GÜMÜŞHANE İLİ KATI ATIK DEPOLAMA ALANI SIZINTI SULARININ VE HİDROJEOLOJİSİNİN İNCELENMESİ S.Serkan NAS 1, Fatih SAKA 2, Adem BAYRAM 3, 1 KTÜ GMF İnşaat Müh. Bölümü, GÜMÜŞHANE 2 KTÜ GMF İnşaat Müh. Bölümü, GÜMÜŞHANE 3 KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, TRABZON E-Posta: sakafatih@hotmail.com ÖZET Katı atık depolama alanlarında oluşan sızıntı suları, katı atıkların içinden süzülerek bir takım kimyasal, biyolojik ve fiziksel olaylara maruz kalmakta ve bünyelerinde yüksek miktarda organik ve inorganik kirleticiler bulundurmaktadır. Bu sızıntı suları, katı atıkların içinden sızarak, yüzeysel ve yeraltı suyu biriktirme sistemleri ile su kaynaklarına ulaşabilmekte, sonuçta bu suların kalitesini olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Sızıntı suları, depolanan atıktaki su içeriğinden, katı atıktaki reaksiyonlardan ve dışarıdan depolama alanına giren sulardan meydana gelmektedir. Dışarıdan depolama alanına giren su miktarını etkileyen ilk etken ise depolama alanı çevresindeki hidrojeolojik ve jeolojik şartlar olmaktadır. Bu çalışmada, katı atık depolama alanlarından gelen yüksek kirlilikteki sızıntı sularının su kaynaklarına olan zararlı etkisini en aza indirmekte önemli kriterlerden biri olan deponi alanının bazı hidrojeolojik özellikleri araştırılmış, yapılan deneyler sonucunda Gümüşhane Merkez katı atıklarının organik kısmının dağılımı ve su içeriği, sızıntı sularının bir takım özellikleri (ph, TOC, TN) ve Gümüşhane katı atık depolama alanının mevcut durumu üzerine değerlendirmeler yapılmıştır. ANAHTAR SÖZCÜKLER: Katı Atık Özellikleri, Sızıntı Suyu, Hidrojeoloji. RESEARCHING OF LEACHATE AND HYDROGEOLOGY OF GÜMÜŞHANE CITY LANDFİLL ABSTRACT Leachate produced in landfills is exposed to several chemical, biological and physical events by filtering through the solid wastes and it has a lot of organic and inorganic pollutants. This leachate may reach to water resources by leaking through the solid wastes and using groundwater and surface water collecting systems, water resources can be harmfully influenced on quality. Sources of leachate are water content in solid waste, reactions in landfill areas and water entering from outside of landfill. Hydrogeological and geological conditions of landfill surroundings effect amount of water entering to landfill. In this study, some hydrogeological characteristics of landfill area are researched, which is one of the most important indicators to reduce harmful impacts of leachate in high pollution consisting of landfill area, distribution of organic parts and water content, several properties (ph, TOC, TN) of the leachate of Gümüşhane Centeral solid wastes are determined. KEYWORDS: Solid Waste Characteristics, Leachate, Hydrogeology. GİRİŞ Katı atık yığınlarına belirli bir su tutma kapasitesinin üstünde aşırı miktarda su girmesi durumunda, atıklar bu fazla suyu tutamaz ve dışarı bırakırlar. Sızıntı suyu olarak tanımlanan bu fazla su, katı atıklar içinden süzülürken bir takım kimyasal, 356
biyolojik ve fiziksel olaylara maruz kalır ve katı atıkların içeriğinden kaynaklanan çok sayıdaki element ve bileşiği bünyesinde bulundurur. Sızıntı suyunun kalitesi oldukça değişken olup birçok endüstriyel atıksuya göre daha geniş aralıkta bir kirlilik yüküne sahiptir. Sızıntı suyu kalitesi depolama alanındaki katı atığın derinliği ve içeriği, mevsimsel değişimi, depolama yaşı, geri devreden sızıntı suyu miktarı, depolama alanı tasarımı ve işletilmesi, depolama alanının jeolojik ve hidrojeolojik özellikleri ve sızıntı suyunun çevresel etkileşimi gibi birbirini etkileyen birçok etkene bağlı olarak değişmektedir (Arslanoğlu, H., Tokmakkaya, P.). Sızıntı sularının asıl kaynağı organik bozulma sonucu oluşan sulardır. Anaerobik ayrışma işleminin gerçekleştiği her yerde oluşabilen çözünmüş organik karbonlar, depolama alanlarındaki organik atıklardan da oluşmaktadır. Kirletici organik bileşikler ya su içinde çözünerek ya da su içinde çözünmeden askıda olarak organik sıvı fazında yer altı suyu tablasına taşınmaktadırlar. Yüksek konsantrasyonda çözünmüş organik karbon ise katı atık sızıntı suyu ile kirlenmiş yeraltı suyunun göstergesi olmaktadır. Dolayısıyla bu sular yağışlar ve yüzey suları ile temas ederek kirliliği çevreye yaymakta ve su kaynaklarının kirlenmesine neden olmaktadır. Oluşan bu organik karbonun taşınımı esnasında çevrede mevcut olan yüzey biriktirme sistemleri, yer altı biriktirme sistemleri ve toprak tabakasını ciddi olarak kirletmektedir. Ayrıca bu çözünmüş karbon redoks işlemleri sonucu diğer kirleticilerle birleşebilmekte ve sonuçta daha karmaşık bileşiklerle yeraltı suyu kirlenmiş olmaktadır (Bakış, R., Tombul, M., Bilgin, M.). Katı atık depolama alanları birkaç yıl içinde kadmiyum, nikel, çinko gibi ağır metaller yönünden zenginleşmekte ve organik maddelerin süzülme kapasitesine bağlı olarak ağır metallerin hareketi ile yüzey ve yeraltı suları potansiyel risk altına girmektedir. Dünyanın pek çok bölgelerinde bulunan sızıntı suyu biriktirme sistemi olmayan depolama alanları nedeniyle organik ve inorganik kirleticileri barındıran sızıntı suları su kaynaklarının kalitesini etkileyebilmektedir. MATERYAL VE YÖNTEM Düzensiz (vahşi) depolama katı atıkların açık araziye rasgele boşaltılması işlemidir. Bu yöntem çevreye vereceği zararlardan dolayı son derece tehlikeli ve sakıncalıdır. Ülkemizde yaygın bir şekilde uygulanan bu yöntemde, atıklar hiç bir önlem alınmadan bir alana atılıp öylece bırakılmaktadırlar. Çağdaşlıktan uzak olan düzensiz depolama yöntemi yeraltı sularını ve yüzeysel suları kirletmekte, rahatsız edici kokulara, yangınlara ve hatta patlamalara neden olmakta, sinek vb. gibi problemler doğurmakta, buradan beslenen kuş ve diğer hayvanlar ise bulaşıcı hastalıkların yayılmasına sebebiyet vermektedirler Nas, S.S., Nas, E. ve Saka, F.). Katı atık depolama alanına düşen yağış sularının buradaki atık kütlesi arasından süzülmesi esnasında çeşitli kimyasal ve biyolojik reaksiyonlar meydana gelir. Bunun sonucu olarak inorganik ve organik bileşikler atıktan sızan suya geçer. Katı atık ve sızıntı suyu arasındaki bu etkileşim (Şekil 1) de basit olarak ifade edilmektedir. Depo gövdesinde gerçekleşen söz konusu bu tür karmaşık reaksiyonların son ürünleri sızıntı suyu ve depo gazı ile uzaklaşmaktadır. Bu maddelerin taşınımı esnasında kimyasal ve biyolojik reaksiyonlara ilaveten adsorpsiyon ve difüzyon gibi fiziksel olaylar da gerçekleşir (Öztürk, İ.). 357
Buharlaşma Nihai Örtü Tabakası Yağış Yüzeysel Akış Sulama Suyu Bitki Örtüsü Yanal sızma (çatlak vb.) Katı Atık Sızma Yanal sızma (çatlak vb.) Organik Bileşenlerin Çözünmesi Sızıntı Suyu Yüzeysel ve yeraltı su biriktirme sistemleri ile toprak tabakalarına ve su kaynaklarına Şekil 1. Sızıntı suyu oluşumu Figure 1. Leachate water formation Deponi sahasında oluşan başlıca kimyasal reaksiyonlar, atık boyunca süzülen sızıntı suyunun etkisiyle atıkların çözünmesi ve askıda taşınması, kimyasal maddelerin ve suyun buharlaşması, organik maddeler içindeki halojenlerin açığa çıkması ve bozulması, indirgenme ve yükseltgenme reaksiyonları sonucu metallerin etkilenmesi ve metal tuzlarının açığa çıkması şeklinde sayılabilir. Bunların içinden en önemli olanı ise biyolojik dönüşüm ürünlerinin özellikle organik bileşiklerin çözünmesidir. Çünkü çözünen bu maddeler sızıntı suyu aracılığıyla depo sahasının dışına taşınmakta ve su kaynaklarını kirletmektedir. Normal şartlarda, sızıntı suyunun küçük bir miktarı yatay sızma yapmasına karşın büyük bir miktarı depolama sahasının alt tabakalarında toplanır ve oradan toprağın derinliklerine sızmaya başlar. Sızıntı suyu toprağın derinliklerine doğru ilerlerken içindeki maddeler değişen oranlarda toprakta adsorbe edilir. Buna rağmen sızıntı suyu, yeraltı sularını çok tehlikeli ölçüde kirleteceği için en iyi yöntem, bu sıvının yeraltına sızmasını önlemektir. Deponi alanlarında meydana gelen yağışlarla oluşan sızıntı suyunun konsantrasyonu seyrelmesine karşın, bu kirliliğin uzak mesafelere taşınmasına neden olmaktadır. Ayrıca üst örtü tabakasının bulunmadığı depolama alanlarında, doyma noktasından sonra yağışın %1 ü çöpten sızarak yerüstü ve yeraltı sularına karışmaktadır. Sızıntı suyunun iki önemli kaynağı; depolanan atıktaki su içeriği ve dışarıdan depoya giren su miktarıdır. Dışarıdan depoya giren su, yağış sularının depo üzerinden sızması, yüzeysel suların ve yeraltı sularının depoya girmesiyle oluşur. Sızıntı suyu oluşumunda en büyük paya sahip olan yağmur suyudur. Deponi alanı çevresindeki zemin özellikleri, geçirimlilik, yeraltı sularının seviyesi, yüzeysel suların depolama alanına uzaklığı gibi unsurlar sızıntı suyu kontrolünde büyük öneme sahiptir. Düzenli depolama sahalarında çöp sızıntı suyu oluşumuna etki eden etkenler genel olarak, yağış (yağmur, kar, vb.), yüzeysel akış, yeraltı suyu girdisi, atığın organik kısmının bozulması, sıvı haldeki atıklar, çamurlar, evapotranspirasyon, infiltrasyon (su alma), nem tutma ve geçirgenlik şeklinde sıralanabilir. Sızıntı suyu miktarı depolama sahasına giren yağış miktarıyla orantılıdır ve bu sebeple sınırlandırılmalıdır. Bu amaçla, mümkünse düşük yağış alan bölgeler seçilmelidir, üst örtü tabakası yapılmalı ve çimlendirilmelidir, yeterli yüzeysel 358
drenaj yapılmalıdır, çamur vb. atık uzaklaştırılması sınırlandırılmalıdır, atıklar yeterli sıkıştırmaya tabi tutulmalıdır. TS 1227 ye göre katı atık depolama alanları için, kireçtaşları, yoğun çatlak sistemleri içeren taş ocakları, kum ve çakıl depoları, iyi birer akifer oluşturdukları için uygun değildirler. Elverişsiz topografyaya sahip bölgelerde yüzey sularının minimum olduğu vadi başları depolama alanları için en uygun bölgelerdir ve yine yeterli kalınlıkta bir kil tabakası içeren bölgeler de depolama alanı olarak seçilebilir. Ancak periyodik olarak yüzey suları ile yıkanma olasılıkları olan taşkın alanları ve yeraltı su seviyesinin yüzeye yakın olduğu bölgelerde geçirimli jeolojik malzemeye sahip yerler depolama alanları için uygun bölgeler değillerdir. Yeraltına süzülen kirleticiler, doygun olmayan tabakada düşey yöndeki hareketleri sırasında akifer sistemine ulaşıncaya kadar pek çok faktörün etkisiyle önemli miktarda azalmaktadırlar. Bu nedenle yeraltı suyu seviyesinin zemin yüzeyinden olan derinliği, yeraltı suyunun mevsimlere göre değişimi, yeraltı suyunun akım yönü, yeraltı suyu hızı, yüzey ve yeraltı suları arasındaki hidrolik ilişki ve akifer özellikleri önemli rol oynamaktadır. BULGULAR Gümüşhane Belediye sınırları dahilinde toplanan yaklaşık 2 25 ton katı atık, (Şekil 2) de görülen Gümüşhane Merkezinin kuzeyinde Topal ve Rüfene mahalleleri arasındaki Parmaklık Tepenin (1633m) güneybatı yamaçlarındaki Kurudere vadisine düzensiz depolama şeklinde dökülmektedir. Şekil 2. Katı atık döküm alanının topoğrafik haritası ve imar planındaki yeri Figure 2. Topographical map and development plan of open dumping place Alan yaklaşık olarak 4 45 hektar civarında olup bu şekilde düzensiz depolama yapılması durumunda 5-1 yıl ihtiyaca cevap verebilecek düzeydedir. Tur mesafesi belediyeden itibaren yaklaşık 4,5 km.dir. 359
Şekil 3. Gümüşhane katı atık depolama alanı yüzeysel biriktirme sisteminin üç boyutlu simülasyonu Figure 3. Three dimensional simulation of Gümüşhane solid waste dump site superficial water accumulation system Oluşan bu katı atıklar 45 kişilik bir ekip ve 2 si büyük, biri küçük olmak üzere toplam 3 adet arkadan sıkıştırmalı, 1 adet sıkıştırmasız üzeri açık araç ile toplanmaktadır. Büyük toplama araçlarından biri 12 saat diğeri ise 24 saat dönüşümlü olarak atıkları toplamaktadır. Atıklar şehrin gerekli yerlerine yerleştirilmiş farklı hacimlerdeki (4 lt-8 lt) toplam 66 adet galvanizli çöp kutusundan toplanmaktadır. 24 yılı Nisan- Temmuz aylarında (18 hafta) yapılan çalışmalarda, katı atık depolama sahalarında oluşan sızıntı sularının kaynaklarından biri olan organik maddelerin (sebze-meyve artıkları, yemek artıkları vb.) (Şekil 4) ve su içeriğinin (Şekil 5) dağılımları ve ilk etapta, oluşan sızıntı sularının ph, TOC (toplam organik karbon), TN (toplam organik azot) parametreleri belirlenmiştir (Şekil 6, 7, 8). Organik Madde (%) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 16 19 23 26 24 48 32 27 13 35 43 57 48 42 48 42 41 27 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 Şekil 4. Katı atıkların organik madde dağılımı Figure 4. Organic material distribution of the solid wastes 36
Su İçeriği (%) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 83 78 78 78 81 84 85 87 85 81 81 81 77 71 73 65 64 59 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 Şekil 5. Katı atıklarının organik kısmının su içeriği dağılımı Figure 5. Water content distribution of organic parts of the solid wastes ph 8 7 6 5 4 3 2 1 6,18 6,13 6,8 6,33 5,31 6,42 4,65 5,28 5,95 4,44 4,71 4,23 4,33 4,36 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 Şekil 6. Katı atık sızıntı suyunun ph dağılımı Figure 6. ph distribution of the leachate Toplam Organik Karbon (ppm) 18 16 14 12 1 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 Şekil 7. Katı atık sızıntı suyunun TOC dağılımı Figure 7. TOC distribution of the leachate 361
Toplam Organik Azot (ppm) 16 14 12 1 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 Şekil 8. Katı atık sızıntı suyunun TN dağılımı Figure 8. TN distribution of the leachate Gümüşhane katı atık depolama alanı, oluşan sızıntı sularının miktarını ve zararlı etkilerini azaltmak için gerekli önlemlerden biri olan vadi başlarının seçimi bakımından uygun bir örnek olarak gösterilebilir (Şekil 9). Şekil 9. Gümüşhane katı atık depolama alanı yüzeysel su biriktirme sisteminin depolama alanından ve karşıdan görünüşleri Figure 9. Dump site and opposite views of superficial water accumulation system in the Gümüşhane solid waste dump site SONUÇLAR VE TARTIŞMA Sızıntı suyuna neden olan organik atıkların dağılımı %13-%57 arasında değişmekte olup ortalama %34 dür. Fakat kış aylarında bu değerin ortalama %2 civarında, yaz aylarında ise %5 civarında olduğu söylenebilir. Organik atıkların su içeriği dağılımı ise %59-%87 arasında değişmekte olup ortalama %77 dir. Benzer şekilde kış aylarında bu değerin ortalama %7 civarında, yaz aylarında ise %8 ve daha üzeri olduğu söylenebilir. Oluşan sızıntı sularının ph sı 4,23-6,42 arasında değişmekte olup ortalama 5,31 dir ve Şekil 6 dan da görüleceği üzere yaz aylarına doğru düşme eğilimindedir ve asidik karakterlidir. Toplam organik karbon TOC ise 83828-168718 ppm arasında değişmekte olup ortalama 111429 ppm dir. Toplam organik azot TN ise 3559-1358 ppm arasında değişmekte olup ortalama 6359 ppm dir. Bu parametreler, oluşan sızıntı sularını karakterize etmek için yeterli değildir. Bunlardan başka BOİ 5, KOİ, TAKM, Toplam Fe, Magnezyum, Nitrat, Sülfat, Bulanıklık vb. parametrelerin de belirlenmesi gerekmektedir. 362
Gümüşhane katı atık depolama sahası için ise, mevsimsel olarak değişen yağmur ve kar miktarları, yüzeysel su biriktirme sistemlerinin çatlak ve geçirgenlik durumları, yeraltı suyu varsa yeri ve akım yönü, depolama alanına dışarıdan giren çamur vb. maddelerin miktar ve çeşitleri, aylık ve yıllık sıcaklık değişimleri gibi parametrelerin belirlenmesi gerekmektedir. Özellikle yağışın fazla düştüğü kış aylarında Gümüşhane katı atık depolama sahasının üstünün örtülme ve çimlendirme çalışmaları, gerekiyorsa yüzeysel drenaj çalışmaları ve çamur vb. fazla nemli malzemelerin depolama alanından uzaklaştırma çalışmaları yapılmalıdır. Depolama alanlarının çevrelerindeki toprak tabakalarının da, oluşan kirliliği sönümleme özelliği bulunmaktadır. Ancak Gümüşhane depolama alanı çevresi Alibaba Formasyonu olarak adlandırılan verimsiz alanlar sınıfına giren ve üzerinde yeterli toprak tabakası bulunmayan özelliği ile oluşabilecek sızıntı sularının büyük bir bölümünün depolama tabanından sızarak yüzeysel su biriktirme sistemi (Şekil 9) ile Harşit Çayı na ulaşması sırasında toprak tabakasının kirliliği sönümleyebilme özelliğinden yararlanamamaktadır. Bölgenin kırsal ve nemsiz bir bölge olması nedeniyle özellikle yaz aylarında buharlaşma fazla olmaktadır. Bu ise atığın bozunma sürecini uzatmakla beraber sızıntı suyu miktarını azaltmaktadır. Ayrıca (Şekil 9) da görülen yüzeysel su biriktirme sistemi ile bölgenin yüzeysel su kaynağı olan Harşit Çayına ulaşma riski de azalmış olmaktadır. Ancak bölgenin kış mevsimlerinde meydana gelebilecek sızıntı suyu miktarı belirlenmeli, mevsimsel değişimler karşısında su kaynaklarının korunup korunmadığının araştırılması gerekmektedir. Ayrıca Gümüşhane katı atık depolama sahası çevresinde hendeklerin açılmasıyla çevreden alana giren yağış miktarını azaltmak, depolama alanının üst örtü tabakasının teşkili ile üstten gelen yağış miktarının depolama alanına girme miktarının azaltılması gibi önlemler dikkate alınmalı, depolama alanının yan yüzeylerin jeolojik özellikleri tam olarak belirlenmelidir. KAYNAKLAR Arslanoğlu, H, Elazığ kenti katı atık depolama alanında oluşan sızıntı suyunun karakterizasyonu ve mevsimsel değişimi, Yüksek lisans tezi, Elazığ, 21. Bakış, R., Tombul, M., Bilgin, M., Çöp sızıntı sularının ağır metal içerikleri ve yer altı suyundaki kirlilik yayılmalarının multi-flow programı ile simule edilmesi, Kent Yönetimi İnsan ve Çevre Sorunları Sempozyumu 99, Çevre yönetimi ve kontrolü, İstanbul Büyükşehir Belediyesi İstaş Genel Müd., cilt 3, 433-442, 1999 Nas, S.S., Nas, E., Saka, F., Gümüşhane nin çöp sorununa çözüm önerileri, Gümüşhane ve Yöresinin Kalkınması Sempozyumu, 22. Nas, S.S., Saka, F., Bayram, A., Deponi alanlarının hidrojeolojisinin su kaynaklarına etkileri ve Gümüşhane ili Deponi alanı örneği, VII. Ulusal Çevre Sorunlarına Öğrenci Yaklaşımları Sempozyumu, 24. Nas, S.S., Bayram, A., Saka, F., Gümüşhane şehrinde katı atık oluşumu ve karakteristiklerinin belirlenmesi, VII. Ulusal Çevre Sorunlarına Öğrenci Yaklaşımları Sempozyumu, 24. 363
Öztürk, İ., Anaerobik biyoteknoloji ve atık arıtımındaki uygulamaları, İTÜ İnşaat Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü, İstanbul, 32 s., 1999. Tokmakkaya, P., Katı atıkların düzenli depolanmasında jeolojinin yeri, İller Bankası Dergisi, 1-Ekim, 9-18, 1998. TS 1227, Atıklar - Çöplük İçin Yer Seçim Kuralları, T.S.E., Ankara, I. Baskı, Nisan 1997. 364