösteriyor. Özgün klinoptilolit zeolit, atık sudan ve kadavra sızıntısından ammonyumu hızla temizliyor ve pirinç tarlalarından yayılan amonyak gazını önemli ölçüde azaltabiliyor. Bu, daha temiz nehirler, daha az koku ve hava kirleticisi ile çiftçilerin zaten satın aldığı gübrenin daha verimli kullanımı demek. Deneyler laboratuvarda ve simüle edilmiş tarlalarda yapıldığından uzun vadeli saha denemeleri hâlâ gerekli, ancak çalışma zeoliti hem tarım hem atık arıtımı alanında daha sürdürülebilir azot yönetimi için pratik bir araç olarak işaretliyor.

Atıf: Lee, JI., Lee, CG., Hong, SC. et al. Multifunctional application of zeolite for ammonium removal and ammonia emission mitigation in wastewater, carcass leachate, and paddy. Sci Rep 16, 6327 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37062-4

Anahtar kelimeler: zeolit, amonyak kirliliği, atık su arıtımı, hayvan kadavra sızıntısı, pirinç tarlası emisyonları