Sustainability assessment for a large water treatment plant via life cycle approach
Büyük bir su arıtma tesisinin sürdürülebilirliğinin yaşam döngüsü yaklaşımı ile değerlendirilmesi
- Tez No: 467324
- Danışmanlar: PROF. DR. FATOŞ GERMİRLİ BABUNA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 166
Özet
Önümüzdeki yıllarda artan nüfus nedeniyle su arıtma tesislerinden kaynaklanan çevresel etkiler büyüyecektir. Bu nedenle, sürdürülebilirliği bir çevre koruma stratejisi olarak algılayan tüm gelişmiş ülkeler enerji kullanımı ve çevre koruma etkinliğini arttırmaya çalışmaktadırlar. Türkiye'de İstanbul en fazla şehirleşme ve endüsriyel büyümenin gözlendiği şehirdir. Bu çerçevede bu çalışmanın ana amacı İstanbul'da yer alan bir su arıtma tesisinin çevre etkilerinin yaşam döngüsü değerlendirmesi yaklaşımı kullanılarak ortaya koyulmasıdır. Bu çalışmada Büyükçekmece Gölü'nden aldığı suyu arıtan, İstanbul'un batısında bulunan Büyükçekmece Su Arıtma Tesisi'nin çevresel etkileri yaşam döngüsü ile araştırılmıştır. Sistem sınırları ve fonksiyonel birim tanımlandıktan sonra tesisten bir yıl süre ile veri toplanmıştır. Tesiste kullanılan maddeler ve elektrik tüketimi 1m3 arıtılmış su için ortaya koyulmuştur. Sistem sınırları ana ve yan arıtma proseslerinden oluşmaktadır. Su giriş ve çıkışı için kullanılan pompalar, havalandırma ünitesi, yavaş / hızlı karıştırma, çökeltme, filtrasyon, dezenfeksiyon ve depolama tankı tesisteki ana süreçlerdir. Bunların yanısıra tesiste kimyasalların karıştırılması, çamur susuzlaştırma, ters yıkama ve çamur pompalama gibi birçok alt süreç de yer almaktadır. Ham suyun arıtımında kimyasal olarak alüminyum sülfat, polielektrolit, aktif karbon ve klor kullanılmaktadır. Ayrıca çalışma kapsamında işletme / izleme sistemi ve vanalar da ele alınmıştır. Yaşam döngüsü değerlendirme yaklaşımı aracı olarak GaBi 7.3 yazılımı kullanılmıştır. Süreçler ve madde, enerji girdi-çıktıları su arıtma tesisinin sistem sınırına bağlı olarak GaBi7.3 yazılımında oluşturulmuştur. Her işlemdeki girdi ve çıktı, yaşam döngüsü değerlendirmesi uyarınca belirlenmiştir. Envantör verilerinin girilmesinden sonra, GaBi 7.3 yazılımı tüm veri girişini normalize edip dengelemektedir. Bu yazılımda birçok çevresel etki kategorisi bulunmaktadır. Bu çalışmada, çevresel etkileri değerlendirmek için Leiden Üniversitesi Çevre Çalışmaları Merkezi'nin geliştirdiği CML 2001 yöntemi seçilmiştir. Sonuçlar çalışmanın amacına göre yorumlanmıştır. GaBi yazılımı ile değerlendirilen etki kategorileri, Küresel Isınma Potansiyeli (KIP), Asitleşme Potansiyeli (AP), Ötrofikasyon Potansiyeli (EP), Ozon Tabakası Azalma Potansiyeli (OTAP), Abiyotik Element Tükenme Potansiyeli (AETP), Abiyotik Fosil Tükenme Potansiyeli (AFTP), Tatlı Su Ekotoksisitesi Potansiyeli (TSEP), İnsan Toksisitesi Potansiyeli (İTP), Deniz Suyu Ekotoksisitesi Potansiyeli (DSEP), Fotokimyasal Ozon Oluşturma Potansiyeli (FOOP), Karasal Ekotoksisite Potansiyeli (KEP) olarak sıralanabilir. İncelenen su arıtma tesisinin çevresel etkileri literatür değerlerine uygundur. KIP ve ÖP'ye en yüksek katkı, çıkış pompaları, klorlama ve giriş pompalarından gelmektedir. AP'ye ana katkılar ise çıkış pompaları, pıhtılaşma-yumaklaştırma ünitesi, klorlama ve giriş pompalarından kaynsaklanmaktadır. Çıkış ve giriş pompaları ile klorlama aşamaları OTAP'ye ana katkıyı oluşturmaktadır. AETP klorlama kaynaklıdır. Çıkış pompaları, klorlama, giriş pompaları; koagülasyon-flokülasyon ve havalandırma safhaları AFTP'de önemli paylara sahip proseslerdir. TSEP'e ana katkı, çıkış pompaları, koagülasyon-flokülasyon, klorlama, giriş pompaları ve havalandırma kaynaklıdır. Çıkış pompaları, klorlama ve giriş pompaları esas olarak İTP, KEP ve DSEP'den sorumlu aşamalardır. FOOP'ye ana katkıda bulunan unsurlar, çıkış pompaları, koagülasyon-flokülasyon, klorlama ve giriş pompalarıdır. Sonuçlar, elektrik kullanımının çevresel etkilerin başlıca kaynağı olduğunu göstermektedir. Büyükçekmece Su Arıtma Tesisi, güç kaynağı olarak şebekeden alınan elektriğini kullanmaktadır. Bu nedenle, çevresel etkilerdeki elektrik kaynağına bağlı değişimi göstermek için şebeke kaynaklı elektrik yerine yenilenebilir enerji kaynakları kullanıldığında ve Türkiye enerji üretimi ortalaması kullanıldığında sonuçların nasıl değiştiğine bakılmıştır. Sonuçlar, rüzgar enerjisi kullanımının çevresel etkileri en aza indirdiğini, güneş enerjisinin sonuçları düşürdüğünü fakat ortalama bir etkileri olduğunu fosil yakıt kullanımının ise en fazla etkiye yol açtığını göstermiştir. Çevresel yükü en aza indirgemek için rüzgar veya güneş enerjisi kullanımı iyi bir çözüm olabilir. Bu çalışmada ayrıca kimyasalların tesise taşınmasının sonuçlara etkisi de incelenmiştir. Kimyasalların taşınmasında, miktar, mesafe ve taşıma rotasının etkili olduğu fakat kimyasalların taşınmasının toplam sonuçlara etkisinin %2'den az olduğu görülmüştür. Ayrıca giriş/çıkış pompalarının veriminin çevresel etki kategorilerine etkisini belirlemek için pompa verimleri değiştirilerek sonuçlar hesaplanmış ve pompa verimleri %80'den %85'e çıkarıldığında elektrik tüketimindeki düşüşün sonucu olarak tüm etki kategorilerinde düşüş görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The environmental impact of water production industry in coming few years will be higher due to population growth. Therefore, most developed countries interest with the sustainability as an environmental protection strategy to increase efficiency of environmental preservation and energy. In Turkey, Istanbul has the biggest urban and industrial growth. That is why that the main objective of this work is to apply life cycle assessment approach to evaluate the environmental impact for one of the main water treatment plants in Istanbul-Turkey. This work studied the environmental impact of Büyükçekmece Water Treatment Plant using life cycle assessment approach. The Büyükçekmece Lake is water source of the treatment plant located in western side of Istanbul. After determination of system function and functional unit of water treatment system, data inventory of plant was collected for one year. The materials and electricity consumption was calculated per 1 m3 of potable water. The system boundary of plant includes main and sub treatment processes. The input/output pumps, aeration, slow/rapid mixing, clarification, filtration, disinfection and reservoir are the main processes in the plant. There are many subprocess units such as chemical mixing, sludge dewatering, backwash water, blower and sludge pump unit. The chemicals are utilized to treat raw water as aluminum sulfate, polyelectrolyte, activated carbon and chlorine. Moreover, operation/monitoring system, and valves are considered in this work. GaBi 7.3 software is applied as tool of life cycle assessment approach. The processes and flows are constructed in GaBi 7.3 software depending on the system boundary of water treatment plant. The input and output in each process are determined according to LCA requirement. After the entry of inventory data, GaBi 7.3 software is normalized all data entry and balances it. Many environmental impact categories are available in this software. In this study it has been selected the Centre for Environmental Studies (CML 2001) method to evaluate the environmental effects. Finally, the results are interpreted according to the goal of study. The impacts categories are evaluated by GaBi software in terms of Global Warming Potential (GWP), Acidification Potential (AP), Eutrophication Potential (EP), Ozone Layer Depletion Potential (ODP), Abiotic Depletion Potential (ADP elements), Abiotic Depletion Potential (ADP fossil), Freshwater Aquatic Ecotoxicity Potential (FAEP), Human Toxicity Potential (HTP), Marine Aquatic Ecotoxicity Potential (MAEP), Photochemical Ozone Creation Potential (POCP), Terrestric Ecotoxicity Potential (TETP). It was calculated the environmental impacts of a Turkish water treatment plant via LCA approach. The environmental impacts of the investigated water treatment facility are in accordance with the literature values. The highest shares to GWP and EP come from output pumps, chlorination and input pumps. The main contributors to AP can be enlisted as output pumps, coagulation-flocculation, chlorination and input pumps. Mainly output and input pumps and chlorination stages contribute to ODP. A total ADP element mostly arises from chlorination. Output pumps, chlorination, input pumps, coagulation-flocculation and aeration stages have significant shares in ADP fossil and FAEP. Output pumps, chlorination and input pumps are the stages mainly responsible for HTP, TETP and MAEP. Output pumps, coagulation-flocculation, chlorination and input pumps can be encountered as the main contributors to POCP. The results show that electricity consumption contributes most to environmental impacts. Büyükçekmece Water Treatment Plant utilizes grid mix electricity as power source. To understand the effect of different electricity sources on the results LCA model is reconstructed with renewable (solar and wind), non-renewable (fossil) and grid mix electricity which used in Turkey as a power source. The results show if wind energy is consumed as electricity source all of the impact categories decrease more than solar panels, grid mix and hard coal electricity. Whereas the hard coal power consumption increases most impact categories. Solar panels electricity has moderate effect when reduces impacts categories excluding ADP elements and HTP categories. Consumption of wind or solar energy could improve the system in terms of environmental impacts. All impact categories except GWP, ADP elements and MAEP, decrease when grid mix electricity for Turkey is utilized. In this study, also effects of transportation is investigated in two parts: chemicals transportation and sludge transportation to landfill. The results show that impact categories of chemicals transporting affected by several parameters, the quantity, distance and shipping routes are the main factors. It was found that impact categories are not increasing noticeably with/without chemicals transportation. So that this increase does not exceed more than 2%. The environmental impacts for all the categories were calculated to illustrate the effect of inlet/outlet pumps efficiency. That leds to minimize the electricity consumption and environmental impact. The results show that the impacts decrease when the efficiency of the pumps are increased from 80% to 85% due to lowering the electricity requirements.
Benzer Tezler
- Evaluation of wastewater treatment technologies using renewable energy for dispersed settlements: Storm valley Ardesen– Camlihemsin pilot region application
Dağınık yerleşimler için yenilenebilir enerji kullanan atıksu arıtma teknolojilerinin değerlendirilmesi: Fırtına vadisi Ardesen–Camlıhemsin pilot bölge uygulaması
ORÇUN LEBLEBİCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN İNCE
- Design and life cycle assessment of integrated organosolv based biorefinery: Simulated case studies utilizing sessile oak (Quercus petraea) coppices and industrial wood sawdust from Bursa/Turkey region
Entegre organosolv bazlı biyorafineri tasarımı ve yaşam döngüsü değerlendirmesi: Bursa/Türkiye bölgesinden sapsız meşe (Quercus petraea) ve endüstriyel odun talaşı kullanarak durum çalışmaları simülasyonu
MERVE NAZLI BORAND
Doktora
İngilizce
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
- Büyük ölçekli su arıtma tesisinin yaşam döngüsü değerlendirmesi
Life cycle assesment for a large scale water treatment plant
HÜLYA ŞAHİN AKKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA GÜLEN İSKENDER
- Tekstil endüstrisinde su geri kazanım teknolojilerinin seçimine yönelik karar destek programının geliştirilmesi
Developing decision support program for selection of water recovery technologies in textile industry
UMUT ZENGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kamu Yönetimiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER
- Tarımsal sulamada arıtılmış kentsel atıksuyun kullanılmasının risk değerlendirilmesi
Risk assessment of treated urban wastewater for agricultural irrigation
HATİCE NUR GÜREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Çevre MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRE BURCU ÖZKARAOVA