Katı atık düzenli depolama sahaları sızıntı suyu özelliklerinin değişimini ifade eden bir matematiksel model
A Mathematical model which determines various laechate characterization in sanitary land fills
- Tez No: 100741
- Danışmanlar: DOÇ.DR. LÜTFİ AKÇA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1999
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 158
Özet
KATİ ATIK DÜZENLİ DEPOLAMA SAHALARİ SIZINTI SUYU ÖZELLİKLERİNİN DEĞİŞİMİNİ İFADE EDEN BİR MATEMATİKSEL MODEL ÖZET Katı atıkların giderilmesi günümüzün en büyük çevre problemlerinden biridir. Katı atıkların oluşumu hammaddenin çıkartılması ile başlamakta ve üretime dönüştürme işlemlerinin her adımında meydana gelmektedir. Katı atıkların giderilmesinde, günümüzde en çok kullanılan ve kısmen de olsa kullanılması zorunlu olan metod düzenli depolama metodudur. Düzenli depolama sahalan uzun vadede, çöpün bileşimi, mevsimsel değişim, işletim özellikleri, yöntemleri gibi pek çok olaydan etkilenmektedir. Bu etkilenme sonucu depolama alanı, çeşitli fazlardan oluşan stabilizasyona uğramaktadır. Bu fazların oluşumu ya da tamamlanma sürelerinin tahmininde, rutubet miktarı, organik madde oranı, nutrient kullanımı, inhibitörler ve alana özel daha pek çok faktörler etkin olmaktadır. Depolama sırasında, gerek çeşitli kaynaklardan gerekse atığın içinde bulunan sular çözünmüş veya süspanse formda oldukça konsantre fiziksel, kimyasal ve biyolojik kirletici parametrelerle yüklü çöp sızıntı suyu olarak adlandırılan sular meydana gelmektedir. Bu sıvı, çözünebilen veya çözünemeyen bileşiklerin çöplerden süzülmesi ve çöpte oluşan indirgenmelerle oluşur. Düzenli depolama sahalarından kaynaklanan sızıntı sularının, miktarını ve karakterini belirlemek oldukça zordur. Sızıntı suyu miktarını etkileyen başlıca faktörler olarak, atığın bileşimi, depo alanının işletilme şekli, mevsimsel değişim, atığın nem tutma kapasitesi ve depo alanı özellikleri sayılabilir. Oluşan sızıntı suyunun miktarı ve niteliği öncelikle içinde mevcut olan nem içeriğine bağlıdır. Gelişmekte olan ülkelerde özellikle yaz aylarında bu nem oranı %60-80 mertebelerinde bulunmaktadır. Sızıntı suyu yapısını etkileyen faktörler ise atığın bileşimi, atığın işlenmesi, depo alanının yaşı, fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar ve sıcaklık yazılabilir. Sızıntı suyunun içeriğinin tanımlanması, giderilmesi, taşınımı ve miktannın belirlenmesi üzerine matematiksel modelleme çalışmaları yapılmıştır. Sızıntı suyu üzerinde yapılan fiziksel, mikrobial ve kimyasal reaksiyonlara ait deneysel modelleme çalışmaları sonucunda genel olarak, sızıntı suyu oluşumunun geciktiği, ancak depodaki katı atıklar suya doyduktan sonra sızıntı olayının gözüktüğü, bundan sonra da depoya giren su ile çıkan su miktarının hemen hemen eşit olduğu tespit edilmiştir. Sızıntı sularında bulunan organik ve inorganik kirleticilerin depo yaşı ile giderek azaldıkları, sızmanın başlangıcında pik yaptığı, mevsimlik yağış farklılıklarının konsantrasyonlarda değişikliğe sebep olduğu ve depo yüksekliği ile konsantrasyon değişiminin arttığı tespit edilmiştir. xiiSızıntı suyu modellemesi katı fazdan sıvı faza geçişteki kütle değişimi ve kirletici bozunmalarını anlama konusunda yardımcı olur. Modelden çıkan sonuçların, deneysel ölçümleri ile bir paralellik göstermesi gereklidir. Sızıntı suyu oluşumu ve transferinin matematiksel olarak asimilâsyonunun yapılması oldukça yakın zamandaki çalışmalarla olmuştur. Katı atıklarda mevcut olan inorganik ve organik kirleticilerin farklı davranışta bulunacakları ve ayrıca, reaktör içinden geçen suya gerek çözünme ve gerekse taşıma yolu ile geçişlerinde farklı olacağı bilinmektedir. Örneğin; organik maddeler, inorganik maddelerden farklı olarak, mikrobiyolojik aktivitelerin etkisinde kalabilmektedir. Çözünürlükleri az olan ve su ile sürüklenebilecek forma dönüşmeleri zaman alan katı atık bileşenlerinin, belli bir hızla veya zamanla değişen bir hızla, depodan geçen suya geçecekleri kabul edilebilir. Geçmişte yapılan tüm modelleme çalışmalarından elde edilen sonuçlar doğrultusunda, ülkemizde kurulabilecek katı atık düzenli depolama sahalarının dizaynına da yardımcı olacağı düşüncesi ve ayrıca ülkemiz yaşam koşullan sonucunda oluşan katı atıkların düzenli depolanması ile kaynaklanan sızıntı sularının karakterizasyonunun zamanla ne şekilde değiştiğinin, özellikle doğal koşullarda gerçek bir deponi sahasında ve fazla miktarda katı atık ile çalışılarak, bilinmesi açısından tarafımızdan bu modelleme çalışması yapılmıştır. Yapılan modelleme çalışmasında deney düzeneği Harmandalı Katı Atık Düzenli Depolama Sahası'nda kurulmuştur ve sadece evsel nitelikli katı atıklar alınmıştır. Haziran ve Temmuz ayları dönemine ait yaz katı atığının depolandığı alanda, depolama işlemi tamamlandıktan sonra, çöpün üzeri killi toprak ile sıkıştırılarak örtülmüştür. Bu arada sahaya dökülen çöplerin bileşiminin belirlenmesi için çalışmalar yapılmıştır. Bunun için değişik semtlerden farklı saatlerde gelen araçlardan çöp ayırımı ve elek analizleri yapılmıştır. Elek analizinden geçen örnekler, aynı gün içinde su içeriği ve organik madde muhtevası açısından analiz edilmiştir. Öncelikle depolama sahasından kaynaklanan sızıntı suyu miktarının belirlenmesi amacıyla, benzer özellikte fakat daha küçük ölçekte deponi sahası hazırlanmış ve yağışsız mevsimde sızıntı suları debisi ölçülmüştür. Elde edilen ölçümler, değerlendirilerek oluşabilecek sızıntı suyu miktarı matematiksel olarak aşağıdaki gibi ifade edilmiştir. Q = Qmaxexp((t-120)2/16200) (1) Deney sahamıza yağan yağışın sızıntı suyu üzerine etkisinin hesabı da, günlük ölçülen yağış ve buharlaşma değerleri kullanılarak, infiltrasyon denklemleri yardımıyla hesaplanmıştır. Deponi sahasından kaynaklanan sızıntı suyu miktarı bu şekilde hesaplanırken, diğer taraftan yaklaşık 512 günlük süre içerisinde her hafta sızıntı suyundan örnekler alınarak laboratuarda AKM, KOI, sülfat, kurşun, nikel, kadmiyum ve pH parametreleri ölçülmüştür. Elde edilen deney sonuçlarının yorumlanması neticesinde aşağıdaki matematiksel ifadeler geliştirilmiştin dC/dt+(Q(t)/V9f)C=R(t) (2) X1UKonsantrasyon değişim eğrisinin karalı hal konsantrasyonu olarak ifade edilen bir konsantrasyona asimtotik olarak düştüğü kabul edilmiştir. Dolayısı ile bizim çöp özelliklerimize ve koşullarımıza uygun denklemlerin üretilmesi gerekmektedir. R=0, kabulü ile yukanda verilen denge denklemi, kümülativ sızıntı suyunun basit bir üstel fonksiyonu şeklinde çözülebilir. t=t C(t)= C0exp(-U(Q(t)/Vef)dt) (3) G(t), bozunma terimi olarak, G(t)=U(Q(t)/V9f)dt (4) şeklinde ifade edilirse, C(t) = Co exp ( - G(t) ) (5) olur. Bu homojen eşitlik depo alanına giren ve sızıntı suyu ile birlikte depoya girerek seyrelmeye sebep olan kirlenmemiş suyun karışımını tanımlar. Deney sonuçları, asimtotik sıfır olmayan konsantrasyonun, başlangıç durumundan sonra oluşan bozunmayı göstermektedir. Sonuçta inorganik maddeler için konsantrasyon değişimi aşağıdaki eşitlik gibi kabul edilmiştir. C(t) = Co exp ( -G(t) ) - R(t)Vef / Qort (6) Organik bileşikler için de benzer mantık ile; C(t)= Co exp (-G(t) ) - Z (R*R'*RM)(t) V9f / Qort (7) şeklinde ifade edilmiştir. Ağır metaller depo alanı içinde asidik faz başladığında daha fazla görülmüştür. Asetik asit üretiminin artması ortamın pH'ını düşürdüğü için çözünürlüğün artmasını sağlamaktadır. Ancak metan faz başlayıpta alkalinite arttığı ve pH yükselmeye başladığı zaman, katı atıktan sıvıya geçen metal miktarında düşme görülmüştür. C(t)=Cmaxexp(-(t-B)/A)2) + Rt (8) Bu matematiksel yaklaşımların sonuçları üzerinde çalışılan Harmandalı Düzenli Depolama Sahasının yaz çöplerine ait deney verileri ile tam bir uyum göstermektedir. Uygulanan matematik modellerin deneysel çalışma sonuçları ile arasındaki ilişkinin derecesini tespit etmek için belli anlam seviyelerine göre ( r ) korelasyon katsayıları testi ile uygunluk analizleri yapılmış ve istatistik analizler sonucunda XIVhesaplanan değerler teorik değerlerin oldukça üzerinde çıkmıştır. Bu da yapılan matematik model ile deney sonuçları arasında oldukça yakın bir ilişki olduğunu göstermektedir. Geliştirilen matematik modelin geçerliliği, Bursa Büyük Şehir Belediyesi'ne ait düzenli depolama sahası hakkında alınan bilgiler doğrultusunda denenmiştir. Bursa katı atık düzenli depolama sahasından kaynaklanan sızıntı sularındaki kirletici parametrelerin zamanla değişimi belirlenmiştir. Depolama sahasına, katı atık kompozisyonuna ve miktarına ait bilgiler model içinde kullanılarak, deney sonuçları ile karşılaştırılmış ve son derece uyumlu oldukları saptanmıştır. XV
Özet (Çeviri)
A MATHEMATICAL MODEL WHICH DETERMINES VARIOUS LAECHATE CHARACTERIZATION IN SANITARY LANDFILLS SUMMARY Disposal of solid wastes is one of the most important environmental problem of today. Production of solid wastes begins with obtaining raw materials and they continue to be produced in every step of production processes. The most widely used method for the disposal of solid wastes today is sanitary landfills. In long term, sanitary landfill areas are affected from the composition of the solid wastes, climate of the region, operational techniques and so forth. As a result of these effects, landfill area stabilizes in various phases. In the estimation of these phases and their completion periods, many factors like; humidity of the waste, its organic material content, nutrient usage, inhibitors and certain factors specific to that area, play important roles. During this deposition, as a result of the waste characteristics, leachate has very concentrated physical, chemical and biological pollutants in suspended or dissolved forms. This leachate is formed from decomposition of organic matters or dissolved ions which cause pollution of surface and groundwater. It is rather difficult to determine the quantity and quality of the leachate produced in sanitary landfill areas. The main factors effecting leachate quantity are, composition of the waste, operation techniques of the landfill area, climate, humidity absorbing capacity of the waste and characteristics of the landfill area. The quantity and the quality of the leachate formed primarily depends on the humidity content of the waste. In developing countries, especially in summer this humidity is around 60-80%. As for the factors affecting the structure of the leachate; composition of the waste, handling of the waste, age of the landfill, physical and chemical reactions and climate may be stated. In this study, mathematical models were used in order to determine leachate content and quantity, its treatment and its carry over. After making experimental modeling studies on the leachate for its microbiological, physical and chemical reactions, it was determined that the formation of leachate was delayed. In the landfill leachate was seen after the solid wastes were saturated by water and the quantity of water entering and existing the landfill become approximately the same. Also it was determined that the quantity of organic and inorganic pollutants in the leachate decrease with respect to the landfill age. Seasonal variations in precipitation cause differences in concentration and with respect to the deposit height, variation in concentration increases. Leachate modeling, helps us to understand the mass change in the transition from solid phase to the liquid phase and degradation of pollutants. The results XVIobtained from the model should be in parallel to experimental measurements. Mathematical assimilation of leachate formation and transfer was possible with the studies done in a relatively short time ago. It is known that the organic and inorganic pollutants present in solid wastes act different and also their transition to the water, passing through the reactor by dissolution and carrying, will be different For example; organic matters are effected by microbiological activities differently then by those of inorganic matters. It may be accepted that solid waste components having small solubility may transfer to the water passing through the reactor with a certain rate or with a rate changing with time. By taking into consideration all the modeling studies done about this subject, this modeling study was prepared in order to provide some help to the design of sanitary landfills in our country. In this study variation of leachate characteristics was tried to be determined by making studies at an actual sanitary landfill area in Türkiye. In this modeling study, experimental system was formed at Harmandalı Sanitary Landfill Area where only domestic solid wastes are deposited. On the landfill site where June and July solid wastes were deposited, top of the wastes were covered and compressed with clay. At the same time, studies were continued to determine the composition of the wastes disposed at this area. In order to do this, waste separation and sieve analysis of the wastes coming from different parts of the city were done. After sieve analysis, these wastes were analyzed for their water and organic matter contents. At first, in order to determine the leachate quantity produced from the landfill area, a smaller landfill site with similar properties were prepared and leachate quantities at dry seasons were measured. By evaluating these measurements, the leachate quantity was expressed mathematically as below; Q = Qmaxexp((t-120)2/ 16200) (1) The effects of the precipitation falling on the experiment site were calculated by using daily measured precipitation and evaporation values and infiltration equations. Together with these calculations, during 512 days, weekly leachate samples were taken and, in the laboratory SS, COD, sulfate, lead, nickel, cadmium