KATI ATIK BERTARAFINDA KATILA TIRMA YÖNTEM N N TEKN K VE EKONOM K YÖNDEN NCELENMES Kâmil B. VARINCA, M. Talha GÖNÜLLÜ Yıldız Teknik Üniversitesi, n aat Fakültesi, Çevre Mühendisli i Bölümü, 34349, Yıldız, stanbul kvarinca@yildiz.edu.tr, gonul@yildiz.edu.tr ÖZET Katı atıkların bertarafında özellikle zararlı/tehlikeli atıkların bertarafında kullanılan katıla tırma i lemi ucuz maliyet ve sahip oldu u uygulama kolaylı ı ile ön plâna çıkmaktadır. Optimum bir katıla tırma i lemi gerçekle tirilebilmesi için bu i lemi etkileyen parametrelerin iyi tanımlanması ve iyi kontrol edilmesi gereklidir. Bu parametreleri fiziksel, kimyasal ve biyolojik gibi üç ana ba lıkta toplamak mümkündür. Katıla mı malzemeden istenen özellikler arasında, mukavemet ve zehirsizlik gibi özelliklerin yanında hacminin az olması da istendi inde en uygun atık-ba layıcı oranının bulunması, en uygun ba layıcı sisteminin tespiti, ek katkı malzemelerinin denenmesi gibi özelliklerin bulunması için deneyler yapılması gereklidir. Bu çalı mada, hâlihazırda uygulanan katıla tırma i lemleri incelenmi ve yeni bir atık veya ba layıcı madde türünde uygulanmak istendi inde nasıl bir yol izlenmesi gerekti i teknik ve ekonomik parametreler ı ı ında anlatılmaya çalı ılmı tır. Anahtar Kelimeler: Katıla tırma, Kararlıla tırma, Katı atık ABSTRACT ABSTRACT It is well known that the solidification process, which used eliminating the solid waste and especially hazardous waste, has cheap cost and easy applicability. In order to conduct optimum solidification, the parameters which affect the solidification process, should be well determined and checked. These parameters can be classified such as physical, chemical and biological. The solidificated materials not only should be some properties such as strength and untoxic, but also should be have smaller volume. In order to reaches this properties of the solidificated materials, some experimental study should be done such as finding optimal waste-binding value, determination of optimum binding systems and experience of additional contribution materials. In this study, the solidification process which conducted available was investigated and if this process would like to apply a new or binding material, it is explained considering technical and economical parameters in this study. Keywords: Solidification, Stabilization, Solid Waste 1. G R Katı atıklar genel olarak içeriklerine göre bertaraf i lemlerine tabi tutulmaktadırlar. Organik içerikli olanlar kompostla tırma i lemine tabi tutulurken, cam, kâ ıt, plastik gibi maddeleri ihtiva edilenler bu maddelerin alınması ile geri kazanmaya tabi tutulmaktadır. Katı atıkların büyük bir miktarı düzenli depolamaya tabi tutulurken içeri inde zararlı-tehlikeli maddelerin oldu u durumlarda farkı bertaraf metotları uygulanmaktadır. Bertaraf edilecek atı ın içeri inin bertaraf edilmedeki zorlu u uygulanacak yöntemin karma ıkla masını ve bunun sonucunda da daha pahalı yöntemlerle bertaraf edilmelerini do urmaktadır. Bu sebeple bu tür atıkların bertarafında daha ekonomik ve uygulaması kolay yöntemler bulunması gerekmektedir. Atık bertarafında özellikle
zararlı atıkların bertarafında oldukça ekonomik ve uygulaması kolay yöntemlerden biri katıla tırma-kararlıla tırma yöntemleridir. Katıla tırma ve kararlıla tırma genelde aynı anlamda kullanılmakla beraber tam olarak aynı anlama gelmezler. Sıvı, katı veya çamur formundaki atıktan, homojen bir katı kütle olu turmak üzere, atı ın yapısını ve fiziksel özelliklerini geli tiren çe itli materyallerin ilâve edildi i i lem katıla tırma olarak tanımlanır. Kütlenin katıla tırılması atı ın mukavemetini arttıran, sıkı abilirli ini ve geçirimlili ini azaltan kimyasal maddelerin ilâvesiyle sa lanır. Katıla tırma metodunda bile enlerin sızmasında azalma olmalı, ancak katıla tırma ba layıcıları ile atık bile enleri arasında kimyasal ba olu abilir veya olu mayabilir. Katıla tırma katı atıklara da uygulanabilir ancak bu durumda katıla tırmada kullanılan ba layıcılara bir miktar su da ilâve edilmesi gerekir [1; 2]. Kararlıla tırma terimi, bünyesindeki kirleticilerin en az çözünür, hareketli veya zehirli (yani kimyasal olarak daha kararlı) formlarına dönü türülmesiyle bir atı ın zarar potansiyelinin azaltılması tekniklerine kar ı gelir. lem, çe itli kimyasal katkılar kullanılarak herhangi bir atı ı kimyasal olarak kararlı hale dönü türmek için tehlikeli bile enleri çözünmeyecekleri bir form içinde tutarak çevreye kirletici ta ınımını minimize eden ve zehirlilik seviyesini dü ürerek atı ın tehlikeli ini azaltan yani atı ı kimyasal olarak kararlı bir hale dönü türen i lemler olarak tanımlanmaktadır. Kararlıla tırma ile atı ın fiziksel tür ve i leme özelliklerinin de i tirilmesi gerekmez. Terim, katıla tırmayı kapsar, fakat zehirli bile eni yeni zehirli olmayan bir bile ik veya maddeye dönü türecek kimyasal bir reaksiyonun kullanımını da gerektirir [1; 2; 3; 4]. Kararlıla tırmada, [5] Atı ın fiziksel özelliklerini iyile tiren, Kirletici transferi veya kaybının meydana geldi i yüzey alanını azaltan, Atık içindeki herhangi bir kirleticinin çözünülürlü ünü sınırlayan, Kirleticinin zehirlili ini azaltan kimyasal maddeler ilâve edilir. Katıla tırma/kararlıla tırma (K/K) sistemleri birçok atık türü için iyi bir bertaraf metodu oldu u için giderek yaygınla an bir ekilde kullanım alanı bulmaktadır. Henüz Türkiye de yaygın bir kullanımı olmasa da geli mi birçok ülke de zararlı atıkların bertarafında tercih edilen etkin bir metottur. Di er zararlı atık bertaraf metotlarına göre ucuz, uygulamanın basit ve kolay, gerekli teçhizatın ucuz ve kolay bulunur olması ve tabiî ki atıkları i lem sonrası zararlı atık olmaktan çıkaran bir teknoloji olması K/K teknolojilerini cazip kılmaktadır. K/K teknolojileri için üç ana uygulama alanı verilebilir [5]. Araziye uzakla tırma: Emniyetle depo sahasında uzakla tırmak için önce atıkların kararlıla tırılması, Saha iyile tirme: Kirlenen sahaların iyile tirilmesi, Endüstriyel atıkların kararlıla tırılması: Tehlikeli veya tehlikesiz, çamur gibi kararlı olmayan atıkların kararlıla tırılması. K/K i lemleri kavramsal olarak basit olup i letmelerinde standart mekanik donanımlar kullanılır. Genelde inorganik bir K/K mekanik sistemi karı tırıcılar, kimyasal depolama ve besleme aygıtları, pompalar, ta ıma düzenekleri ve yardımcı donanımlardan olu ur. 2. KATILA TIRMA TEKNOLOJ S N N MEKAN ZMALARI Katıla tırmanın etkinli ini kontrol eden fiziksel ve kimyasal mekanizma esaslarının anla ılması, katıla tırmanın bir zararlı atık yönetim teknolojisi olarak do ru bir ekilde uygulanması için önemlidir. Ayrıca yeni katkı malzemelerinin geli tirilmesi ya da var olanların modifiye edilmesinde, yeni ve farklı atıklara uygulanması gibi geli melerin de erlendirilmesinde temel
katıla tırma mekanizmaları dikkate alınır. Ba arılı bir katıla tırma u mekanizmalardan bir veya birkaçının içerir [5]. Makrokapsülleme Mikrokapsülleme Absorpsiyon Adsorpsiyon Çöktürme Zehirlilik Giderimi 2.1. Makrokapsülleme Makrokapsülleme, zararlı atık içeri inin daha büyük bir yapısal form içinde fiziksel olarak tutuldu u bir mekanizmadır. Yani zararlı atık bile enleri katıla tırma maddelerinin içindeki gözeneklerde tutulur [5]. 2.2. Mikrokapsülleme Mikrokapsülleme, zararlı atık bile enlerini katıla tırılmı malzemenin kristal yapısı içinde mikroskobik seviyede tutan bir mekanizmadır [5]. 2.3. Absorpsiyon Absorpsiyon i leminde kirleticiler süngerin suyu içine aldı ı gibi bir tutucu (sorbent) içinde tutulur. Kararlıla tırmada uygulandı ı gibi atıktaki serbest sıvının absorplanması için bazı katı maddelerin (sorbentlerin) eklenmesi gerekir [5]. 2.4. Adsorpsiyon Adsorpsiyon mekanizması ile kirleticiler yapı içindeki katıla tırıcı ve kararlıla tırıcı maddelere sadece fiziksel olarak ba lanmazlar, bunun yanında elektrokimyasal olarak da ba lanırlar [5]. Bu i lemler için aktif karbon, susuz sodyum silikat, alçı ta ı, kil ve benzer partiküller kullanılabilir. Ço u tutunma i lemi, bir süngerin su ile ıslanmasına benzer ekilde yalnızca katının yüzeyi üzerindeki sıvıyı bünyesine alır ve zararlı maddenin sızma potansiyelini azaltmaz. Ayrıca, seçilmi sorbanlar katıla tırma ve kararlıla tırma i lemlerinin performansını arttırmak için kullanılabilir [6]. 2.5. Çöktürme Bazı kararlıla tırma i lemleri, atık bile enlerini daha kararlı ekle dönü türerek atıktaki kirleticileri çöktürür. Hidroksitler, sülfitler, silikatlar, karbonatlar ve fosfatlar gibi çöktürücüler malzeme yapısının bir parçası olan kararlıla mı kütle yapısının içerisinde biriktirirler [5]. 2.6. Zehirlilik Giderimi Kararlıla tırma i lemi sürecinde yer alan bazı kimyasal reaksiyonlar sonucunda atı ın zehirlili i dü ürülebilir. Kimyasal bir bile i i daha az zehirli ya da zehirli olmayan di er bir bile i e dönü türen herhangi bir mekanizma zehirlilik giderimi olarak adlandırılır [5]. 3. TEKNOLOJ LER VE MALZEMELER Katıla tırma-kararlıla tırma i lemlerinde kullanılan teknoloji ve malzemeler a a ıda sıralanmı tır [5]. Çimento
