ÇEVRE GEOTEKNİĞİ DERSİ

Transkript

1 ÇEVRE GEOTEKNİĞİ DERSİ GAZ VE SIZINTI SUYU OLUŞUMU ZEMİNE ETKİSİ VE BUNA BAĞLI ÇEVRESEL ZEMİN İNCELEMESİ DERSİN SORUMLUSU YRD.DOÇ.DR. AHMET ŞENOL HAZIRLAYANLAR MUHAMMED ALİ MUTLUAY YUNUS MERT DALAK FİKRET CAN

2 1) SIZINTI SUYU OLUŞUMU Katı atık depo sahasına düşen yağış sularının, buradaki katı atık kütlesi arasından süzülmesi esnasında çeşitli kimyasal ve biyolojik reaksiyonlar gerçekleşir. Bunun sonucu olarak, inorganik ve organik bileşikler atıktan sızıntı suyuna geçer. Katı atık ve sızıntı suyu arasındaki bu etkileşimler, aşağıda basit olarak ifade edilmektedir. Depo gövdesinde gerçekleşen söz konusu bu tür karmaşık reaksiyonların son ürünleri, sızıntı suyu ve depo gazı ile taşınır. Sızıntı suyu, çok sayıda bileşen içerir ve kalitesi çok değişkendir. Sızıntı suyu kalitesi izlenerek, bir depolama sahasındaki atığın yaşı ya da stabilizasyon durumu hakkında önemli bilgiler elde edilebilir.

3

4 2) SIZINTI SUYU MİKTARI Sızıntı suyu miktarı; ampirik veri veya kriterler ya da yağış, buharlaşma, yüzeysel akış ve atığın su muhtevası bileşenleri dikkate alınarak, atık hücreleri üzerinde kurulacak su dengesi yöntemi ile tahmin edilir. Atık özellikleri, iklimsel özellikler, depolama alanı işletme yöntemi vb. şartlar, sızıntı suyu miktarını önemli oranda etkiler. Depolama sahasına özel verilerle, bir katı atık düzenli depolama tesisi için su dengesi, aşağıdaki gibi kurulabilir :

5 SS = C ± S E = P.(1-R) S E Üst örtü tabakası ve atık yığını bünyesinde tutulan yağış suyu miktarı hesaplarında, arazi kapasiteleri esas alınır. Sıkışmış katı atığın arazi kapasitesi ~ mm/m alınabilir. Üst örtü toprağı arazi kapasitesi de, zemin cinsi ve uygulanan üst örtü detayına bağlıdır.

6 Katı atık düzenli depolama tesisi sızıntı suyu miktarı; nihai üst örtü tabakasının geçirimlilik derecesi, iklim şartları, katı atık bileşimi, depo yaşı vb. faktörlere bağlı olarak değişir. Avrupa nın çeşitli ülkelerinde kaydedilen sızıntı suyu miktarları Tablo 1 de verilmiştir (Hjelmar vd., 1995). Almanya daki 15 tesiste açığa çıkan sızıntı suyu miktarları da Tablo 2 de görülmektedir (Ehrig, 1983). Tablo 1 - Avrupa ülkelerinde kaydedilmiş sızıntı suyu ÜLKE İSVEÇ DANİMARKA ALMANYA İSPANYA İTALYA YUNANİSTAN İNGİLTERE Sızıntı Suyu Miktarı Ülke ortalaması mm/yıl. Kil nihai üst örtü tabakası ile kaplı tesislerde mm/yıl 350 mm/yıl-işletme sırasında (yıllık yağış yüksekliği 714 mm/yıl) Yağışın %4-35 i (yıllık yağış yüksekliği mm). Düşük değerler genç, yüksek değerler ise yaşlı tesisler için. 7 mm/yıl (400 mm/yıl) yağış için 82 mm/yıl mm/yıl (387 mm/yıl yağış için) Yıllık yağışın %24-60 ı (Yıllık yağış yüksekliği mm)

7

8 Tablolardan görüldüğü üzere, sızıntı suyu miktarı kurak ve sıcak iklimli yerlerde düşük, yağışlı bölgelerde ise yüksektir. Ayrıca, nihai örtü tabakasının teşkil edilip edilmediği ve geçirimsizlik derecesi de sızıntı suyu miktarını önemli oranda etkilemektedir. Sızıntı suyu miktarının azaltımında, daha küçük hücrelerde çalışma sahadaki boş hücrelerden gelen yağış sularını ayırma ambalaj atıkları ve biyobozunur atıkları geri dönüştürerek düzenli depolamaya giden atık miktarını azaltma dolan hücrelerin üzerini düşük geçirimlilikte, eğimli üst örtü toprağı ile kapatma geçirimsiz ve eğimli nihai örtü tabakası teşkili gibi genel tedbirler uygulanmaktadır.