and pH parameters were analyzed. After evaluating these laboratory results, the mathematical expression given below was developed; dC / dt + ( Q(t) / V0f ) C = R(t) (2) It was assumed that the concentration variation curve approaches asimpthodically to steady state concentration. So, it is concluded that equations appropriate for our waste characteristics and our conditions, should be prepared. xvuBy assuming R=0, the balance equation given above, can be solved simply as an exponential function of cumulative leachate, t=t C(t) = Co exp (- U ( Q(t) / Vef ) dt) (3) G(t), being a degradation term, can be expressed as, G(t)=Jt=o(Q(t)/V9t)dt (4) and C(t) becomes to the form below, C(t) = Co exp ( -G(t) ) (5) This homogeneous equation defines the unpolluted water that enters the landfill site together with leachate and lowers its pollutant concentration. The experimental results show the degradation of concentration, not zero asymptotically, after its initial condition. As a result, the concentration variation for inorganic matters is accepted as the equation given below: C(t) = Co exp ( -G(t) ) - R(“Vef / Qort (6) And, similar equation for organic matters; C(t)= Co exp (-G(t) ) - S (R+R'+R”)(t) V8, / Qort (7) It can be expressed as. Heavy metals were seen more in the landfill site when acidic phase began. Increase of acetic acid production lower the pH of the environment and causes an increase in solubility. But after the beginning of methane phase where pH and alkalinity increase, a decrease is seen in the metal quantity passing from solid wastes to the water. The concentration change of heavy metals passing to the leachate are found as below; C(t)= Cmax exp ( - 0.5( t - B ) / A f ) + R t Results of these mathematical approximations are in a complete harmony with the experimental data obtained from Harmandaly Sanitary Landfill in summer time. In order to determine the relationship between the applied mathematical models and experimental results, certain analyzes are done by correlation coefficient tests. As it can be seen, statistically calculated values are high above the theoretical values. This shows a close relation between the mathematical model and experimental results. Applicability of the mathematical model was tested with respect to parameters obtained from Bursa Metropolitan Municipality Sanitary Landfill. Variation of leachate pollution parameters in Bursa sanitary Landfill area, was tested in the Willlandfill site, solid waste composition and quantity were used in the model and the results obtained were compared with experimental results. From this study it was seen that the results of the model and the experiments were very close to each other. XIX
Benzer Tezler
- A state-of-the-art design technique in landfill engineering: A case study
Düzenli depolama sahaları mühendisliğinde en uygun tasarım teknikleri: Örnek uygulama
S. BİRKAN AYKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Çevre MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TURGUT ONAY
- Manyetik kitosan kil boncuklar üzerine immobilize edilmiş peroksidaz enzimi ile serbest peroksidaz enziminin karşılaştırılması ve çöp sızıntı suyu anaerobik membran biyoreaktör (AnMBR) çıkış suyuna uygulanması
Comparison of peroxidase enzyme and free peroxidase enzyme immobilized on magnetic chitosan clay beads and application to waste leakage anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) outlet water
İREM AYRANPINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Çevre MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEVSER CIRIK
- Microbial community monitoring of landfill leachatetreating system and improvement efforts
Katı atık depolama sahasının sızıntı suyu arıtmasistemindeki mikrobial topluluk izlemesi veiyileştirme çalışmaları
SÜLEYMAN SOYEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ÖVEZ
- Gerçek ölçekli genç katı atık depolama sahasında metan üretim potansiyelinin ve sızıntı suyu karakterizasyonunun belirlenmesi
Determination of methane production potential and leachate characterization in a real-scale young landfill
TUGAY GEÇGEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Çevre MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN NURİ AĞDAĞ
- Katı atık düzenli depolama sahalarında oluşan çöp sızıntı suları ve arıtılması üzerine incelemeler
Review on the solid waste landfill leachate and treatment
SAYGISEN KESER
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Çevre MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YALÇIN KEMAL BAYHAN