KOCAELĠ KENTSEL KATI ATIKLARININ YANABĠLĠRLĠĞĠNĠN ĠNCELENMESĠ

Transkript

1 A-PDF Split DEMO : Purchase from to remove the watermark KOCAELĠ KENTSEL KATI ATIKLARININ YANABĠLĠRLĠĞĠNĠN ĠNCELENMESĠ Ismail Ozbay 1, Ertan Durmusoglu 1, Muhammet Sarac 2, Cagatay Mehmet Bozkurt 2 1 Kocaeli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Kocaeli 2 İZAYDAŞ, Kocaeli ÖZET Kentsel katı atık yönetimi, Kocaeli gibi sanayinin yoğun olduğu Ģehirlerde önemli sorunlardan biri haline gelmektedir. Katı atıkların sürdürülebilir Ģekilde bertarafını sağlayacak yöntemlerin uygulanması yerel yönetimlerin en önemli görevlerinden birisidir. Türkiye de depolama en yaygın olarak kullanılan katı atık bertaraf yöntemdir. Ancak, atık yönetimi mevzuatına uygun depolama yeri seçimi gittikçe zorlaģmaktadır. Atıkların yakılması alternatif bir atık bertaraf yöntemi olarak kabul edilmektedir. Entegre atık yönetimi uygulamalarındaki yöntemlerden biri de yakma teknolojileridir. Ancak, yakma iģleminin verimli olabilmesi için atıkların belli özelliklere sahip olması gerekmektedir. Yapılan bu çalıģmada, Kocaeli nin 12 ilçesinde oluģan kentsel katı atıkların yakılarak bertarafa uygunluğu incelenmiģtir. Bu amaçla toplanan kentsel katı atık örneklerinde toplam organik karbon (TOK), C/N oranı, nem içeriği ve kalorifik değer parametreleri belirlenmiģtir. Yapılan çalıģmalar sonucunda Kocaeli kentsel katı atıklarının kalorifik değerlerinin kj/kg aralığında değiģtiği görülmüģtür. Anahtar Kelimeler : Kentsel katı atık, yakma, kalorifik değer INVESTIGATION OF COMBUSTABILITY OF MUNICIPAL SOLID WASTES IN KOCAELI ABSTRACT Municipal solid waste management is one of the most devastating problems especially in industrialized cities like Kocaeli. Implementing sustainable solid waste management methods is one of the main duties of local municipalities. Landfilling is the most preferred method of waste disposal in Turkey. However, new waste disposal sites suitable for waste management acts are difficult task. Incineration would be an alternative method for waste disposal. However, wastes should have some specifications for thermal utilization. In this study, the combustibility of municipal solid wastes from 12 sub-regions was investigated. The parameters of total organic content (TOC), C/N ratio, moisture content and calorific value were determined. The results showed that the calorific values of municipal solid wastes of Kocaeli were between kj/kg. Key words : Municipal solid waste, incineration, calorific value 1. GĠRĠġ Kocaeli gerek coğrafi konumu gerekse kara, deniz ve demiryolu ulaşım imkanlarına sahip olması nedeniyle yoğun bir sanayileşmeye ve buna paralel olarak hızlı bir nüfus artışına sahip Türkiye nin önemli illerinden birisidir [1]. Günümüzde nüfus artışıyla paralel artan kentsel katı atıkların bertarafı önemli çevre sorunlarından birisi haline gelmiştir[2]. Evsel katı atıkların bertarafından 2872 sayılı Çevre Kanunu na göre Büyükşehir Belediyeleri ve ilçe Belediyeler sorumludur. Kocaeli, 1 büyükşehir ve 12 ilçe belediyesi olmak üzere 13 belediyeye sahiptir. Mevcut 12 bölgenin kentsel katı atıklarının bertarafı Büyükşehir Belediyesi bünyesinde özerk bir yapıya sahip olan İZAYDAŞ tarafından gerçekleştirilmektedir. Kocaeli ndeki kentsel katı atıkların yönetiminde kaynağında ayrıştırma ve düzenli 82

2 Atık mikarı (kg/kişi.gün) depolama olmak üzere iki yöntem kullanılmaktadır. Kaynağında ayrıştırmada ekonomik değeri olan cam, metal ve kağıt gibi ambalaj atıkları ayrı konteynerlerde toplanarak ekonomiye kazandırılırken, evsel atıklar düzenli depolama ile bertaraf edilmektedir. 21 yılı itibariyle düzenli depolanan kentsel katı atık miktarı yaklaşık 5. ton olup, il genelinde üretilen evsel atık miktarı yaklaşık,8 kg/kişi.gün dür. bazında üretilen kişi başına atık miktarları Şekil 1 de verilmiştir. bakıldığında ise Almanya da 59, İngiltere de 31, Portekiz de 3 iken, Avrupa Birliği ne üye ülkelerin tamamında bu sayı 449 dur [5,9]. Amerika da 116, Çin de ise 66 kentsel atık yakma tesisi bulunmaktadır [8,1]. Ülkemizde ise evsel atıkların daha çok depolama şeklinde bertaraf edildiği, evsel atık yakma teknolojilerinin ise kullanılmadığı görülmektedir. Geri kazanım Yakma Depolama 1,4 1,2 1,,8,6,4,2, KÖRFEZ DERİNCE DİLOVASI ÇAYIROVA KARAMÜRSEL BAŞİSKELE DARICA KARTEPE İZMİT GÖLCÜK GEBZE KANDIRA Şekil 1. bazında üretilen kentsel katı atık miktarı Toplanan kentsel katı atıklar Solaklar ve nda bulunan iki depolama tesisinde bertaraf edilmektedir. Solaklar depolama tesisinin doluluk oranları Tablo 2 den de görülebileceği gibi kritik seviyelerdedir[3]. Buradan da anlaşılacağı gibi, Kocaeli de mevcut depolama tesislerinin verimli kullanılabilmesi için geri dönüşüm, kompostlama, yakma gibi yöntemleri de içeren entegre atık yönetimi geliştirilmesi gerekirken, diğer yandan da geleceğe yönelik yeni depolama alanları için yer araştırmalarına başlanması zorunludur. Tablo 1. Solaklar Düzenli Depolama Sahası 21 yılı hücre kapasitesi ve doluluk oranları Hücre no Planlanan kapasite (m 3 ) Depolanan atık miktarı (ton) Doluluk Oranı (%) Boş Şekil 2 de çeşitli ülkelerdeki kentsel katı atık yönetim uygulamalarında kullandıkları bertaraf yöntemlerinin yüzdeleri verilmiştir. Kentsel katı atıkların bertarafında, özellikle enerji geri kazanımlı yakma teknolojilerinin uygulama alanı bulduğu net bir şekilde görülmektedir. Almanya da depolama en az kullanılan bertaraf yöntemi olup, kentsel atıklarının %3 unu enerji üretimli yakma tesislerinde bertaraf etmektedirler[4]. Bu oran Portekiz de % 21, Amerika da 13.6, İngiltere de %11 ve Çin de ise %6.4 tür [5-8]. Kentsel atık yakma tesisi sayılarına 1% 8% 6% 4% 2% % Almanya İngiltere Amerika Portekiz Çin Şekil 2. Farklı ülkelerde kentsel katı atık bertaraf yöntemleri Enerji geri kazanımlı yakma teknolojilerinin kentsel katı atık bertarafında kullanılmasının sağlayacağı faydalar aşağıdaki şekilde özetlenebilir: Kentsel katı atığın hacimce yaklaşık %9, kütlesel olarak ise %7 azalmasını sağlar [11], Atık azaltımı hızlı bir şekilde gerçekleştirilir. Biyolojik yöntemlerdeki gibi uzun reaksiyon sürelerine gerek yoktur, Yakma tesisleri, kentsel katı atık kaynaklarına veya toplama noktalarına yakın inşa edilebilirse taşıma maliyetlerini azaltır, Isı geri kazanım teknolojileri kullanılırsa, işletme maliyetleri, üretilen enerjinin satışıyla dengelenebilir [12]. Belirtilen faydalarına karşın, kentsel katı atıkların yakılarak bertaraf edilebilmeleri için belli özelliklere sahip olması gerekmektedir. Yapılan bu çalışmada, Kocaeli nin 12 ilçesinden toplanan kentsel katı atıkların enerji içerikleri incelenerek termal yöntemlerle bertarafa uygunlukları incelenmiştir. Bu amaçla mevcut ilçelerin kentsel katı atık karakterizasyonu belirlenip, örneklemeler yapılmıştır. Hazırlanan örneklerin yanma potansiyelini belirlemek amacıyla toplam organik karbon (TOK), nem içeriği ve kalorifik değer parametrelerine bakılırken, yakma öncesi atıkların depolanması sırasında dekompozisyonu etkileyen C/N parametresi de belirlenmiştir. 2. MATERYAL ve YÖNTEM Kocaeli ili kentsel katı atıkların enerji içeriklerinin belirlenebilmesi için kış dönemi atık karakterizasyonu yapılarak buradan elde edilen veriler ışığında homojen örneklemeler gerçekleştirilmiştir. Alınan kentsel katı atık 83

3 Nem İçeriği (%) örneklerinin termal bertarafa uygunluklarının belirlenmesi amacıyla TOK, nem içeriği ve kalorifik değer analizleri geçekleştirilmiştir. Ayrıca gelen atık miktarı yakma tesisi kapasitesini aşması durumunda yakma öncesi depolama sırasında dekompozisyondan kaynaklanacak enerji kaybını önlemek için C/N oranları incelenmiştir. TOK ve TK analizleri, Shumadzu marka TOC-V CPH model cihazıyla gerçekleştirilmiştir. Katı örneklemeler için SSM 5 A cihazı kullanılmıştır. Azot analizinde, FOSS marka KJELTECH 22 damıtma cihazı kullanılmıştır. Kentsel katı atıklardaki nem içeriğinin belirlenmesinde Nisan 22 tarihli TSE EN 1228 Çamurların Karakterizasyonu Kuru Kalıntı ve Su Muhtevası Tayini nde verilen yöntem kullanılmıştır. Kalorifik değer parametresinin belirlenmesinde ise IKA C-7 model kalorimetre cihazı kullanılmıştır. 3. BULGULAR ve DEĞERLENDĠRME Kocaeli kentsel katı atıklarının karakterizasyonunda, her ilçeden alınan kentsel katı atıklardan Şekil 3 de görüldüğü gibi, 1 m 3 alınarak 6 kategoride dağılımları belirlenmiştir. Bu altı katogori organik atıklar (mutfak, park ve bahçe atıkları), kağıt-karton, plastik, tehlikeli atıklar (atık elektronik ekipmanlar, tehlikeli atıklar), diğer yanabilir ve diğer yanmayan maddeler (metal, cam, kül, toz, kum) şeklinde oluşturulmuştur. Katı atık örnekleri bu karakterizasyon verilerinden elde edilen yüzdelere göre hazırlanmıştır. % 8 6 8, 6, 4, 2,, Organik atık Kağıt-Karton Plastik Tehlikeli Atık Diğer Yanabilir Diğer Yanmayan ortalama Min Max Şekil 4. Kocaeli kentsel katı atıklarının kompozisyonu Kentsel katı atıkların yanma karakteristiğinde ve net kalorifik değerinde önemli etkiye sahip parametrelerden birisi atığın nem içeriğidir[13,14]. Nem içeriğinin yakmaya etkisi ile ilgili birçok çalışmalar yapılmıştır. Yakıtın nem içeriği %4 dan %6 a çıktığında, yatak sıcaklığının oldukça düştüğünü ve bunun sonucu yanma oranlarının da azaldığı görülmüştür [15]. Kentsel katı atıklardaki yüksek nem içeriği, enerji geri kazanım verimliliğini azaltırken, yararlı kullanım amacıyla mekanik ayrıştırmayı da olumsuz etkilemektedir [16]. Şekil 5 de görüldüğü gibi, Kocaeli ndeki kentsel katı atıkların ilçelere göre nem içerikleri %27-65 arasında değişim gösterirken ortalama nem içeriği %46 dır. 4 2 Şekil 5. Kocaeli kentsel katı atıkların nem içerikleri Şekil 3. Atıkların toplanması ler incelendiğinde, kentsel katı atıkların içerisindeki organik atık miktarları %2-8 arasında değişim gösterirken, kağıt-karton, plastik ve diğer yanabilir materyaller % 4-56 aralığında değişim gösterdiği belirlenmiştir. Kocaeli genelinde 21 kış dönemine ait maksimum, minimum ve ortalama atık karakterizasyonu Şekil 4 de verilmiştir. Bu şekilden de görülebileceği gibi, organik atık, kağıt-karton, plastik, tehlikeli atık, diğer yanabilir ve diğer yanmayan atık yüzdeleri sırasıyla % 48.3, 7.89, 9.28, 3.71, ve olarak belirlenmiştir. C/N oranı ise atıkların depolanma süreçlerinde biyolojik parçalanma prosesinin performansını belirlemede kullanılan bir parametredir. Buradaki karbon mikroorganizmalar için bir enerji kaynağıyken, azot mikrobiyal büyümenin geliştirilmesi için gereklidir. Yapılan çalışmada kentsel atıkların TOK içeriği 346 g/kg olarak belirlenmiştir. Özellikle anaerobik degradasyonda optimum C/N oranı 3:1 dir. Bu tür degradasyonda sınırlayıcı faktör azottur [17]. Gelen atık miktarı yakma tesisi kapasitesini aşması durumunda, geçici depolanmaları esnasında bozunmadan kaynaklanacak enerji kaybını minimumda tutmak için C/N oranı 4:1 in üzerinde olması sağlanmalıdır [18]. Yapılan çalışmada Kocaeli genelinde Şekil 6 dan izlenebileceği gibi, C/N oranı ilçelere göre % aralığında değişirken, ortalama C/N oranı % 34 dür. C/N oranının bozunma için ideal olan değere yakın olmasının nedeni gıda içeriğinin yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. 84

4 Kalorifik Değer (kj/kg) C/N ratio işlemlerin yapılması durumunda enerji içeriğinin istenilen seviyelere getirilebileceği ve yakma ile kentsel atıkların bertaraf edilebileceği görülmektedir. KAYNAKLAR Şekil 6. Kocaeli kentsel katı atıklarının C/N oranı Kentsel katı atıkların bertarafında önemli uygulamalardan birisi de enerji geri kazanımlı yakma teknolojileridir. Bu durumun değerlendirilebilmesi için atığın enerji içeriğinin ya da kalorifik değerinin belirlenmesi gerekmektedir. Kalorifik değer, materyalin birim kütlesi yakıldığında yayılan ısı biriminin miktarı olarak tanımlanır [19]. Kocaeli kentsel katı atıklarının enerji içerikleri Şekil 7 de görülebileceği gibi, kj/kg aralığındadır. Ortalama değeri ise 7218 kj/kg dır. Enerji geri kazanımlı yakma için bu değerin 8-9 kj/kg olması gerekmektedir [2]. 4. SONUÇ Şekil 7. Kocaeli kentsel katı atıklarının kalorifik değerleri Yapılan bu çalışmada Kocaeli ili kentsel katı atıklarının termal yöntemlerle bertarafa uygunlukları incelenmiştir. Yapılan çalışma sonucunda kentsel katı atıkların nem içeriğinin ortalama %46 seviyelerinde olduğu görülmüştür. Bu yüksek nem içeriği kentsel katı atığın bünyesindeki %48 organik atık miktarından kaynaklanmaktadır. Kolay bozunabilir organik atık miktarının yüksek olması, C/N oranının da optimum biyolojik bozunma için uygun şartlara yakın çıkmasına neden olmuştur. Yakılarak bertarafa uygunluğunun belirlenmesinde en önemli parametre ise enerji içeriğidir. Yapılan çalışmada Kocaeli kentsel katı atıklarının ortalama enerji içeriği 7218 kj/kg olarak belirlenmiştir. Bu durum atıkların enerji geri kazanımlı yakma için yeterli kalorifik