Puzolanlar Kireç Çözünür silikat Organik olarak de i tirilmi killer De i tirilmi kireç Isı ile Sertle en Organik Polimerler Termoplastik Malzemeler Camla tırma (Vitrifikasyon) 4. KULLANILAN TESTLER Bir zararlı atı ın katıla ıp kararlı hale geldi ini söylemek, K/K i leminin etkinli ini ölçmek, kararlı hale gelmi malzemenin sa lamlı ını belirlemek ve kirleticilerin kararlı malzemeden ne kadar hızlı sızabildi ini tespit etmek oldukça karma ıktır. Kararlıla tırmanın veriminin de erlendirilmesi, katıla mı malzemenin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin ölçülmesini gerektirir. Ölçülen özellik, ölçüm tekni ine ba lıdır. Aynı özellik için farklı testler, bu özelli in farklı ölçümlerini verir. Kararlıla tırılmı malzemelerin hangi aralıktaki çevresel baskılara maruz kalaca ı tahmin edilemezse, bu baskılar laboratuvarda simule edilemez [5]. Kararlıla tırmanın etkinli ini de erlendirmek için çe itli laboratuvar testleri kullanılmaktadır. Bütün atıklar ve uygulamalar için ideal olan bir test yoktur. Uygun bir ekilde yorumlandı ında bu testlerin her biri, spesifik bir atık için belli bir kararlıla tırma tekni inin ve kimyasal madde karı ımının etkinli ine kısmi bir bakı sa lar. Uygun testlerin seçilmesi ve test sonuçlarının yorumlanması kararlıla tırma programının amaçlarına ba lıdır [5]. Katıla tırma i lemlerinin performansının belirlenmesinde kullanılan Fiziksel özellik testleri [5] Çizelge 1 de, Ekstraksiyon ve sızma testleri [5] Çizelge 2 de, Kimyasal Testler [5] ise Çizelge 3 de verilmi tir. Çizelge 1. Fiziksel özellik testleri [5] Nem içeri i Özellik Parçacık büyüklü ü (Boyut Da ılımı) Yo unluk Özgül a ırlık Atterbeg limitleri Boya Filtresi Testi Mikroyapı incelemesi Açıklama Verilen miktardaki maddedeki serbest su ya da sıvının miktarını tespitte kullanılır. Parçacık büyüklü ü maddenin, parçacık birim da ılımının belirlenmesinde ve genel olarak maddenin mühendislikle ilgili sınıflandırılmasında kullanılır. Testler maddenin karakterlerine ait bilgi edinilmesini sa lar. Yo unluk toplam a ırlı ın toplam kütleye oranıdır. Özgül a ırlık ve nem oranı de erleri ile birlikte yo unluk, materyalin porozitesinin hesaplanmasında kullanılabilir. A ırlı ın hacme oranı olarak tanımlanır. Basınç ve hacim hesaplamalarında kullanılmaktadır. Atterberg limitleri maddenin sıvı veya plastik durumlarını belirleyen içeri idir. Boya filtresi testi atık hacmini temsil eden örnekteki serbest sıvıları belirlemek için kullanılmaktadır. Kristalle menin gözlenmesi amacıyla yapılır.
Özellik Katıla ma oranı Mukavemet Sıkı abilirlik Permeabilite Kompaksiyon Testi- Zemin Dolgu Karı ımının Nem Yo unlu u Dayanıklılık- Sa lamlılık özellikleri Açıklama Malzemenin hangi oranda katıla tı ının tespitidir. Malzemenin gerilimlere kar ı gösterdi i direnci ölçmek için kullanılır. Elastikiyetin derecesinin belirlenmesinde kullanılır. Permeabilite (Hidrolik geçirgenlik) bir cismin su geçi ine gösterdi i mukavemetin göstergesidir. Akı ve ta ıma hesaplarında kullanılır. Bu test nem içeri i ve topra ımsı materyallerin yo unlu u arasındaki ili kiyi belirler. Test maksimum kompaksiyona izin veren nem içeri ini dolayısı ile maksimum yo unlu u belirler. Maddenin sürekli tekrarlanan ıslatma, kurutma, donma ve erimeye kar ı ne kadar dayanıklı, iyi oldu unu belirlemede kullanılır. Çizelge 2. Ekstraksiyon ve sızma testleri [5] Sızdırma Testleri Zehirlilik Sızma Testi (TCLP) Ekstraksiyon Prosedürü Toksik Testi (EP Tox) Kaliforniya Atık Ekstraksiyon Testi (Cal WET) Çoklu Ekstraksiyon Süreci (MEP) Tek Parça Atık Ekstraksiyon Süreci (MWEP) Denge Filtre Testi (ELT) Asit Nötrle tirme Kapasitesi (ANC) Sıralı Ekstraksiyon Testi (SET) Sıralı Kimyasal Ekstraksiyon (SCE) Çizelge 3. Kimyasal Testler [5] Test smi Toplam Atık Analizleri Toplam Organik Karbon Yanma kaybı ph Kızılötesi Spectra (FTR) De i ik Taramalı Kalorimetrik ve Isıl Gravimetrik Analiz
5. UYGULAMA Herhangi bir arazi rehabilitasyonu veya yeni bir atık katıla tırması söz konusu oldu unda önce bir dizi ön i lem ve deneme yapılması gerekmektedir. Uygun katıla tırma oranı ancak bu denemeler sonucunda ortaya çıkacaktır. Katıla tırma oranı katıla mı malzemenin kullanılıp kullanılmayaca ına, kullanılacaksa nerede hangi artlar altında kullanılaca ına veya sadece depolanıp depolanmayaca ına göre de i iklik gösterir. Örnek olması açısından burada Varınca nın yüksek lisans tez çalı masında [7] kullandı ı atık ve elde etti i sonuçlar üzerinden yorumlama yapılacaktır. Çalı mada, Mutlu Akü ve Malzemeleri San. A.. ye ait akümülatör üretim fabrikasında yer alan tesis içi endüstriyel atıksuların arıtıldı ı kimyasal arıtma tesisinden çıkan arıtma çamuru kullanılmı tır. Çalı malarda kullanılan arıtma çamurunun muhtevası Çizelge 4 de verilmi tir. Çizelge 4. Çalı malarda kullanılan arıtma çamurunun muhtevası [7] çerik Miktar Nem muhtevası (%) 75 Pb (mg/l) 615 Cd (mg/l) 0,073 Cr (mg/l) 12,68 Cu (mg/l) 5,0 Fe (mg/l) 300 Ni (mg/l) 2,81 Çalı malar üç kademeden olu mu tur. Birinci kademe, arıtma çamurunun hazırlanması ve kalıplara dökülmesi i lemi; ikinci kademe, hazırlanan kalıpların 28 günün ardından mukavemet deneyine tabi tutulması; üçüncü ve son kademede ise, elde edilen katıla mı -kararlıla tırılmı malzemenin sızıntı özelliklerinin belirlenmesi amacıyla TCLP deneyinin yapılması kademesidir. Çalı mada elde edilen mukavemet deneyi sonuçları ekil 1 de verilmi tir. Görüldü ü üzere atık oranı arttıkça mukavemet dü mektedir. Ancak kirletici konsantrasyonlarının limit de erleri a ma ihtimali ise artmaktadır. Bu durumda karı ım oranlarına karar verirken nihaî kullanım dikkate alınmalıdır. Bir arazi uygulaması ise hem malzeme çok kullanmamak için hem de ekonomik olması açısından limit de erleri a ılmayaca ı maksimum atık oranlarında uygulanabilir. bu durumda mukavemetin dü ük olacaktır ama zaten arazi uygulamalarında topra ın karlıla tırılması istenmektedir beton haline getirilmesi de il.
PÇ 32,5 Mukavemet Neticeleri 14 2 Basınç dayanımı (N/mm ) 12 10 8 6 4 2 0 0,0% 1,7% 3,3% 5,0% 10,0% 25,0% 50,0% 75,0% 1. Deneme 8,7 8,4 7,4 9,1 5,9 4,5 2,4 0,1 2. Deneme 9,7 8,5 9,2 9,1 7,9 4,6 2,4 0,1 3. Deneme 10,0 10,2 9,9 8,3 7,8 3,9 2,5 0,3 Ortalama 9,4 9,1 8,8 8,8 7,2 4,3 2,4 0,2 N u m u n e 1. Deneme 2. Deneme 3. Deneme Ortalama ekil 1. PÇ 32,5 luk çimento kullanılarak hazırlanan numunelerin basınç dayanımları 6. SONUÇ VE DE ERLEND RME Zararlı atıklar, genel olarak zehirlilik, koroziflik, patlayıcılık ve parlayıcılık özellikleri ile di er atıklara kıyasla arıtma ve bertaraf i lemlerinin seçimi ve uygulanmasında daha dikkatli ve hassas olunması gereken bir atık türüdür. Hâlihazırda zararlı atıkların ön i leme tâbi tutulmaksızın direkt nihaî depo sahalarında depolanmaları bu atıkların tehlikeli özelliklerinden dolayı sakıncalıdır. Sızıntı suyunun yeraltı suyuna karı masıyla istenmeyen birçok netice do urması bu sakıncalara örnek olarak verilebilir. Bu sebeple bu atıkların bertarafında farklı, yeni, daha ekonomik ve daha etkin bertaraf metotlarının ara tırılması, denenmesi ve uygulanması da önem kazanmaktadır. Zararlı atıkların bertarafında yeni ve farklı sayılabilecek bir metot da Katıla tırma-kararlıla tırma (K/K) (Solidification/Stabilization) i lemleridir. Bu i lemlerde amaç, çe itli ba layıcı maddeler kullanarak zararlı atı ın hareket yetene inin azaltılması ve dı ortamdan izole edilmesinin sa lanarak orijinal atıktan daha az zararlı veya zararsız bir hale getirilmesidir. Kararlıla tırma, atı ın kimyasal olarak daha kararlı bir ekle dönü türülmesiyle çözünürlük veya zehirlili ini sınırlayan i lemleri kapsar. Katıla tırma i leminin ardından ortaya çıkan malzeme nihaî depo sahasında depolanabilece i gibi farklı uygulamalarda da kullanılabilir. Asfalt yolların altında beton zemin olu turulmasında ve dolgu malzemesi olarak kullanılması bu uygulamalara birer örnek te kil edebilir. Ancak ortaya çıkan malzemenin gördü ü i lemin performansının ölçülmesi ve malzemenin atı ın zararlı özelliklerini ta ıyıp ta ımadı ını tespit etmek maksadı ile çe itli fiziksel (basma, çekme, e ilme, burulma testleri vb.) ve kimyasal (madde analizi, sızma testi vb.) testlerden geçirilmesi gerekir. Ayrıca malzeme katı blok haline geldikten sonra do al hayatta kar ıla abilece i tüm
etkilerin tasarlanarak bu etkilere kar ı gösterdi i davranı da belirlenmeli ve bunun ardından bu malzemenin ne yapılaca ı konusu tartı ılmalıdır. Sonuç itibarî ile yeni bir atık türü ile kar ıla ıldı ında nihaî üründe istenen özelliklere göre bir karı ım oranı uygulaması yapılır. Mukavemetin önemli oldu u durumlara dü ük atık miktarı yüksek ba layıcı oranlarında, ekonominin önemli oldu u zamanlarda ise dü ük ba layıcı yülsek atık oranlarında çalı ılabilir. 7. KAYNAKLAR [1] Conner, J. R., Chemical Fixation and Solidification of Hazardous Wastes, Van Nostrand Reinhold, New York, ISBN 0-442-20511-2, 682 p., 1990. [2] Filibeli, A., Arıtma Çamurlarının lenmesi, D.E.Ü. Mühendislik Fakültesi Basım Ünitesi, zmir, 1998. [3] Malone, P. G., Jones, L. W., Larson, R. J., Guide to Disposal of Chemically Stabilized and Solidified Waste, SW-872, U.S. USEPA Office of Water and Waste Management, Washington, D.C., 1982. [4] Darcel, F., Recent Studies on Leach Testing- A Review, Ontario, MOE., 1984. [5] LaGrega, M. D., Buckingham P. L., Evans, J. C. and the Environmental Resources Management Group, Hazardous Waste Management, McGraw-Hill Inc., 1103 p., 1994. [6] Cullinane, M.J., Jones, L.W., Malone, P.G., Handbook of Stabilization/Solidification of Hazardous Waste, U.S. USEPA Hazardous Waste Engineering Research Laboratory, Cincinnati, Ohio, USEPA 540/2-86/001, 1986. [7] Varınca, K. B., Akümülatör malat Tesisi Arıtma Çamurunun Çimento ile Katıla tırılarak Kararlıla tırılmasının Ara tırılması, Yüksek Lisans Tezi, Tez danı manı: Prof. Dr. M. Talha Gönüllü, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, stanbul, 2006.