Development of modeling approaches for landfill leachate management
Katı atık depolama sahalarında sızıntı suyu yönetimi için modelleme yaklaşımları geliştirilmesi
- Tez No: 116503
- Danışmanlar: PROF. DR. KAHRAMAN ÜNLÜ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: katı atık depolama sahası, modelleme, sızıntı suyu miktarı, sızıntı suyu kalitesi, atık stabilizasyonu, sızıntı suyu yönetimi. V11I, landfill, modeling, leachate quantity, leachate quality, waste stabilization, leachate management
- Yıl: 2001
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 325
Özet
öz KATI ATIK DEPOLAMA SAHALARINDA SIZINTI SUYU YÖNETİMİ İÇİN MODELLEME YAKLAŞIMLARI GELİŞTİRİLMESİ Demirekler Yıldız, Ebru Doktora, Çevre Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Kahraman Ünlü Eylül 2001, 295 sayfa Sızıntı suyu evsel katı atık yönetimi konusundaki önemli unsurlardan biridir. Katı atık depolama sahalarındaki sızıntı suyunun oluşumu ve davranışını anlayabilmek ve sızıntı suyunun kalite ve miktarını tahmin edebilmek katı atık depolama sahalarının çevresel etkilerinin değerlendirilmesi, bu sahaların stabilizasyonu ve sızıntı suyu kontrolü, toplanması, tekrar döndürülmesi ve arıtma sistemlerinin tasarımı ile ilgili olarak ortaya çıkan önemli endişelerdir. Matematiksel modeller, katı atık depolama sahalarında sızıntı suyu yönetimi ile ilgili bu endişelerin giderilmesinde kullanılabilecek araçlar olarak düşünülebilirler. Katı atık depolama sahalarındaki sızıntı suyu oluşumu ve taşınımını simule etmek üzere çeşitli modeller geliştirilmiştir. Ancak bu modeller çok önemli iki hususu gözardı etmişlerdir. İlk olarak, bu modeller zaman içinde olan çökmenin depolama sahalarının vıhidrolik özellikleri üzerindeki etkilerini göz önüne almamışlardır. Büyük çökmeler ve saha içindeki atıkların sıkışması alt tabakaların dikey su akışını çok daha az geçirmesine neden olabilir. Hidrolik özelliklerin değişmesi, sızıntı suyunun akış şeklini ve saha içindeki nemin dağılımını etkiler ki bu da sahadan çıkan sızıntı suyu kompozisyonunu etkiler. Daha önceki sızıntı suyu modellerinde göz ardı edilen bir diğer husus ise katı atık depolama sahalarının doldurulması sırasında meydana gelen sızıntı suyu oluşumu ve atık stabilizasyonu prosesleridir. Bu modeller, simulasyona katı atık depolama sahalarına atık konulması tümüyle tamamlandığında başlamaktadır. Gerçekte ise, katı atık depolama sahalarının son halini alması yıllar sürmektedir. Bu işletim dönemi süresince, saha içindeki nem dağılımı ve sızıntı suyu kalitesinde önemli değişiklikler olması muhtemeldir. Bu çalışmanın ana amacı, çökme ve sahanın doldurulması sırasında meydana gelen değişikliklerden kaynaklanan etkileri göz önüne alarak katı atık depolama sahalarım davranışını ve sızıntı suyu miktar ve kompozisyonunu simule eden bir model oluşturulmasıdır. Model, sızıntı suyu akışı, hidroliz, asit oluşumu safhası, metan oluşumu safhası ve asit ve metan bakterilerinin asetk asit tarafından engellenmesi gibi sızıntı suyu oluşumu ve atıkların stabilizasyonu sırasında meydana gelen biyokimyasal prosesleri etkileyen işlemleri anlatan denklemler içermektedir. Katı atık depolama sahasının doldurulması sırasında ortaya çıkan değişiklikleri modelleyebilmek amacıyla bir kaskat yaklaşımı kullanılmıştır. Bu yaklaşım, katı atık depolama sahasının değişik zaman dilimlerinde inşa edilen hücrelerden oluştuğunu var saymaktadır. Her zaman dilimi yeni bir hücrenin bitirilip işletime alındığı süreyi ifade etmektedir. Her zaman dilimi sonunda yeni hücreler ya yeni bir hücre kolonu oluşturacak şekilde veya mevcut atık kolonlarının üzerine yerleştirilmek suretiyle sisteme dahil edilmektedir. Bunun sonucu olarak, katı atık sahalarının üç boyutlu yapısını elde etmek mümkün olmaktadır. Bu çalışmada oluşturulan kaskat modeli, her hücrenin katmanlardan oluştuğunu varsaymaktadır. Her katmanda, katı atık, nem, gazlar ve mikroorganizmaların homojen olarak dağıldığı varsayılmaktadır. Kaskat yaklaşımının kullanılması, hidrolik özelliklerinin katı atık depolama sahaları içindeki mekansal değişiminin ve saha içindeki nemin ve sızıntı suyu konppozisyonunun yere ve zamana göre değişiminin model tarafından göz önüne alınabilmesini sağlamıştır. VIIÇökmenin hidrolik geçirgenlik üzerindeki etkilerinin göz önüne alınabilmesi için öncelikle çökme prosesinin modellenmesi gerekmektedir. Parametre değerlerinin tahminindeki zorluk nedeniyle, çökmenin hidrolik geçirgenlik üzerindeki etkisini tahmin etmek için daha basit bir yaklaşım kullanılmıştır. Çökmeyi etkileyen önemli parametrelerden biri atık üzerindeki dikey strestir. Daha önce yapılmış olan farklı çalışmaların sonucu, hidrolik geçirgenlik ve toplam dikey stres arasında güçlü bir ilişki olduğunun göstermektedir. Dolayısıyla, hidrolik geçirgenliğin çökmeye bağlı değişimini tahmin etmek içim toplam dikey stres kullanılabilir. Dikey stres, atığın başlangıç yoğunluğu ve nem içeriği ile atık derinliğine bağlı olduğunu göstermektedir. Geliştirilen matematiksel modelin denklemleri, Runge-Kutta nümerik yöntemi kullanılarak Fortran 90 bigisayar kodu ile çözülmüştür. Geliştirilen modelin faydalarının ve simulasyon kabiliyetinin ortaya konulması maksadıyla seçilen bazı model uygulamaları ortaya konulmaktadır. Model sonuçları, Ontaryo, Kanada' daki Keele Valley Katı Atık Depolama Sahasından elde edilen sızıntı suyu üretimi, klor derişimi, biyokimyasal oksijen ihtiyacı değeri, pH değeri ve metan üretimi verileri ile karşılaştırılmıştır. Gerçek katı atık depolama sahasından elde edilen veriler ve model sonuçlan arasında uygunluk olduğu gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT DEVELOPMENT OF MODELING APPROACHES FOR LANDFILL LEACHATE MANAGEMENT Demirekler Yıldız, Ebru Ph.D., Department of Environmental Engineering Supervisor: Prof. Dr. Kahraman Ünlü September 2001, 295 pages Leachate management is an important integral aspect of municipal solid waste management. Understanding the occurrence and behavior of leachate in landfills as well as estimates of the quality and quantity of landfill leachate are of important concerns associated with assessment of environmental impacts, landfill stabilization, and design of leachate control, collection, recirculation and treatment systems. Mathematical models can be considered as powerful tolls for addressing such concerns related to landfill leachate management. Numerous mathematical models have been developed to simulate the generation and transport of leachate in landfills. However, these models have not taken two important facts into account. First, they have not considered the effect of settlement on the landfill hydraulic characteristics. Waste compaction at the landfill may render the bottom waste layers much less permeable to vertical water flow. These hydraulic property changes maffect the leachate flow patterns and distribution of moisture within the landfill; in turn affecting the composition of the leachate leaving the landfill. The second factor that has been neglected in previous leachate models is the leachate generation and waste stabilization processes taking place during the development stage of the landfills. These models start simulation after placement of all the solid waste in the landfill has been completed. In reality, it may take many years to reach the final height of the landfill. Significant changes in moisture distribution and leachate quality may occur during this operational period. The major objective of this study is to develop a mathematical model to simulate the landfill leachate behavior and leachate quantity and quality, taking the effects of settlement and landfill development stage into consideration. The model incorporates governing equations that describe processes influencing the leachate production and biochemical processes taking place during the stabilization of wastes, including leachate flow, hydrolysis, acidogenesis, methanogenesis, inhibitions of both acidogenesis and methanogenesis by acetic acid. To model the changes occurring during the development stage of the landfills, a cascade approach has been adopted. This cascade approach considers the landfill conceptually to be consisted of cells, which are constructed at different time periods. Each time group represents the period of time after which a new cell is finished and started to operate. By the end of each time period, new cells are introduced into the system, either in a new column of cells or on top of one of the existing cell columns. As a result, a three-dimensional landfill structure similar to real landfill is obtained. The cascade model developed in this study considers each cell in the landfill to be consisted of several layers. Each layer is assumed to be a completely mixed reactor containing uniformly distributed solid waste, moisture, gases and microorganisms. The use of cascade approach enables the incorporation of the spatial changes in hydraulic properties of the landfill into the model and also makes it possible to predict the spatial and temporal distributions of moisture and leachate constituents. To incorporate the effects of settlement on the hydraulic conductivity, settlement process has to be modeled. In order to avoid the difficulties in parameter estimations, a simpler approach has been adopted in this study to estimate the decrease in hydraulic conductivity IVdue to settlement. One of the key parameters affecting settlement is the vertical stress on the waste. The results of different studies give a strong correlation between the hydraulic conductivity and the total vertical stress. Therefore to estimate the change in the hydraulic conductivity due to settlement, the relationship between hydraulic conductivity and total vertical stress can be used. Vertical stress is mainly a function of initial density of the waste, moisture content of the waste and the depth of the landfill, which are relatively easier to estimate. The governing equations of the developed mathematical model are solved using Runge- Kutta numerical scheme, which is developed into a Fortran 90 computer code. Selected model applications are presented to demonstrate the utility and the predictive capability of the developed model. The model results are compared with the leachate production, chloride concentration, BOD, pH, and methane production data available from the Keele Valley Landfill in Ontario, Canada. Good agreement has been observed between the real landfill data and model predictions.
Benzer Tezler
- Depolama sahası gazlarının yönetimi ve modellenmesi
Modelling and management of landfill gases
ERDİNÇ OĞUZ TAŞKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK
- Mobilya endüstrisinde yaşam döngüsü analizi yaklaşımı ile çevreci tasarım ve sürdürülebilir stratejiler
Eco-design and sustainable strategies for the furniture industry through life cycle approach
MERVE MERMERTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA GERMİRLİ BABUNA
- Türkiye'de katı atık yönetimi ve geri kazanım
Solid waste management and recycling in Turkey
KIZILTAN YÜCEİL
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LÜTFİ AKÇA
- Life cycle assessment of combined bioheat and biopower production and cost: Simulated case studies based on combustion utilizing turkish oak (Quercus cerris L.) coppices
Birlikte biyoısı ve biyogüç üretimi yaşam döngüsü değerlendirmesi ve maliyeti: Türkiye meşe (Quercus cerris L.) baltalıklarını kullanan yanma temelli benzetilmiş durum çalışmaları
GÜNER EKŞİ
Doktora
İngilizce
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU