İZAYDAŞ KATI ATIK DÜZENLİ DEPOLAMA ALANINDAN KAYNAKLANAN BTEX EMİSYONLARININ BELİRLENMESİ

Transkript

1 İZAYDAŞ KATI ATIK DÜZENLİ DEPOLAMA ALANINDAN KAYNAKLANAN BTEX EMİSYONLARININ BELİRLENMESİ Fatih TAŞPINAR, Emrecan ÇÖKELEK, Ertan DURMUŞOĞLU, Aykan KARADEMİR ÖZET Kocaeli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, 41040, Kocaeli Ülkemizde düzenli depolama ile katı atık yönetimi en yaygın metot olarak kullanılmaktadır. Her ne kadar depolama sırasında ve sonrasında kullanılan mühendislik yöntemleri, atıkların çevrede oluşturacakları olumsuz etkileri minimize etse de, atmosfere verilen deponi gazı ve buna bağlı oluşan koku, özellikle yakın yerleşim bölgeleri için olumuz etkiler oluşturmaktadır. Bu çalışmada Kocaeli Büyükşehir Belediyesi tarafından işletilmekte olan İZAYDAŞ düzenli depolama alanında kapatılmış bulunan atık lotlarından kaynaklanan uçucu organik bileşenlerden BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, ve Xylenes) emisyonları belirlenmiştir. Çalışma EPA metodu TO-17 ye göre gerçekleştirilmiştir. Metoda göre hazırlanmış ve şartlandırılmış, 3 farklı adsorban içeren (Carbosieve SIII, Carboxen 1000, Anasorb CMS) Stainless Steel Universal adsorban tüpler uçucu organiklerin örneklemesinde kullanılmıştır. Alınan sonra numuneler laboratuarda Thermal Desorber (Markes Unity) ve GC-FID (6890N, Hewlett-Packard) kullanılarak analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarına göre minimum ve maksimum Benzen, Toluen, Etilbenzen ve Ksilen konsantrasyonları sırasıyla şu şekilde elde edilmiştir: , , , µg/m 3. Anahtar Kelimeler: Katı Atıklar, Düzenli Depolama, Deponi Gazı, Uçucu Organik Bileşikler, BTEX, Termal Desorpsiyon, İZAYDAŞ. 1

2 MEASUREMENT OF BTEX CONCENTRATIONS EMITTED FROM IZAYDAS SOLID WASTE LANDFILL ABSTRACT In Turkey, landfilling is the most preferred method of municipal solid waste management strategy since it is still considered to be the most cost-effective method of waste disposal. Landfills are very complex systems in which various interactive processes proceed simultaneously. Following waste deposition, a landfill gas mainly comprised of methane and carbon dioxide is generated due to the microbial decomposition. Various trace volatile organic compounds (VOCs) besides main components of landfill gas are also produced. In this study, BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, ve Xylenes) emissions emitted at the IZAYDAS landfill (Kocaeli, Turkey) was determined. Samples were collected and analyzed by EPA Method TO-17. Sampling tubes has three bed and include three different adsorbent material (Carbosieve SIII, Carboxen 1000, Anasorb CMS). The tube adsorption and VOCs analysis were performed using Thermal Desorber and GC/FID system. This system includes a Thermal Desorber (Markes Unity) interfaced to a Gas Chromatograph (6890, Hewlett- Packard) fitted with a FID detector. The minimum and maximum concentrations of Benzene, Toluene, Ethylbenzene, and Xylenes measured are , , , µg/m 3, respectively. Keywords: Solid Wastes, Landfilling, Landfill Gas, Volatile Organic Compounds, BTEX, Thermal Desorption, İZAYDAŞ. 1. GİRİŞ Türkiye de ve dünyada düzenli depolama yöntemiyle katı atık bertarafı en yaygın yöntemdir. Bunun en önemli sebebi mevcut yöntemler içerisinde en ucuz katı atık bertaraf yöntemi 2

3 olmasıdır. Katı atık depolama alanlarında meydana gelen gazlar atıkların bozunması sonucu oluşmaktadır. Oluşan bu deponi gazı esas olarak %50-60 metan, %40 karbondioksit ve çok çeşitli diğer gazlardan oluşur (H 2 S, NO x, CO, uçucu organik bileşikler, vs.). Sera etkisine neden olan ve insan sağlığı açısından toksik etki gösteren bu gazların ciddi bir biçimde ele alınması gereklidir. Depolanan atıklar aerobik ve anaerobik kompleks reaksiyonlar sonucu bozunması sonucu düşük konsantrasyonlarda fakat yüksek toksisiteye sahip, uçucu organik bileşikler (VOC) oluşmakta ve bu emisyonlar atmosfere ulaşmaktadır. Uçucu organik bileşenlerin oluşmasına katı atıklar içinde bulunan plastikler, solventler, boyalar ve katkı maddeleri (vernik vs.), gazete kağıtları, mürekkep, tekstil ürünleri, yapıştırıcı maddeler neden olmaktadır. Bu uçucu organik bileşiklerin emisyonları doymamış ve asidik hidrokarbonları, alkolleri, aromatik bileşikleri, halojenli organik bileşenleri ve sülfürlü bileşikleri içermektedir (Zou v.d., 2003). İngiltere de kapatılan 7 adet depolama sahasında yapılan bir çalışmada 140 dan fazla uçucu organik bileşiği tespit edilmiş, bunlardan 90 tanesine tüm tesislerde rastlanmıştır (Allen v.d., 1997). Özellikle depolama tesislerindeki kötü kokuların sebebi bu bileşiklerdir. Depolama alanlarından kaynaklanan uçucu organik bileşiklerin analizi için USEPA veya ASTM metotları geliştirilmiştir. Özellikle USEPA tarafından hazırlanmış metot TO-14, TO-15, TO-17, Metot 8020 serisi vb. veya ASTM D6196 gibi metotlar çeşitli analitik yöntemlere göre bu bileşiklerin analizinde kullanılmaktadır. Canisterlere veya adsorban tüplere atmosferden hava numuneleri alıp, bu numuneleri Purge&Trap veya Termal Desorpsiyon yöntemleri ile analiz gerçekleştirmek kullanılan yöntemlerdendir. Bu çalışmada Kocaeli Büyükşehir Belediyesi tarafından işletilen İZAYDAŞ Düzenli Depolama Tesisinin kapatılan lotlarından, adsorban tüplere alınan numuneler, USEPA Metodu TO-17 ye göre termal desorpsiyon yöntemi ile analizi yapılarak BTEX (Benzen, Toluen, Etilbenzen, 3

4 mpksilen ve oksilen) emisyonlarının neden olacağı sağlık riskleri araştırılmış ve risk değerlendirmesi yapılmıştır. 2. ÇALIŞMA ALANI Yapılan çalışmada Kocaeli ilinde kurulu bulunan İZAYDAŞ Düzenli Depolama Alanı incelenmiştir. Depolama alanı 1998 yılında m² lik alana kurulmuş olup toplam kapasitesi m 3 tür. Deponi alanı 7 lottan oluşmaktadır. Bu lotlardan 6 tanesi (264,842 m²) kentsel katı atık depolaması için ve bir lotta (6 nolu lot) endüstriyel nitelikli katı atıkların (98,165 m²) depolamasında kullanılmaktadır. Depolama alanı Kocaeli ili ve çevresinden oluşan ve günlük 400 tona ulaşan kentsel katı atığı kabul etmektedir (GK, 2005) yılı ortalarında altı kentsel katı atık lotundan ikisi olan Lot 5 ve Lot 7 (ve LOT 4) dolduğu için kapatılma şartlarına uygun olarak üstü örtülerek kapatılmıştır. Şu anda LOT 3 alanına depolama yapılmakta olup bu lotunda yarısından çoğu dolmuştur (Şekil 1). Şekil 1. İZAYDAŞ Düzenli Depolama Alanı. 4

5 Düzenli depolama alanına kamyonlarla gelen atıklar bir ayırma ve sınıflama işlemine tabii tutulmadan, tartım yapılarak doğrudan düzenli depolama alanına iletilmektedir. Depolama sırasında deponi alanı sıkıştırılmakta ve kötü kokuların çıkmasını, atıkların dağılmasını ve patojen mikroorganizmaların çoğalmasını önlemek veya en aza indirmek için günlük bir toprak örtüsü ile kaplanmaktadır. Depolama alanları süzüntü suyu ve gaz toplama (şu anda sadece LOT 7 için bulunmakta) sistemi ile donatılmıştır. LOT 7 alanında oluşan deponi gazı bir gaz toplama sistemi ile toplanmakta ve belli sürelerle flare noktasında yakılmaktadır. Ülkemizde geçmişte çevre koruma veya halk sağlığına gereken önlemin verilmemesi, kentsel katı atıkların düzensiz uzaklaştırılmasının en önemli sebebi olmuştur. Bu ise çeşitli problemleri beraberinde getirmiştir. Örneğin, 1995 yılında İstanbul da bulunan Ümraniye açık çöp depolama alanında depolama gazı patlaması meydana gelmiştir (Kocasoy ve Curi, 1995). Depolama gazı çoğunlukla CH 4 ve CO 2 ten oluşmasına rağmen uçucu organik bileşenler gibi bir çok gaz da oluşmakta ve bunların çoğu yanıcı ve zehirleyici özellik göstermektedir (ISWA, 1993). Deponi alanında oluşan kokular çevre alanlarda oturan insanları rahatsız etmektedir. Ayrıca bu kötü kokulara neden olan gazların çoğunun kanserojen özellik taşıdığı da bilinmektedir. Bu nedenle özellikle depolama alanında çalışan insanların sağlığı üzerinde istenmeyen olumsuz etkiler meydana getirebileceği düşünülmektedir. 3. MATERYAL ve METOD Adsorban tüplere atmosferden alınan örnekler ve bu örneklerin analizleri USEPA metodu TO-17 ye göre yapılmıştır (USEPA, 1999). Bu metot içerik olarak atmosferdeki uçucu organik bileşenlerin adsorban tüplere aktif örneklemesini ve analizini içermektedir. Örneklemede kullanılan adsorban tüplerin ve analiz için kullanılan Termal Desorpsiyon / Gaz 5

6 REVIR k al ori fe rhat t i LABARATUAR Kromatografisinde olması gereken özellikler ile yapılması gereken işlemler burada tanımlanmıştır. Örneklemede kullanılan adsorban tüpler üç yataklı sorbent malzeme içermekte olup bunlar Carbosieve SIII, Carboxen 1000 ve Anasorb CMS dir. Tüpler paslanmaz çelikten imal edilmiş olup 1/2 inch çapında ve 3/2 inch uzunluğundadır. Tüpler çalışmaya başlamadan önce şartlandırılmış ve kapatma koşullarına uygun olarak PTFE contalı kapaklarla kapatılmıştır. Depolama alanında örnekleme yapılan noktalar Şekil 2 de gösterilmiştir. KLINIK VE TEHLIKELI ATIK YAKMA TESISI EVSEL VE ENDÜSTRIYEL KATI ATIK DÜZENLI DEPOLAMA ALANLARI GENEL PLANI TESIS ANA GIRIS YOLU PARK YERI LOT 6 ALANI : m2 HACIM : m3 GIRIS KAPISI GÜVENLIK NOKTASI KANTAR TESIS SINIRI LOT 7 ALANI:50945 m2 HACIM: m3 ORNEKLEME UNITESI YEMEKH ANE IDARI BINA PARK YERI 4 LOT 5 ALANI: m2 HACIM: m3 FABRIKA SAHA ALANI: m2 LOT 4 ALANI:11845 m2 HACIM: m LOT 3 ALANI: m2 HACIM:95000 m3 LOT 2 ALANI:28586 m2 HACIM: m3 DEPONI ALANLARI 1 ALAN VE HACIM TABLOSU ALANI LOT NO HACIM (m2) (m3) m m m m m m m m m m m m m m3 LOT 1 ALANI: m2 HACIM: m3 TESIS SINIRI GENEL m m3 TESIS SINIRI DAF UNITESI IZAYDAS Şekil 2. Numune alma noktaları. 6

7 Noktaların seçiminde özellikle, ölçüm noktaları civarındaki gaz çıkış bacalarında metan gazı detektörü ile yapılan ölçüm sonuçlarına göre, gaz çıkışları göz önünde bulundurulmuştur. Çünkü süzüntü suyu bazı bacalardan gaz çıkışını engelleyebilmektedir. LOT 7 alanında gaz toplama sistemi olduğu için buradan sadece 1 nolu nokta yani flare (yakıcı) noktasında tek numune alınmıştır. Özellikle LOT 5 alanında gaz toplama sistemi bulunmadığı için ve süzüntü suyunun yükselmesi nedeniyle bacaların tıkanması dolayısıyla gaz çıkışı olan baca çevresi tercih edilerek 2, 3, 4 ve 5 nolu noktalardan numuneler alınmıştır. Numuneler Nisan 2007 de alınmıştır. Numune alınırken EPA metot TO-17 e göre 2 farklı hacim seçilmiştir. Buna göre; - 1 saat içinde 1 L numune almak için 16.7 ml/dak debide, - 1 saat içinde 4 L numune almak için 66.7 ml/dak debide numune alınmıştır. Her ölçüm noktasında hem 1 L hem de 4 L lik numuneler alınmıştır. Numuneler düşük akımlı pompa (AirLite) ve flow-tracker akım ölçer (Agilent) kontrolünde alınmıştır. Numune alma koşulları göz önüne alındığında havadaki nemin az olduğu zamanlar tercih edilmiştir. Örnekleme noktaları GPS (Etrex Vista) sayesinde adreslenmiş ve daha sonraki ölçümlerde aynı noktalardan numune alınması sağlanmıştır. Numune alma noktalarının detayları ve civardaki gaz çıkış bacaları Tablo 1 de verilmiştir. Alınan numuneler 4 0 C nin altında organik solvent barındırmayan derin dondurucuda saklama koşullarına uygun olarak saklanmıştır. Numuneler soğutmalı aktif karbonlu kaplarda taşınmış, nem ve diğer girişimler önlenmiştir. Analizler ise laboratuar ortamında USEPA metodu TO-17 ye göre yapılmıştır. Termal desorpsiyon/gc-fid ile analizlere başlamadan önce kullanılan tüplere ve cihazlara özgü kalibrasyon eğrileri elde edilmiştir. Standart BTEX kalibrasyon karışımları kullanılarak, 5 noktalı kalibrasyon yapılmış ve ortalama %99.5 lik 7

8 doğruluk elde edilmiştir. Termal desorpsiyon cihazına ait çalışma koşulları Tablo 2 de verilmiştir. Deponi Alanı: LOT 7 LOT 5 LOT 5 LOT 5 LOT 5 Flare (LOT 7'deki Baca No: Tüm Bacalar) Ölçüm 1 Ölçüm 2 Ölçüm 1 Ölçüm 2 Ölçüm 1 Ölçüm 2 Ölçüm 1 Ölçüm 2 Ölçüm 1 Ölçüm 2 Tüp No MI08820 MI08820 MI08820 MI08820 MI08820 MI08820 MI MI MI MI Debi (ml/dk) 16,67 66,67 16,67 66,67 16,67 66,67 16,67 66,67 16,67 66,67 Hacim (L/h) Süre (h) GPS Koordinatları N E N E Tablo 1. Numune alma noktalarına ilişkin detaylar. N E N E N E Kot (m) Sıcaklık (C ) Hava Durumu Az Parçalı Parçalı Az Az Bulutlu Bulutlu Bulutlu Bulutlu Bulutlu CH4 (%) 63 35,5 35, ,5 CO2 (%) O2 (%) 16,7 8,1 8,1 2,6 6,2 N2 (%) 72,4 33,3 33,3 6,3 26,2 CO (%) H2S (%) Tablo 2. Termal Desorpsiyon cihazı çalışma programı. Termal Desorpsiyon Cihazı Çalışma Programı Primary Desorb (dak) 0,5 Tube Desorb (dak) 10 Tube Desorb Temp. ( 0 C) 300 Trap Desorb (LOW) ( 0 C) -10 Trap Desorb (HIGH) ( 0 C) 300 Trap Desorb Hold Time (dak) 3 Termal desorpsiyon işlemi ile alınan numuneden desorbe olan gazlar taşıyıcı He gazı sayesinde GC-FID ye aktarılmaktadır. Sistem Splitless modda çalışılmıştır. GC ye detektör olarak FID, back-inlet kısmından bağlanmıştır. GC de analizde kullanılan fırın programı ve 8

9 FID ye ait program sırasıyla Tablo 3 ve 4 te verilmiştir. Kullanılan GC kolonu DB-VRX kolonudur (30 m x 0.25 mm, 0.25 µm film kalınlığı). Tablo 3. GC Fırın Çalışma Programı. GC Oven Programı 0 C/dak Next ( 0 C) Hold (dak) Toplam: 24,5 dak Tablo 4. Detektör (FID) Çalışma Programı. GC FID (Detector) Programı Heater( 0 C) 250 H 2 Flow (ml/dak) 30 Air Flow (ml/dak) 350 Make-up Flow (N 2 ) (ml/dak) 7 Yapılan analizler sonucunda elde edilen örnek bir GC-FID çıktısı Şekil 3 te verilmiştir. Şekil 3. GC-FID analiz çıktısı. 9

10 4. SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME Laboratuar çalışmaları sonucu elde edilen 1 L ve 4 L lik numuneler ait ortalama BTEX analiz sonuçları Tablo 5 te verilmiştir. Çalışmada elde edilen maksimum ortalama Benzen, Toluen, Etilbenzen, mpksilen ve oksilen konsantrasyonları olarak 0.77, 7.83, 3.72, 2.94 ve 1.24 mg/ m 3 olarak bulunmuştur. Elde edilen bu sonuçlar literatür verileriyle karşılaştırılmıştır. Tablo 5. Ortalama BTEX analiz sonuçları. Analiz Numune Alınan Nokta No 1 LOT 7 Flare (Ölçüm 1) 2 LOT 7 Flare (Ölçüm 2) 3 LOT 5 Baca 1 (Ölçüm 1) 4 LOT 5 Baca 1 (Ölçüm 2) 5 LOT 5 Baca 26 (Ölçüm 1) 6 LOT 5 Baca 26 (Ölçüm 2) 7 LOT 5 Baca 10 (Ölçüm 1) 8 LOT 5 Baca 10 (Ölçüm 2) 9 LOT 5 Baca 25 (Ölçüm 1) 10 LOT 5 Baca 25 (Ölçüm 2) Benzen (µg/m 3 ) Toluen (µg/m 3 ) Etilbenzen (µg/m 3 ) mpksilen (µg/m 3 ) oksilen (µg/m 3 ) 60, ,637 36,753 14,794 9, , , , , , , , , , , , , , , , , , ,626 Zou ve diğ. (2003) nin mevsimsel olarak yaptığı bir çalışmada elde ettikleri maksimum Benzen, Toluen, Etilbenzen, mpksilen ve oksilen konsantrasyonları µg/m 3 olarak sırasıyla şöyledir: 167, 202, 52, 97 ve 72. Yine benzer bir çalışma Allen ve diğ. (1997) tarafından 7 farklı depolama alanında yapılmıştır. Bu çalışmada elde edilen bazı maksimum emisyon değerleri ise şöyledir; Benzen 7 mg/m 3, Toluen 287 mg/m 3, Ksilen 440 mg/m 3 tür. Analizler sonucunda elde edilen verilere göre IZAYDAŞ tesisi için özellikle Toluen ve Etilbenzen konsantrasyonları diğer BTEX bileşenlerine oranla oldukça yüksek çıkmıştır. Literatür verileri karşılaştırıldığında ise genel olarak BTEX konsantrasyonları düşüktür. Buradaki farkların özellikle depolamanın nasıl gerçekleştirildiği, depolanan katı atıkların 10

11 karakteri (C/N oranı ve nem içeriği vs.), iklim koşulları, ortam sıcaklığı ve depolama alanının kapatılma biçimine bağlı olarak değişebileceği unutulmamalıdır. Ölçüm sonucunda elde dilen BTEX bileşenlerinin alanda çalışan işçiler açısından oluşturacağı sağlık riskleri ve yakın yerleşim alanlarında yaşayan insanlara ulaşabilecek konsantrasyonları belirlemek üzere bir dağılım modeli oluşturulması bu çalışmanın diğer adımlarını oluşturmaktadır. Ölçümler devam etmekte olup, değişik hava koşullarında yapılacak ölçümler sonucunda mevsimsel farklılıklar belirlenecektir. TEŞEKKÜR Bu çalışma TÜBİTAK tarafından 104Y378 nolu proje ile desteklenmiştir. Örnekleme sırasında göstermiş oldukları yakın ilgi sebebiyle İZAYDAŞ yönetimine ve çalışanlarına teşekkür ederiz. Ayrıca, bu çalışmanın gerçekleşmesindeki katkılarından dolayı Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü nden Yrd. Doç.Dr. Pınar Kuş ve Yrd. Doç.Dr. Ahmet Karagündüz e teşekkür ederiz. KAYNAKLAR Allen, M., Braithwaite, A. ve Hills, C. (1997) Trace Organic Compounds in Landfill Gas at Seven U.K. Waste Disposal Sites, Environ. Sci. Technol. 1997, 31, USEPA (1999) Compendium of Methods for the Determination of Toxic Organic Compounds in Ambient Air Second Edition, Compendium Method TO-17 Determination of Volatile Organic Compounds in Ambient Air Using Active Sampling Onto Sorbent Tubes, EPA/625/R-96/010b. GK (2005) Kocaeli İli Çevre Durum Raporu, Kocaeli Valiliği (GK), Türkiye, s

12 ISWA (1993) International Directory of Solid Waste Management 1993/4, The ISWA Yearbook. (September 2005). Kocasoy, G. ve Curi K. (1995) The Urmraniye-Hekimbasi open dump accident, Waste Management and Research, 13 (4), , Zou, S.C., Lee, S.C., Chan, C.Y., Ho, K.F., Wang, X.M., Chan, L.Y. ve Zhang, Z.X. (2003) Characterization of Ambient Volatile Organic Compounds at a Landfill Site in Guangzhou, South China, Chemosphere 51 (2003)