İçme suyu arıtımında uygulanan proseslerin çok kriterli karar verme yöntemleri kullanılarak değerlendirilmesi
Evaluation of drinking water treatment processes using multi-criteria decision making methods
- Tez No: 933259
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR DOĞRUEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 187
Özet
Su, tüm canlıların varlığını sürdürebilmesi için temel bir gerekliliktir. Ancak, dünya genelinde temiz suya erişimin yetersizliği, ciddi sağlık sorunlarına yol açmakta ve bu sorunlar, kirli su kaynaklarından kaynaklanan hastalıklarla daha da derinleşmektedir. Dünya yüzeyinin büyük bir kısmı su ile kaplı olsa da kullanılabilir tatlı su miktarı oldukça sınırlıdır. Bu durum, su kaynaklarının korunmasını acil bir küresel mesele haline getirmiştir. Özellikle şehirleşme, endüstriyel gelişim, tarımın yoğunlaşması ve iklim değişikliği gibi faktörler, içme suyu temini ve kalitesini giderek daha da zorlaştırmaktadır. Bunun yanı sıra, su arıtma süreçlerini iyileştirmek ve her su kaynağına özgü uygun çözümler geliştirmek için, ekonomik, çevresel ve teknik faktörlerin tümünü dikkate alan kapsamlı yaklaşımlar gerekmektedir. Geleneksel arıtma yöntemleri, bu karmaşık meselelerle başa çıkmakta yetersiz kalmaktadır. Bu sebeple, matematiksel modeller, algoritmalar ve bilgisayar simülasyonları gibi yenilikçi teknolojiler, karar alma süreçlerinde kullanılmakta ve bu araçlar, doğru çözümler bulmak için önemli bir temel oluşturmaktadır. Ancak, bu araçlar tek başına yeterli olmadığından su yönetimindeki karmaşıklığı çözmek için, farklı parametreleri bir arada ele alan daha entegre yöntemlerin kullanılması gerekmektedir. Her su kaynağına özgü yerel koşullar ve özellikler dikkate alınarak tasarlanmış inovatif çözümler, etkili ve sürdürülebilir su arıtma süreçleri için önemli fırsatlar sunmaktadır. Bu bağlamda, çok kriterli karar verme yöntemleri, su arıtma seçeneklerinin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanır. Ekonomik ve çevresel faktörler ile teknik gereksinimleri birleştirerek, en uygun çözümün belirlenmesinde rehberlik eder. İstanbul'da su temini, büyük ölçüde yerüstü su kaynaklarından sağlanmaktadır. Şehirdeki su kaynaklarının büyük çoğunluğu yerüstü kaynaklarından temin edilirken sadece küçük bir kısmı yeraltı kaynaklarından temin edilmektedir. Avrupa Yakası'nda, İstanbul'un yaklaşık %65'lik nüfusunun yaşadığı alanda, su kaynağı potansiyelinin yaklaşık %25-35'i bulunmaktadır. Bu çalışmanın amacı, Avrupa Yakası'ndaki su temini için önemli bir rol üstlenen İkitelli İçme Suyu Arıtma Tesisi için en etkili arıtma stratejisini belirlemektir. Bu hedef doğrultusunda, çok kriterli karar verme yöntemlerinden TOPSIS (İdeal Çözüme Benzerlik Tekniği) kullanılarak, arıtma senaryoları farklı açılardan değerlendirilmiştir. Bu yöntem, ideal çözümle olan uzaklıkları belirleyerek, en uygun alternatifin seçilmesini sağlamaktadır. Çalışma, su arıtma süreçlerinde teknik, çevresel ve ekonomik kriterleri birleştirerek, sürdürülebilir ve verimli çözümler geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu çalışmada, İstanbul İkitelli İçme Suyu Arıtma Tesisi'nde uygulanan içme suyu arıtma süreçleri değerlendirilmiş ve TOPSIS yöntemiyle en uygun koagülasyon-flokülasyon, filtrasyon, dezenfeksiyon ve çamur yönetimi yöntemleri belirlenmiştir. Demir (III) Klorür, düşük dozajlarda yüksek arıtma performansı, geniş pH uyumluluğu ve ekonomik sürdürülebilirliğiyle koagülasyon-flokülasyonda en uygun seçenek olarak öne çıkmıştır. Filtrasyon yöntemleri arasında, küçük partikülleri etkili bir şekilde gidermesi ve gelişmiş otomasyon sistemleriyle işletme kolaylığı sağlaması nedeniyle Ultrafiltrasyon tercih edilmiştir. Dezenfeksiyon sürecinde, Ozon'un yüksek giderim verimi ve düşük yan ürün üretimi avantajlarına rağmen, maliyet ve bakiye dezenfektan eksikliği dezavantajları UV ile dengelenmiş ve her iki yöntemin de duruma göre uygun olduğu belirtilmiştir. Çamur yönetiminde ise Arıtma Uygulamaları, çevresel ve ekonomik etkiler ile sosyal kabul açısından en uygun yöntem olarak belirlenmiştir. Bu analizler, tesisin verimliliğini artırmak, çevresel sürdürülebilirliği sağlamak ve ekonomik olarak uygun alternatifleri seçmek için rehber niteliğindedir.