değere sahip olmadığını göstermektedir. Ancak mevcut atıklardaki gıda içeriği azaltılırsa ya da yakma öncesi nem içeriğini gidermeye yönelik ön [1]Kocaeli İl Özel İdaresi, Sektörel Stratejik Planı, Yayın No:2, Kocaeli,26. [2]Erdem, A.M., Çubukçu, E.E., Erdoğan,D., Belediye atıkları yönetiminde biyometenizasyon teknolojisi, 2.Atık Teknolojileri Sempozyumu ve Sergisi, 4-5 Kasım,13-18, İstanbul,21. [3] ziyaret tarihi: 211. [4]Mühle, S., Balsam, I., Cheeseman, C.R., Comparison of carbon emissions associated with municipal solid waste management in Germany and the UK, Resources, Conservation and Recycling 54, , 21. [5]Magrinho, A., Didelet, F., Semiao,V., Municipal solid waste disposal in Portugal, Waste Management 26, ,26. [6] Municipal solid waste generation, recycling, and disposal in the United States: Facts and figures for 25,ziyaret tarihi:211. [7]Papageorgiou, A., Barton, J.R., Karagiannidis, A., Assessment of the greenhouse effect impact of technologies used for energy recovery from municipal waste: A case for England, Journal of Environmental Management 9, , 29. [8]Zhang, Q.Z., Tan,S.K., Gersberk, R.M., Municipal solid waste management in China: Status, problems and challenges, Journal of Environmental Management 91, , 21. [9] Incineration.pdf, Emissions from waste incineration, ziyaret tarihi:212. [1] ation.htm, Introduction to municipal solid waste incineration, ziyaret tarihi:212. [11]Shi, D.Z., Wu, W.X., Lu, S.Y., Chen, T., Huang, H.L., Chen, Y.X., Yan, J.H. Effect of MSW sourceclassified collection on the emission of PCDDs/Fs and heavy metals from incineration in China, Journal of Hazardous Materials 153, , 28. [12]McKay, G., Dioxin characterisation, formation and minimisation during municipal solid waste (MSW) incineration: review, Chemical Engineering Journal 86, ,22. [13]Patumsawad, S., Cliffe, K.R., Experimental study on fluidised bed combustion of high moisture municipal solid waste, Energy Conversion and Management 43, , 22. [14]Liang, L., Sun, R., Fei, J., Wu, S., Liu, X., Dai, K., Yao, N., Experimental study on effects of moisture content on combustion characteristics of simulated municipal solid wastes in a fixed bed, Bioresource Technology 99, ,28. 85

5 [15]Suksankraisorn, K., Patumsawad, S., Fungtammasan, B., Co-firing of Thai lignite and municipal solid waste (MSW) in a fluidised bed: Effect of MSW moisture content, Applied Thermal Engineering 3, , 21. [16]Zhang, H., He, P.J., Shao, L.M., Fate of heavy metals during municipal solid waste incineration in Shanghai, Journal of Hazardous Materials 156, ,28. [17]Igoni, H., Ayotamuno, M.J., Eze, C.L., Ogaji, S.O.T., Propert, S.D., Designs of anaerobic digesters for producing biogas from municipal solid-waste, Applied Energy 85, ,28. [18]Wagner J., Bilitewski B., The temporary storage of municipal solid waste Recommendations for a safe operation of interim storage facilities, Waste Management 29, ,29. [19]Qudai, M.A., Qdais, H.A.A., Energy content of municipal solid waste in Jordan and its potential utilization, Energy Conversion & Management 41, , 2. [2]Kaçar Y., Evsel katı atıklardan yakma ile enerji eldesi, 3. Ulusal Çevre Mühendisliği Kongresi, İzmir,