İnsinerasyon

İnsinerasyon (atık yakma),  atığın içerisindeki organik materyalin, yüksek sıcaklık ve fazla oksijen eşliğinde yakılma işlemidir.Yakma genellikle, jeneratörleri elektrik üretmeye zorlayan buhara dönüştürmek amacıyla suyu kaynatmak için yanan çöpleri gerektirir. Yakma hem küçük hem de büyük ölçekte yapılır. Bu, belirli tehlikeli metalik olmayan organik atıkları ve tıbbi atıkları bertaraf etmenin gerçekçi bir yöntemi olarak kabul edilir. Çünkü yüksek sıcaklık, WtE aktivitesinde en yaygın işlem olmasının yanı sıra bakteri ve virüsleri de parçalar. Bu işlem nispeten steril, gürültüsüz ve kokusuzdur; arazi ihtiyacı ise asgaridir. Yakma teknolojisi katı atıklarda depolanan enerjiyi geri kazanmak için kullanılan en eski teknolojilerden biridir. En yaygın kullanılan yakma teknolojisi için tasarlanmış hareketli ızgaradır. Ön işleme tabi tutulmadan büyük miktarlarda belediye atığı ile başa çıkmak için ızgara yakma fırınları kullanılmaktadır. Genellikle toplu yakma tesisleri olarak adlandırılırlar. Toplu yakma fırınlarında, termal enerji buhar türbinleri yoluyla elektrik üretir. Isı ve elektriğin üretildiği yakma fırınlarında geri kazanılan atık ısı, bölgesel ısıtma, sıcak su temini vb. için kullanılır .(Yılmaz, 2019; Williams 2005; EC 2006; Defra, 2013)Nüfus artışı ve sanayileşmeye bağlı olarak artan katı atık miktarı ve bu atıkların bertarafı büyük kentler için giderek daha önemli bir sorun teşkil etmektedir. Oluşan atıkların mevsimsel değişimler, bölgenin gelir düzeyi, sosyoekonomik faaliyetler gibi faktörlere bağlı olarak değişim gösterdiği bilinmektedir. Bu verilerde atığa uygulanacak bertaraf sistemini etkilemektedir. Günümüzde katı atıkların bertaraf edilmesi için farklı teknolojiler geliştirilmekte ve mevcut teknolojiler iyileştirilmektedir. Gelişmiş ülkelerde 1970‟li yıllardan itibaren yakma ve düzenli depolama yaygın olarak kullanılan sistemlerdir.1990-2000‟li yıllarda ise gazlaştırma ve biyometanizason teknikleri yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle 2005 yılında Avrupa Birliği üyesi ülkelerde geri dönüşümü olmayan atıkların bertarafı için düzenli depolamaya son verilmiş termal bertaraf zorunlu kılınmıştır (Kayalak, 2007; Aynur, 2011)Atığın yanabilirliği atığın bileşimine bağlıdır. Atığın nem, kül ve organik madde içeriği atığın kalorifik değer konusunda bilgi verir. Dünya genelindeki atık analizleri ve üst ısıl değerlerden hareketle geliştirilen Tanner Diyagramında atığın nem, kül, organik madde içeriği kullanılarak atığın yanabilirliği konusunda bilgi edinilebilir.(Aynur, 2011)Bu tip yakma tesisleri; gelen atığın depolandığı ve ayıklandığı bir biriktirme haznesine, atıkları besleme haznesine vermek amacıyla kullanılacak bir vince, üzerinde yakmanın gerçekleştiği özel taban ızgaralarına sahip bir yakma odasına, içerisinden geçen suyun buhara dönüştürüldüğü ısı değiştirici borulardan oluşan ısı geri kazanım sistemine, kül uzaklaştırma ve baca gazı arıtma sistemlerine sahiptirler. Yakma odalarının iç kısmı, evlerdeki şöminelerin tuğlalarına benzer yapıda, sıcağa dayanıklı tuğlalarla kaplıdır. Bu tesislerde, yakma odasının en üstünde bir kazan varmış gibi buhar üretilir.(Öztürk v.d., 2016)Yakma odasının bir diğer modifikasyonu döner fırındır. Bu ünitede atık, ateşleme ızgarasına doğru yerçekimi etkisiyle hareket eder ve yanmanın gerçekleştiği döner fırın içine ulaşır. Döner fırınlar, herhangi bir ızgara sisteminden daha fazla türbülans sağlar ve dolayısıyla yanmanın hızını arttırarak tamamlanmasını kolaylaştırır.Döner fırınlarda katı atık dışında, arıtma tesisi çamurları ve sıvılar da yakılabilir. Bu tip yakma tesislerinde atık, iç kısmı yanmaya karşı dayanıklı tuğla döşenmiş olan çelikten yapılmış döner bir hazne içerisinde yakılır. Yakma fırınının dönme hızı dakikada birkaç dönüştür (rpm) ve atığın hareketini kolaylaştırmak açısından atığın fırına giriş kısmı, çıkış kısmına göre daha yukarıda kalır. Dönme hareketine bağlı olarak atık, sürekli bir karışım halindedir. Yakma hızı, döner fırının dönme hızının ayarlanmasıyla kontrol edilebilir. Çamurumsu atıklar veya yanma sırasında sıvılaşan atıkların yakılmasında çok uygun bir sistemdir. Sıcaklık, zararlı atık arıtımı için de uygun aralık olan 1000-1300 °C aralığında değişir. Bu tür bir tesisin kapasitesi ≤480 t/gün.ünite (20 t/sa.ünite) olup toplam ısıl verim ≤ %80 düzeyinde gerçekleşir.(Öztürk v.d., 2016)Akışkan yataklı yakma tesisleri, inert granüler partiküllerden bir yatak içeren, ısıya dayanıklı malzemeden yapılmış kapalı sistemlerdir. Gazlar yatağın genleşmesini sağlayacak kadar yüksek bir hızla tabandan reaktöre üflenerek, yatağın ideal bir akışkan gibi davranması sağlanır. Normalde yatak tasarımı yakmanın, yatağın giriş bölgesinde olmasını engelleyecek şekilde yapılır. Bu sayede akışkan yatak üzerinde yükselen gazlardan, inert partikülleri ayıran bir bölge oluşması sağlanır. Akışkan yataklı yakma biriminden çıkan sıcak gazlar, ısı geri kazanım tesisine ya da gaz arıtma ünitesine gönderilir. Yakma gazlarıyla yakılan atığın yakın teması sebebiyle, gerekli stokiyometrik hava ihtiyacı yaklaşık %40’ın üzerinde tutulur. Akışkan yataklı yakıcılarda, düşük kül füzyon sıcaklıkları ve ergime sıcaklığı düşük maddelere bağlı problemler yaşanabilir. Bu tip maddeler (alüminyum, cam gibi), prosese girmeden önce giderilmelidirler. Bu durum, işletme sıcaklığını kül ergime seviyesinin altında tutarak ya da külün ergime sıcaklığını arttıran kimyasallar ekleyerek engellenebilir. Bu teknolojinin bir avantajı, halojenleri (klorür, florür gibi) tutan maddelerin prosese eklenebilmesi ve bu sayede asit gazlarının deşarjının azaltılmasıdır (Mc Dougall v.d., 2001; Öztürk v.d., 2016).Bu tip yakma tesisleri, mekanik olarak susuzlaştırılmış çamur keklerinin yakılması için geliştirilmiş sürekli bir prosestir. Çamur keki, yakma tesisinin en üst gözünden içeri beslenir ve atık bu gözden daha aşağı gözlere doğru ilerler. Yakma ünitesindeki, gözler arası geçiş delikleri merkezde ve çevrede bulunmaktadır. Sıyırıcıların döner kısımları, yakma havası olarak geri devrettirilen hava ile soğutulur. Yakma havası ve ek yakıt aşağıdan yukarıya doğru ters akımla beslenir. Cüruf ise, yakma ünitesinin alt kısmından dışarı atılır.(Öztürk v.d., 2016)Modüler yakma tesisleri atığın yakılmasının zorunlu olduğu, ancak miktarının ise tipik bir su duvarı veya ısıya dayanıklı malzeme ile kaplanmış büyük yakma tesislerinin inşasına imkan vermeyecek kadar küçük olduğu durumlarda kullanılırlar. Bu tür yakma tesisleri genellikle, hastanelerden kaynaklanan tehlikeli atıkların yakılmasında kullanılırlar. İnşa maliyetinin düşüklüğü ve devreye almanın hızlı olması nedeniyle kapasite artırımına en uygun sistemdir.(Öztürk v.d., 2016)Temel amacı depolama sahalarına giden atık miktarının azaltılması olan Termal Yöntemlerden olan Yakma teknolojisi ile katı atıklar hacimce %80-90 ve ağırlık bakımından %75-80 oranında azaltılabilmekte ve atık sorununa kalıcı çözümler üretmek ve enerji elde edilerek ekonomik değer sağlanmaktadır. Proses gereksinimlerine uymak için "ham atık" aynı zamanda daha az kirlenme ve daha iyi homojenliğe sahip Katı Geri Kazanılmış Yakıt (SRF) veya çöp türevli yakıtlara (RDF) dönüştürülür. RDF'nin hazırlanması, geri dönüştürülebilir maddeleri atık akışından çıkarmak için temel bir işlem seviyesini gerektirirken, SRF daha yüksek bir hazırlık standardı gerektirir. RDF tipik olarak hazırlanmamış karışık atık akışlarını da kabul eden standart enerji tesisleri için kullanılırken, SRF genellikle fosil yakıtlara alternatif olarak çimento fırınlarında ve elektrik santrallerinde kullanılır.(Yılmaz, 2019)• Hareketli ızgara fırınların, karışık evsel atıkların bertarafında kullanılmasının uzun bir geçmişi vardır ve sistemin başarısı kanıtlanmıştır. (NIRAS, 2017)• Su soğutmalı ızgara fırınlar, daha iyi yanma kontrolüne sahiptir ve yüksek ısı kapasitesine sahip evsel atıkları bertaraf edebilmektedir. (NIRAS, 2017)• Izgaralı döner fırınlara, heterojen evsel atıkları beslenebilir ancak kapasitesi hareketli ızgara fırınlara göre daha düşüktür. (NIRAS, 2017)• Taşıma sistemli sabit ızgara fırınlarda daha az hareketli parça vardır, fakat atıkların daha fazla ön işleme tabi tutulması gerekebilir (örn. öğütme, ayırma). (NIRAS, 2017)• İkinci yanma odalı modüler tasarımlar daha küçük uygulamalar için yaygın olarak kullanılmaktadır. Boyuta bağlı olarak, bu ünitelerin bazılarının kesikli olarak çalıştırılması gerekmektedir. (NIRAS, 2017)• Akışkan yataklı fırınlar ince parçalara bölünmüş ve aynı özellikte sürekli gelen ATY için yaygın olarak kullanılmaktadır. (NIRAS, 2017)• Döner fırınlar, katıların yanında sıvı ve macunsu atıkları da kabul edebildiği için, tehlikeli atıkların bertarafında yaygın olarak kullanılmaktadır. (NIRAS, 2017)• Sıvı enjeksiyonlu fırınlar, tehlikeli atıkların yakılması için yaygın olarak kullanılmaktadır.  (NIRAS, 2017)• Su soğutmalı fırınlar daha yüksek sıcaklıklarda çalıştırılabilir ve için daha yüksek enerji değerlerine sahip atıkları kabul edebilirler.  (NIRAS, 2017)• Atıkların varil ve diğer ambalajların öğütücüden geçirilirse daha tutarlı bir atık içeriği ve akabinde yanma süreci oluşturulmuş olur. (NIRAS, 2017)• Besleme dengeleme sistemi (örn. ezme özelliğine sahip ve fırına sabit miktarda katı atık besleyen helezon konveyör) atığın fırına sürekli ve kontrollü bir şekilde beslenmesine ve akabinde uniform yanma koşullarının muhafaza edilmesine katkı sağlayacaktır. (NIRAS, 2017)• Akışkan yataklı fırınlar arıtma çamurunun termal yöntemlerle bertaraf edilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. (NIRAS, 2017)• Sirkülasyonlu akışkan yataklı fırınlar, kabarcıklı akışkan yataklı fırınlara göre daha fazla yakıt esnekliği sağlar. Ancak yatak malzemesinin tutulması için siklona ihtiyaç duyarlar. (NIRAS, 2017)• Kabarcıklı akışkan yataklı fırınlarda tıkanmanın önlenmesi için gerekli özen gösterilmelidir. (NIRAS, 2017)• Prosesten kazanılan ısı, çamurun kurutulması için kullanılarak ek yakıt ihtiyacı azaltılabilir. (NIRAS, 2017)• Arıtma çamurunun, evsel atık yakma fırınlarında katı atıklarla beraber işlem görmesi için besleme teknolojileri önem arz etmektedir. Bazı teknikler: Kurutulmuş çamurun toz olarak basılması; çamurun ızgara üstüne püskürtülmesi; çamurun evsel atıklarla karıştırılıp birlikte beslenmesi. (NIRAS, 2017)• Tıbbi atıklar sızdırmaz ve darbelere dayanıklı kapalı konteynerlerde kabul edilmeli ve saklanmalıdır.  (NIRAS, 2017)• Izgaralı sistemler kullanıldığında, birincil hava kaynağı, ızgaranın soğutulması işlevinden ziyade yanma işlemini kontrol edilebilmek için yeterli kapasitede tasarlanmalıdır. Hava soğutmalı ızgaralar net kalorifik değeri 18 MJ/kg’a kadar olan atıklar için uygundur. Daha yüksek kalorifik değere sahip atıklar için su soğutmalı sistemler tercih edilmelidir. Aksi halde ızgaranın soğutulması için, yanma reaksiyonunun kontrol edilmesi için gereken optimum hava miktarının çok üzerinde birincil hava basılması gerekecektir. (NIRAS, 2017)• Atıkların taşınırken karıştırılması amacıyla döner fırınlar tercih edilebilir. Atığın net kalorifik değeri 15-17 GJ/ton’dan yüksekse veya belirli tür atıkların bertaraf edilmesi için fırın 1100 0 C’nin üzerindeki sıcaklıklarda çalıştırılıyorsa, su soğutmalı döner fırınların kullanılması uygundur. (NIRAS, 2017)• Tıbbi atıklar, bazı uyarlamaların akabinde evsel atık bertaraf edilen ızgara fırınlarda yakılabilir. Enfeksiyöz tıbbi atıklar, sterilize edildikten sonra kapalı konteyner içinde otomatik besleme sistemi kullanılarak evsel atık yakma tesisinde bertaraf edilebilir. Cıva içeren tıbbi atıkların, diğer atıklarla karışması engellenmelidir. (NIRAS, 2017)Atıktan enerji üretim tesisleri, aynı cep telefonlarında da olduğu gibi, sürekli olarak iyileştirme çalışmalarının ve yeniliklerin gerçekleştiği uzun bir geçmişe sahiptir. Dolayısıyla bu teknoloji, geleceğin ihtiyaç ve koşullarına da karşılık verebilecek düzeydedir. (Eswet,2013)Evsel atık yakma sistemlerinin sürdürülebilir bir şekilde hayata geçirilebilmesi için; İyi planlanmış ve oturmuş bir entegre atık yönetim sisteminin varlığı gereklidir.(Aynur, 2011)Atıkların iyi işletilen düzenli depolama tesislerinde depolanmakta olması ve depolama sahasının yanma sonucu oluşan atıkların depolanmasına imkan sağlaması gerekmektedir. Yanabilir özellikte asgari 50.000 t/yıl miktarında kentsel atığın sürekli temin garantisi olmalı ve gelen atığın miktarındaki değişimin haftalık %20‟yi aşmaması gerekmektedir (The World Bank,1999;Aynur, 2011). Yakılacak atığın ortalama ısıl değerinin asgari 1.600 kcal/kg civarında olması ve hiçbir şekilde 1.400 kcal/kg altına düşmemesi gereklidir.Halkın, yakma dolayısı ile artacak atık bertaraf tariflerini ödeme kapasite ve isteğinin varlığı olmalıdır.Yakma tesisleri orta veya ağır sanayi bölgelerine kurulmalı ve kalifiye personeller tarafından işletilmelidir. Evsel atık yakma tesislerinde atık gaz; gaz temizleme sistemine geçmeden önce 200 C kada soğutulabilmesi ve gaz temizleme sisteminin en az 2 basamaklı ESP içermesi gereklidir. Atık gazın çıktığı bacanın bölgedeki en yüksek bina ile arasında 1 km ya da 70 m bulunması gereklidir (The World Bank,1999; Aynur, 2011).·       Havaya ve suya salınan genel proses emisyonları (koku da dahil olmak üzere) (İdari özet, 2005)·        Atığın kapsamlı şekilde ön işlemden geçmesi (örneğin atık kaynaklı yakıtların hazırlanması) (İdari özet, 2005)Modern emisyon standartlarının uygulanması ve yürürlüğe konması ile çağdaş kirlilik kontrol teknolojilerinin kullanımı havaya salınan emisyon seviyesini o kadar düşürmüştür ki bu seviyede artık atık yakımı kaynaklı kirlilik riskleri oldukça düşük olarak düşünülmektedir. Bu tür teknolojilerin havaya salınan emisyonları kontrol etmek amacıyla sürekli olarak ve etkin bir şekilde kullanımı çevreye ilişkin temel bir konuyu temsil etmektedir.(İdari özet, 2005)Birçok atık yakma işletmesinin, aksi takdirde kirletici özelliğe sahip olması muhtemel olan yönetilmemiş atıkların etkin bir şekilde arıtılmasını sağlamak konusundaki rolünün dışında, atıktan enerji üretme şeklindeki geri kazanım sürecinde özel bir rolü vardır. Atık yakma işletmeleri (genellikle de belediye atıkları olmak üzere), atığın enerji değerini geri kazanma becerisini artırmak için belirli ilkeleri uyguladığında, çevreye yönelik bu olumlu katkıdan faydalanma düzeyini arttırır. Endüstriye yönelik önemli bir çevresel fırsat da, bu sebeple, enerji tedarikçisi olarak kendi potansiyelini artırmaktır.(İdari özet, 2005)Atık yakma teknolojisinin yüzlerce yıl öncesine dayanan geçmişi bulunmakta olup, şu an Avrupa’da en sık kullanılan gelişmiş atık bertaraf yöntemidir. Dünya genelinde 2000 adet yakma tesisi bulunmaktadır. AB (EU 28) ülkelerinde 400 adet tesis bulunmaktadır ve bu tesisler yılda 72 milyon ton belediye atığı işleme kapasitesine sahiptir. 2002 – 2012 yılları arasında düzenli depolama %18 azalmış, geri dönüşüm %11 ve yakma ise %7 oranında artmıştır. (Waste Management, Waste to Energy, Volume 4, K.Thome-Kozmiensky, S. Thiel, 2014 (syf 49- 50); İstaç,2015)AB’de her yıl 80 milyon tondan fazla evsel atık düzenli depolanmakta ve bu da küresel ısınmaya olumsuz yönde önemli ölçüde etki etmektedir. Minimum düzenli depolamaya örnek olarak gösterilebilecek ülkeler arasında olan Almanya, Belçika, İsveç, Hollanda, Avusturya ve Danimarka %3 veya daha az seviyede düzenli depolamayı tercih etmektedir28 . (Waste Management, Waste to Energy, Volume 4, K.Thome-Kozmiensky, S. Thiel, 2014 (syf 49- 50); İstaç,2015)Avrupada kentsel katı atıkların yakma ile bertarafının yaygın şekilde sağlandığı ülkelerden biri Almanya‟dır. Almanya‟da toplam 59 adet yakma tesisi bulunmaktadır ve toplam atık yakma tesislerinin kapasitesi 257 kton/yıldır (European Commission, 2006.a;Aynur, 2011). Almanya‟da yayınlanan yönetmeliğe göre, 2005 yılından itibaren, tüm belediyeler ve belediye birlikleri, geri kazanılamayan atıkları yakmak zorunda olacaktır. Almanya‟da Neustadt'taki katı atık yakma tesisinin kapasitesi 56 000 t/yıl‟dır. Baca gazı arıtma birimi, hiç atıksu üretmeden çalışmaktadır. İlk önce yakma sonucu oluşan ham baca gazı, 220 °C'ye soğutulur, sonra yıkayıda oluşan gazdaki partikül ve su karışımı çamurla birlikte bir doğru akışlı kurulama biriminden geçer. Baca gazındaki çamur, bir santrifüjlü püskürtücü ile kabarcıklara ayrılıp kolaylıkla kurutulur. Kurutma enerjisinin baca gazından alınmasıyla gazın baca gazı çıkış sıcaklığı 160 °C düşer. Baca gazı, daha sonra yüksek verimli siklon ayırıcısına geçer. Siklonlarda, 15 µm'den daha büyük olan partiküller ayıklanır ve daha sonra baca gazı bir yıkayıcıdan geçer. Bu yıkayıcıda sıcaklık 75 °C'ye düşürülür. İkinci bir yıkayıcıda HCl ve HF absorpsiyonu gerçekleştirilmek üzere gaz dolgu kolondan geçer.(Aynur, 2011)SO2 ve aerosol ayırımı için gaz akımı jet yıkayıcısında gerçekleştirilir. Jet yıkayıcısından sonra, baca gazları yine dolgulu bir yıkayıcıdan geçer. Sistemin sonunda baca gazı 60 °C sıcaklıkla 55 m yüksek olan bir baca vasıtasıyla alıcı ortama verilir ( R&R Bilimsel ve Teknik Hizmetler Ltd. Şti & DHV Consultants,2010; Aynur,2011)Fransada 210 adet evsel atık yakma tesisi bulunmaktadır. Bu tesislerin toplam kapasitesi 11748MT/yıl‟dır. Fransa‟da yapılan tesislerden en önemlisi Paris şehrindeki St. Quen bölgesinde bulunan 'çöp santrali'dir. Tesisin kuruluşundaki amaç Pariste üretilen kentsel atığın %30 unu bu tesiste yakılmasını sağlamaktı. Tesis 3 adet her birinin kapasitesi 28t/s olan hareketli ızgaralardan oluşmaktadır. 1990 yılında kurulan tesis 1992 yılında toplam 635153 ton atık bertarafını gerçekleştirmiş ve 1,538,600 ton buhar 19800 MWh elektrik üretmiştir. St. Quen Santrali, son derece modern mimarisi ile göze çarpan iyi bir örnektir ve bitirildiğinde 155 milyon dolara mal olmuştur.(Aynur, 2011)Atıkların, termal bertaraf yöntemleri kullanılarak bertarafı büyük maliyetler gerektirmektedir. Bu da atıkların bertarafı sonrasında ekonomik değeri olan son ürün ve enerji elde etmeye yönelik çalışmaların yapılmasına neden olmuştur. Atıklar bileşenlerine bağlı olarak enerji potansiyeli oldukça yüksek maddelerdir. Dünyada enerji tüketiminin hızla artması buna karşın kaynaklarının hızla tükenmesi; atıkların enerji potansiyellerinin değerlendirilmesi açısından oldukça önemlidir. Dünya genelinde atıktan pek çok sistemle enerji üretimi söz konusudur. Ancak enerji üretiminin %90‟ı yakma ile sağlanmaktadır (Tezcakar, Can, 2010;(Aynur, 2011)Yakma teknolojileri, Çevre Mühendisliği uygulamalarıyla sağlanmaktadır. Çevre mühendisleri, yakma teknolojilerinden kaynaklı sorunları minimuma indirmek ve  enerji kazancının en yüksek seviyede olmasını sağlamak için çalışmalar yapar.