Özet (Çeviri)
Water is a fundamental requirement for the survival of all living organisms. However, the global challenge of limited access to clean water is resulting in serious health problems, which are exacerbated by diseases transmitted through contaminated water. Despite the fact that water covers a large part of the Earth's surface, the amount of usable fresh water is extremely scarce. This scarcity has made the conservation and management of water resources a critical issue worldwide. Factors like rapid urbanization, industrial growth, expanding agricultural practices, and the effects of climate change have all significantly impacted both the supply and the quality of drinking water. The increasing difficulty of ensuring adequate and safe water access calls for integrated strategies that incorporate economic, environmental, and technical factors to enhance water treatment processes and provide solutions tailored to the specific characteristics of each water source. Traditional water treatment techniques are often inadequate to cope with the complexity of contemporary water-related issues. As a result, advanced technologies such as mathematical modeling, algorithms, and computer simulations are now being employed to assist in decision-making processes related to water management. These technological tools provide valuable insights and predictive capabilities, but on their own, they are insufficient to fully address the multifaceted nature of water resource management. Therefore, more integrated and holistic approaches are necessary—ones that consider multiple parameters simultaneously to ensure effective solutions to the challenges posed by water scarcity and pollution. The development of innovative, context-specific solutions is crucial for improving water treatment methods. These solutions should be designed with local conditions in mind, allowing for efficient and sustainable water management. Multi-criteria decision-making (MCDM) methods, which evaluate multiple factors at once, play an important role in this process. By combining technical, economic, and environmental criteria, these methods provide a comprehensive framework for assessing various treatment options. This enables decision-makers to identify the most appropriate and feasible solutions for different water treatment scenarios. An example of such an application can be found in Istanbul, where the majority of the city's water demand is met through surface water resources, with only a small fraction sourced from underground aquifers. The European side of Istanbul, home to around 65% of the city's population, holds about 25-35% of the total water resources. The İkitelli Drinking Water Treatment Plant, which is located on the European side, is one of the most important facilities for water supply in the city. This plant processes water from several sources, including the Terkos Dam, the Istranca System, and the Sazlıdere Dam. The Terkos Dam, the oldest and most significant water source for the European side, regulates water flow in its own basin and manages additional supplies from the Istranca System, which are also provided to Istanbul. The Terkos Dam water is pumped to the İkitelli treatment plant through a pump station. The Sazlıdere Dam, another crucial water source, began operations in 1996, and its water is also sent to the İkitelli plant via a pump station located about 5 kilometers from Küçükçekmece Lake. The Sazlıdere Dam continues to serve as a reliable water supply source for the city. The treatment plant has a significant capacity, processing around 800,000 cubic meters of water per day to meet the drinking water needs of Istanbul's population. This study aims to identify the most effective water treatment strategies for the İkitelli facility by evaluating various treatment scenarios from multiple perspectives using the TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) method, a multi-criteria decision-making approach. TOPSIS allows for the selection of the best alternative by determining the distances between each treatment option and the ideal solution. By considering technical, environmental, and economic factors together, this study seeks to develop sustainable, efficient solutions for water treatment that are tailored to Istanbul's unique water supply conditions. Ultimately, the goal is to create an integrated framework that helps optimize water treatment processes, ensuring both the quality and sustainability of the water supply for the city's residents. This study evaluated the drinking water treatment processes implemented at the Istanbul İkitelli Drinking Water Treatment Plant, employing the TOPSIS method to identify the most effective methods for coagulation-flocculation, filtration, disinfection, and sludge management. By utilizing a