9 3) SIZINTI SUYU ÖZELLİKLERİ Sızıntı suyu kalitesi oldukça değişken olup birçok endüstriyel atıksuya göre daha geniş aralıkta bir kirlilik yüküne sahiptir. Sızıntı suyu kalitesi, depolama alanındaki katı atığın derinliği ve türü, depolama yaşı, geri devreden sızıntı suyunun oranı, depolama alanı tasarımı ve işletilmesi, sızıntı suyunun çevresel etkileşimi gibi birbirine tesir eden pek çok faktöre bağlı olarak değişmektedir. Sızıntı suyunun bileşimi; katı atık bileşimi, ph, redoks potansiyeli, iklim şartları ve depo yaşına göre farklılıklar gösterir. Katı atık kompozisyonu, sızıntı suyu bileşimi ve dolayısıyla sızıntı suyunun arıtılabilirliğini etkiler. Sızıntı suları, katı atıkların ana bileşenlerinden kaynaklanan birçok element ve bileşiği ihtiva etmektedir. Ortamın ph ı, atık ile sızıntı suyu arasındaki çözünme, çökelme, redoks ve tutma reaksiyonları gibi kimyasal prosesleri etkiler. Redoks potansiyeli ise, sızıntı suyundaki nütrientlerin ve metallerin çözünürlüğünü etkilemektedir.

10 Sızıntı Suyu Oluşumuna Etki Eden Faktörler LR : drenaj ile toplanan sızıntı suyu L: toplan sızıntı suyu oluşumu L1: akifer tabakasına infiltre olan su b: organik maddelerin biyolojik parçalanması sonucunda oluşan veya tüketilen P1: toprak örtüden katı atık içerisine geçen su J: geri devredilen sızıntı suyu Is, IG: doğal akiferlerden gelen su ET: buharlaşma R: yüzey akışı Uw: Atığın su içerisindeki değişimi R*: saha dışından gelen yüzeysel akış Us: toprağın su içeriği S: Atık çamurla birlikte gelen su

11 Depo yaşı, depo sahasındaki havasız arıtma kapasitesine bağlı olarak, sızıntı suyu karakterini etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Genç depo alanlarında oluşan sızıntı sularında, biyolojik olarak kolay ayrışabilen uçucu yağ asitleri oranı yüksektir. Depo yaşı arttıkça biyolojik ayrışma tamamlandığından, kolay ayrışabilen organik maddelerin oranı düşer. Bu sebeple, genç depo alanlarındaki sızıntı sularında BOİ/KOİ > 0,5 iken yaşlı depo alanlarındaki sızıntı sularında BOİ/KOİ < 0,2 dir. 2-3 yıllık depolama alanlarında özellikle organik maddeler, mikroorganizma türleri ve inorganik kirlilik yükleri maksimuma ulaşır. Sızıntı suyu, organik ve inorganik iyonlar ile metaller dışında mikrokirleticileri de içerebilmektedir. Tablo 3 de sızıntı suyu özellikleri verilmiştir.

12

13 Sızıntı suyu kirleticileri: Sızıntı suyu kirleticileri genel olarak 4 farklı grupta toplanabilir. Çözünmüş organik maddeler, inorganik makro kirleticiler, ağır metaller ve ksenobiyotik organik bileşikler. Sızıntı suyu kalitesi izlenerek bir depolama sahasındaki atığın yaşı yada stabilizasyon durumu hakkında önemli bilgiler elde edilebilir.ancak sızıntı suyu bileşenleri, düzenli depolama alanlarında farklı özellikler gösterebilir. Atığın depolama sahası içerisine gömülmesinden itibaren atık yaşına göre 5 farklı stabilizasyon evresi gözlenir. Her evrede sızıntı suyu kirletici parametre değerleri ile biyogaz miktar ve kompozisyonu değişkenlik göstermektedir. Sızıntı suyu ve biyogaz parametrelerinin bu süreçte izlenmesi atık stabilizasyonunda bir sorun meydana gelmesi durumunda müdahale edilmesi açısından önem taşımaktadır.

14 Sızıntı suyunun zemin ile ilişkisi: Ülkemizde de depolama yöntemi ile katı atık bertarafı en ucuz yöntem olarak görülmektedir. Ancak, zaman içerisinde değişik özelliklerde oluşan çöp sızıntı suyu, özellikle kontrolsüz şartlarda insan ve çevre sağlığı üzerine tehdit oluşturmaktadır. Sızıntı suyu, arazinin topoğrafyası ve toprak yapısına bağlı olarak yüzeysel akış veya yeraltına sızma yoluyla yüzeysel ve yeraltı suyu kirliliğine sebep olabilmektedir.

15 Düzenli Depolama Alanında Gaz Oluşumu Depo gazı, depo gövdesi içerisinde mikrobiyolojik ayrışma sonunda ortaya çıkan veya depolanan atığın gaz fazına geçen kısmı olarak isimlendirilir. Depo dolgusunun teşkil edilmesinden sonra gövde içine hava girişi olmadığından, ortamda daha önceden mevcut bulunan oksijenin bitmesinden sonra gövde içinde anaerobik reaksiyon başlar. Bu anaerobik ortamda organik maddelerin bozunması ile de metan ağırlıklı bozunma gazları oluşmaktadır. Katı atık depolama sahalarında organik maddelerin parçalanması sırasında gerçekleşen işlemler aşağıda verilmiştir

16 Depo gazının yönetilmesi: Katı atık düzenli depolama sahalarında havasız ortamda oluşan çöp gazının, yakılarak veya enerji üretimi maksadıyla kullanılarak mutlaka bertaraf edilmesi gerekmektedir. Bunun için de çöp sahalarında aktif bir depo gazı yönetiminin oluşturulması önemlidir. Depo gazının insan sağlığı ve çevre üzerine olan olumsuz etkilerinin yok edilmesi veya azaltılmasına yönelik her türlü çalışma bu yönetimin kapsamı içine girmektedir. Depo gazının çevre ve insan sağlığına olumsuz etkilerin giderilmesinin yanında, oluşan bu gazın değerlendirilmesi suretiyle ekonomik bir değer haline getirilmesi de mümkündür. Tüm bu şartlar altında depo gazı yönetiminin ne kadar önemli ve gerekli olduğu ortaya çıkmıştır.

17 Gaz oluşumunun çevre ve zeminle ilişkisi: Depo gazının oluşumu ve eldesi sırasında çeşitli çevresel problemler ve güvenlik problemleri oluşabilmektedir. Bunlardan bazıları: Sera gazı emisyonlarına olumsuz katkı, Patlama ve yangın tehlikesi dolayısıyla insan sağlığı için tehlike, Depolama sahasının üzerinde ve yakınındaki tarım ürünleri ve diğer bitkilere olumsuz etkiler, Kötü koku emisyonu.

18 Organik madde + H20 + Nutrientler--- Dirençli Organik madde+ CH4+ C02 + NH3 +H2S Deponi alanında parçalanma, atık cinsine, sıkıştırma oranına, atığın nem içeriğine ve sıcaklığına bağlıdır. Anaerobik parçalanma hızı, gaz üretimi ile doğru orantılıdır. Böylece, oluşan gaz miktarı, parçalanma hızı hakkında bilgi vermektedir. Parçalanma 5 fazda gerçekleşir. - Başlangıç Fazı - Geçiş Fazı - Asit Fazı - Metan Fazı - Olgunluk Fazı

19 Depo gazı oluşum fazları

20 Depolama Alanının Tamamlanması Atıkları depolamak üzere ayrılmış hücreler dolduktan sonra yönetmeliklerde belirtilen şartlara uygun olarak kapatılması gerekmektedir Eğim (2-6%) >60 cm >30 cm Erozyon tabakası Sızıntı tabakası Geomembran >60 cm Düşük geçirgenli sıkıştırılmış toprak Atık Gaz toplama tabakası

21

22

23 Depolama alanının kapatılması Kapatılma işlemi gerçekleştikten sonra bu alanların ortalama 30 yıl süre ile izlemesi gerekmektedir. Çünkü depolama alanlarında meydana gelen işlemler (gaz oluşumu, süzüntü suyu oluşumu, atık ayrışması vs) depolanan atık cinsine, ortam sıcaklığına, işletim yöntemlerine bağlı olarak ortalama yıl süre ile devam etmektedir. Bu süre içerisinde şu bileşenlerin düzenli olarak kontrol edilmesi ve gözlenmesi gerekmektedir: Son örtü tabakasının bütünlüğünün kontrolü Süzüntü suyu hidrolik yükünün ve toplama kanallarının kontrolü Süzüntü suyunun karakterizasyonu Yeraltı suyu niteliğinin kontrolü Gaz toplama sistemlerinin kontrolü Ortam havası kontrolü Peyzaj dizaynı

24 Atık içerisinde meydana gelen ayrışmalar sonucu zaman içerisinde homojen olmayan oturmalar meydana gelebilir. Bu işlem homojen bir şekilde olmadığından dolayı bazı bölgelerde %20 lere varan oturmalar olurken bazı bölgelerde %5 gibi düşük oturmalara gözlenebilir. Bu işlemler sonucunda üst tabakada değişik boyutlarda çatlaklar oluşabilir. Bu çatlaklar zaman ile büyüyerek ortamdaki yağış miktarının da etkisi ile toprak kaymalarına ve hatta depo alanının tamamen bozulmasına yol açabilir.

25 Bunlara ilave olarak düzensiz oturmalar depo içerisinde süzüntü suyu ve gaz toplama tesisatlarının da kırılmalarına veya fonksiyonlarının azalmasına sebep olabilirler. Dolayısı ile deponi alanlarının son örtü tabakaları düzenli olarak kontrol edilmeli ve oturma miktarları devamlı olarak ölçülmelidir. Bu şekilde düzensiz oturmaların önlenmesinin birinci şartı atıkları olabildiğince homojen olarak depolamaktır. Organik atıklar ile inorganik atıklar ayrı hücrelerde depolanırsa her iki hücrenin kontrolü de ayrı ayrı yapılabilir. Toprak kaymalarının önüne geçilebilmesi için günümüzde modern depolama alanları kapatıldıktan sonra özel olarak çimlendirilmekte veya özel bitki türleri ile erozyonun önüne geçilebilmektedir

26 Yer altı suyunun kontrolü Deponi alanlarından kaynaklanan yer altı suyu kirlenmesi çok sıkça karşılaşılan bir problemdir. Dolayısı ile ortamdaki yer altı suyu düzenli olarak gözetleme kuyuları ile kontrol edilmelidir. Bu işlem için yer altı suyu akış yönünde hem deponi alanının üst bölgesinde hem de alt bölgesinde gözetleme kuyuları açılarak suyun karakterizasyonu analiz edilmelidir. Eğer su deponi öncesi ve sonrasında açılan kuyuların su kalitesinde bir farklılık var ise bu deponi alanının sızdırdığının bir kanıtıdır.

27 Kapalı depolama alanları Ziraat: Çimlendirildikten sonra mera olarak kullanılabilir. Ağaçlandırma: Kısa köklü ağaçlar ile yapılmış bir ağaçlandırma hem görüntü açısından hem de toprak kayması vs. `nin önüne geçebilir. Park: Gerekli tedbirler alındıktan sonra depolama bölgeleri park, spor alanları (golf, çim kayağı vs) olarak kullanılabilir. Endüstri: Açık depolama alanları, endüstriyel alanlar vs. olarak kullanılabilir. Diğer: Açık alanlar, hafif uçaklar için pist vs. olarak kullanılabilir.

28 Düzenli depolama alan hesabı V ' c 1 p k t V V. n. N V gerekli düzenli depolama hacmi (m3) n alanın kullanım ömrü (yıl) N nüfus (kişi) ' V senede kişi başına düşen gerekli depolama hacmi (m3/kişi.yıl) c katı atık birim üretimi (kg/kişi.gün) - katı atığın birim hacim ağırlığı (kg/m3) p katı atığın hacmindeki azalma (%10-80) t bir yıldaki çöp üretilen gün sayısı (gün/yıl) k örtü toprağı ihtiyacı (m3/kişi.gün)

29 Süzüntü miktarının hesaplanması C P (1 R) S E r v C = Depolama alanına süzülen toplam su miktarı (mm/yıl) Pr = Yağmur suyu miktarı (mm/yıl) R = Yuzey akış katsayısı S = Atık içerisinde biriken su miktarı (mm/yıl) Ev = Deponi yüzeyinden buharlaşma miktarı (mm/yıl)

30 SORU -1 Yıllık yağış miktarı 1025 mm/yıl olan bir bölgede 10 m derinliğinde bir deponiden yıllık buharlaşma miktarı 660 mm olarak ölçülmüştür. Yağış miktarının %15`i yüzey akış olarak uzaklaştırılıyor. Atık içerisinde su tutulmadığı ve tüm diğer etkenler göz ardı edildiğine göre yıllık süzüntü suyu miktarını bulunuz? Eğer deponinin taban alanı m2 ise yıllık oluşan süzüntü suyu hacmini bulunuz? C P (1 R) S E r 1025(1 0.15) mm / yıl Yıllık süzüntü suyu hacmi: (211 mm/yıl) x (1m/1000 mm) x (50000 m2) = m3/yıl v

31 SORU -2 Sızınıtı suyu oluşumu nedir? Katı atıkların içinden süzülerek ve bir takım kimyasal, biyolojik ve fiziksel olaylara maruz kalarak oluşan, özellikle vahşi depolama sahalarında topraktan geçerek yeraltı sularını kirleten sıvıdır.

32 SORU -3 Depolama gazının olusum hızı nelere bağlıdır? - Sıkıştırmanın türü ve şiddeti - Depolama sahasının işletilme yöntemi - Örtü tabakasının türü ve kalınlığı - Atığın miktarı - Depolama alanının geometrisi ve hidrojeolojik özellikleri - Sıcaklık derecesi, yağmur, buharlaşma

33 SORU -4 Çöp deposu içine sızacak yağmur suyu miktarı nelere bağlıdır? Sıcaklık derecesine Bitki örtüsü Rutubet miktarı Yüzey toprağının cinsi Yüzeyin eğimi Toprağın sıkıştırma derecesine