structured decision-making approach, the study objectively assessed the performance of various techniques across multiple evaluation criteria, contributing valuable insights into process optimization. For the coagulation-flocculation process, Iron (III) Chloride emerged as the most advantageous coagulant, outperforming alternatives in terms of treatment efficiency, cost-effectiveness, and pH adaptability. Its ability to deliver high treatment performance at lower dosages, operate effectively over a wide pH range, and provide an economically sustainable solution made it a superior choice. While other coagulants offered certain benefits, such as operational simplicity and lower environmental impact, they were limited in comparison to the comprehensive advantages of Iron (III) Chloride. In the filtration process, Ultrafiltration stood out due to its exceptional performance and operational ease. Its ability to remove fine particles and microorganisms efficiently, produce high-quality water, and simplify operational workflows with advanced automation systems gave it an edge over other methods. However, the high energy requirements and capital costs associated with Ultrafiltration posed economic challenges that needed to be carefully considered. Nevertheless, based on a comprehensive evaluation of all criteria, Ultrafiltration was identified as the most suitable filtration method for drinking water treatment. For disinfection, the results of the TOPSIS analysis highlighted the advantages of Ozone, such as its superior removal efficiency, minimal by-product generation, and strong process performance. However, Ozone's drawbacks, including high operational costs and the lack of residual disinfectant, were also acknowledged. When examining the relative closeness to the ideal solution, the performances of Ozone (0.54914) and UV (0.54656) methods were found to be very similar. This indicates that both Ozone and UV are viable disinfection options, with their selection depending on specific conditions. UV offers lower costs and operational simplicity, while Ozone excels in removal efficiency and reduced by-product formation. Therefore, both methods can be considered suitable depending on the facility's needs, budget constraints, and environmental priorities. This balanced interpretation provides a more nuanced understanding of the TOPSIS results. In the sludge management process, Treatment Applications were identified as the optimal choice, achieving the highest scores across environmental impact, economic viability, social acceptance, and technical performance criteria. This method offers distinct advantages, such as the ability to generate valuable by-products, reduce environmental harm, and maintain cost-effective operations, while also garnering community support. Other options, such as regular storage, were found to have significant environmental and social drawbacks, whereas methods like construction or agricultural applications provided some benefits but fell short compared to Treatment Applications. In conclusion, the TOPSIS analyses conducted for the disinfection, coagulation-flocculation, filtration, and sludge management processes at the İkitelli Drinking Water Treatment Plant proved to be an effective decision-making tool. These findings not only support the optimization of treatment processes but also promote environmental sustainability and economic feasibility. The results provide a strategic roadmap for enhancing the efficiency and sustainability of drinking water treatment operations at the plant.
Benzer Tezler
- Membran biyoreaktörlerde (MBR) tıkanma kontrolü için titreşim uygulamaları
The vibration applications for fouling control of the membrane bioreactors (MBR)
MERVE YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Membran biyoreaktörlerde (MBR) tıkanmaların önlenmesi için yetersayı etkisinin azaltılması (Quorum quenching) mekanizmasının kullanılması
Using Quorum quenching mechanism to prevent fouling in membran bioreactors
MELTEM AĞTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Assessment of persulfate (PS)/UV-C process for drinking water treatment
İçme suyu artımı persülfat (PS)/UV-C prosesinin değerlendirilmesi
SHAHIN SHAHKAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Effect of different precursors and disinfection processes on the formation of nitrosamines
Nitrosamin oluşumunda farklı öncü maddelerin ve dezenfeksiyon proseslerinin etkisi
BURÇİN COŞKUN
Doktora
İngilizce
2023
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ELİF PEHLİVANOĞLU MANTAŞ
- Applicability of sulfate radical based advanced oxidation processes for drinking water treatment
Sülfat radikali bazlı ileri oksidasyon proseslerinin içme suyu arıtımında uygulanabilirliği
NERGİS DİLSİZOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI