İstanbul'un Avrupa yakasında oluşan katı atıkların demiryoluyla taşınması üzerine bir araştırma
A research on rail transportation of solid wastes in the European side of Istanbul
Yazar: FİRDEVS EMİNE SEZER
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM DEMİR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Entegre katı atık = Integrated solid waste

Özet:
Kent nüfusunun artmasıyla atık üretimindeki aşırı artış çevre kirliliğine sebep olmaktadır. Sürdürülebilir kalkınma için etkili atık yönetiminin sağlanması gereklidir. Katı atıkların kaynağında azaltımı, geri kazanım, tekrar kullanım, kompostlaştırma, yakma ve düzenli depolama gibi katı atık yönetimi uygulamalarıyla katı atıkların insan ve çevre üzerinde zararlı etkisi azaltılarak, hammadde ve enerji ihtiyacı karşılanmaktadır. 
Atıkların taşınması, yerleşim yeri veya endüstriyel bölgeden toplanan atıkların atık toplama araçlarıyla doğrudan veya aktarmalı olarak büyük kapasiteli taşıma araçları ile atık bertaraf tesisine taşınmasıdır.
Bu tez çalışmasının amacı İstanbul'un Avrupa yakasında oluşan kentsel atıkların, daha ekonomik ve çevreci bir ulaştırma yöntemi olan demiryolunu kullanarak taşınmasını incelemektir. Demiryolu kullanılarak mevcutta kullanılan karayolu ile taşımaya göre yakıt maliyetini ve toplam maliyeti düşürmesi amaçlanmıştır.
Atıkların karayoluyla taşınmasında kamyonlar, sıkıştırmalı kamyonlar, silolar, treyler ve semi treyler kullanılır. Atıkların demiryoluyla taşınmasında lokomotifler, konteynerlar, açık ve kapalı yük vagonları kullanılır. Atıkları demiryoluyla taşıma Birleşik Krallık, Amerika Birleşik Devletleri, Avustralya ve İsviçre gibi birçok ülkede uygulanmaktadır. İç sularda ve denizlerde mavnalar kullanılarak atıklar taşınır. Okyanuslarda okyanus gemileri ve sahil gemileri kullanılarak atıklar taşınır. Atık taşıma sistemleri çevresel sürdürülebilirlik açısından karşılaştırıldığında sera gazı emisyonları dikkate alınır. Atık taşımadan kaynaklanan sera gazı emisyonu miktarını etkileyen etkenler taşıma aracının kapasitesi, yakıt tüketimi, taşıma mesafesi ve atık yüküdür. Taşınan atığın yoğunluğu ve sıkıştırılabilmesi atık taşıma kaynaklı sera gazı emisyonunu etkileyen diğer bir faktördür. Trenler ve gemiler kullanılarak atıklar taşındığında salınan sera gazı emisyonu daha düşük olur. Hava kirliliğinde azalmaya ek olarak gürültü kirliğinde azalma görülür. Atık taşıma sistemleri dış maliyetler (kirlilik, kaza riski, arsa ihtiyacı, su tüketimi) açısından karşılaştırıldığında en yüksek maliyetli karayolu iken suyolu en düşük maliyetlidir. Enerji verimliliği açısından karşılaştırıldığında demiryolu ve iç suyolunun, karayolundan daha enerji verimli olduğu görülmüştür. Kaza riski açısından karşılaştırıldığında en yüksek kaza riski karayoluyla, en düşük kaza riski suyoluyla taşımadadır.
Katı atıkların taşınması aktarmalı veya aktarmasız olarak gerçekleştirilir. Aktarmasız taşımada taşıma toplama araçlarıyla yapılmaktadır. Aktarmalı taşımada atıkların bertaraf tesislerine taşınma maliyetini azaltmak için aktarma istasyonu kullanılır. Aktarma istasyonlarında atıklar toplama araçlarından kapasitesi daha büyük taşıma araçlarına aktarılır. Ülkemizde hâlihazırda büyükşehirlerde ve birlik yapılanması olan yerlerde aktarma istasyonu ve karayolu ile taşıma yapılmaktadır. İstanbul'un Avrupa Yakasında atıkların hacimlerini azaltmak için 22 ton kapasiteli rotopresslere (döner silo) aktarılmakta ve rotopresslerle Seymen Düzenli Depolama Tesisi'ne taşınmaktadır. 
Bu çalışmada atıkların Halkalı-Edirne demiryolu hattı ile Seymen Düzenli Depolama Tesisi'ne taşınması alternatifleri incelenmiştir. Halkalı tren istasyonu yakınına katı atıklar için Halkalı demiryolu aktarma istasyonu kurulması önerilmiştir. Baruthane, Halkalı ve Yenibosna aktarma istasyonlarına gelen atıkların karayolu ile Halkalı demiryolu aktarma istasyonuna taşınmaktadır. Halkalı demiryolu aktarma istasyonundan demiryoluyla Seymen Düzenli Depolama Tesisi'ne taşınmaktadır. Silivri aktarma istasyonuna gelen atıklar yakın olduğu için doğrudan karayoluyla Seymen Düzenli Depolama tesisine taşınmaya devam edecektir. Demiryoluyla taşımada kullanılan araç tiplerine ve ön işlem yapılmasına bağlı olarak senaryolar oluşturulmuştur. Senaryo 1'de atıklara ön işlem yapılmamıştır. Senaryo 2'de aktarma istasyonlarında atıklara ön işlemden yapıldıktan sonra Halkalı demiryolu aktarma istasyonuna taşınmaktadır. 2019 yılında oluşan atık miktarına %13 emniyet payı ilave edilmiş atık miktarına göre hesaplamalar yapılmıştır. Güzergâhta bir seferde dizel lokomotif ile 800 ton, elektrikli lokomotif ile 1.300 ton atık taşınabilmektedir. Bir günde oluşan atık miktarını taşıyabilmek için gerekli sefer sayıları belirlenmiştir. Gerekli katar ve vagon sayısı belirlenirken bir katarın bir günde 6 sefer ve 9 sefer yapması esas alınmıştır. Senaryolarda mevcut atık taşıma araçlarından azami ölçüde yararlanmak için Halkalı demiryolu aktarma istasyonuna gelen rotopresslerin çekicilerle birlikte, çekicisiz olarak ve sadece kasa kısmının platform vagonlara yüklenerek taşınma durumları incelenmiştir. Diğer senaryolarda Halkalı demiryolu aktarma istasyonuna gelen atıkların tahıl vagonuna, H tipi vagona ve özel tasarım vagona yüklenerek taşınması incelenmiştir.
Seymen Düzenli Depolama Tesisi'ne taşınan atıkların depolama sahası içinde damperli kamyon ve maden kamyonu ile taşınması incelenmiştir. Damperli kamyonun yükleme hacmi 30 m3 ve 50 m3 iken maden kamyonunun yükleme hacmi 100 m3 olarak esas alınmıştır. Kamyonların Seymen DDT içerisinde atıkları boşaltması için gerekli kamyon sayısı bulunmuştur.
Atıkları demiryoluyla taşımanın maliyeti belirlenmiştir. Yakıt maliyeti, araç maliyeti, personel maliyeti, aktarma istasyonu maliyeti ve demiryolu yapım maliyeti hesaplanmıştır. Çalışma içerisinde tüm maliyet hesaplamalarında basit amortisman yöntemi kullanılarak yıllık maliyet hesaplanmıştır. Yakıt maliyeti TL ve USD para birimi üzerinden hesaplanmıştır. Dizel lokomotif ile 800 ton kapasitede atık taşımada yakıt tüketimi 9,5 L/km iken, elektrikli lokomotif ile 1.300 ton kapasitede atık taşımada yakıt tüketimi 38kWh/km'dir. 1 L motorin ile 10,7 kWh elektrik üretilmektedir. Senaryolar motorin tüketimi açısından karşılaştırılmıştır. En az yakıt tüketimi Senaryo 1.3'de elektrikli lokomotifle 1.300 tonluk katarda sadece rotopres kasalarının Sggmrs tipi vagonla taşınılması alternatifinde olmaktadır.  Bu alternatifte senelik yakıt tüketimi 3.936.521 L olmaktadır. Karayolu ile taşımaya göre yaklaşık 2,7 katı daha az yakıt tüketilmektedir. Önerilen senaryolarda en yüksek yıllık yakıt maliyeti Senaryo 1.1'de rotopresslerin Sggmrs tipi vagonla dizel lokomotifle taşınmasında 119.739.538 TL/yıldır. En düşük yıllık yakıt maliyeti Senaryo 1.3'de rotopress kasalarının Sggmrs tipi platform vagonla elektrikli lokomotifle taşınmasında 25.587.385 TL/yıldır. Mevcut atık taşıma sisteminde yıllık yakıt maliyeti 34.704.972 TL/yıl'dır. Atıkların demiryoluyla taşınmasında yıllık yakıt maliyetinin mevcut sisteme göre önemli oranda düşük olduğu görülmüştür. Ton başına düşen yakıt maliyeti en yüksek Senaryo 1.1'de rotopresslerin Sggmrs tipi platform vagonla dizel lokomotifle taşınmasında 39,52 TL/ton iken, en düşük Senaryo 1.3'te rotopress kasalarının Sggmrs tipi platform vagonla elektrikli lokomotifle taşınmasında 8,45 TL/ton'dur. USD para birimi cinsinden ton başına düşen yakıt maliyeti en yüksek Senaryo 1.1'de rotopresslerin Sggmrs tipi platform vagonla dizel lokomotifle taşınmasında 6,69 USD/ton iken, en düşük Senaryo 1.3'te rotopress kasalarının Sggmrs tipi platform vagonla elektrikli lokomotifle taşınmasında 1,43 USD/ton'dur. Senaryolar maliyet açısından karşılaştırıldığında Senaryo 1.1 en yüksek maliyete sahip iken, Senaryo 1.3 en düşük maliyete sahiptir. Senaryolarda yıllık toplam maliyet en yüksek Senaryo 1.1'de rotopresslerin platform vagonda taşınmasında 221.414.696 TL/yıl iken, en düşük Senaryo 2.3'de rotopress kasalarının platform vagonda taşınmasında 68.724.629 TL/yıl'dır. Atıkları demiryoluyla taşımanın en yüksek birim maliyeti Senaryo 1.1'de rotopresslerin dizel lokomotifle taşınmasında 73,09 TL/ton'dur. En düşük birim maliyet Senaryo 1.3'te rotopress kasalarının elektrikli lokomotif ile uygulanmasında 22,69 TL/ton'dur. Mevcut atık taşıma sisteminde atık taşıma maliyeti 54 TL/ton olduğu belirlenmiştir. Mevcut atık taşıma maliyeti ile demiryolu ile taşıma maliyeti karşılaştırıldığında, emiryolu ile atık taşımanın ton başına düşen birim maliyeti yarı oranda düşürebilme avantajına sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca yakıt maliyeti en düşük olan Senaryo 1.3'ün rotopress kasalarının elektrikli lokomotifle taşınması en düşük maliyetli ikinci senaryodur. 
Demiryolu ile taşımanın hızlı ve ekonomik olması için aktarma istasyonları, taşıma araçları, vagonlar, demiryolu ve atık bertaraf tesisi için öneriler yapılmıştır. Bu çalışmada senaryolar TCDD'nin mevcut vagonlar ve platform vagonların üzerine yapılacak özel kasa için yapılmıştır.  Bu vagonların dara ağırlığı oldukça yüksektir.  Atıkların taşınması için özel vagon tasarlanması halinde bir katarda taşınacak atık miktarı daha fazla olacağı düşünülmektedir. Mevcut vagonlarda çöp sızıntı suyunun akmaması, atığın kolay doldurulması ve boşaltılması, çekici ve dorse, dorse veya kasaların yüklenip-indirilmesi için tadilat yapması zorunludur.  Rotopress dorselerini taşımak için mevcut platform vagonlarının uzunlukları uygun hale getirilebilir.  Böylece taşınan vagonun kendi ağırlığı azaltılarak taşınan atık yükü arttırılabilir. Güzergâhta tek hat işletmeciliği yapılmaktadır.  Bunun için atık taşıyan katarların sefer zamanlarının titizlikle belirlenmelidir, gerekli vagon sayısında artış olabilir. Halkalı tren istasyonuna atıkların karayolu araçlarından vagonlara yükleneceği veya boşaltılabileceği bir katı atık aktarma istasyonu yapılmalıdır. Halkalı aktarma istasyonu Halkalı demiryolu aktarma istasyonuna 4,3 km mesafededir. İBB'nin yeni aktarma istasyonları yapmakla ilgili çalışmaları mevcuttur. Bu çalışmalarda Halkalı aktarma istasyonunun gerekliliği incelenmelidir.  Halkalı atık aktarma istasyonuna gelen toplama araçları doğrudan Halkalı demiryolu aktarma istasyonuna gelebilir. Seymen Düzenli Depolama Tesisi'ne Sinekli istasyonundan yaklaşık 3 km uzunluğunda bir demiryolu hattı yapılmalıdır.  Atık getiren vagonlardan araçlar veya atıklar aktarma (boşaltma) istasyonunda doğrudan tesise inmeli veya boşaltılmalıdır. Atıklar saha içinde konveyörle, doğrudan veya dolaylı taşıtlara yüklenerek taşınabilir. Atıkların Seymen DDT'nde bertarafının devam etmesi halinde demiryoluyla taşıma ekonomik ve çevresel etkiler açısından zorunluluktur.

Abstract:
With the increase of the urban population, the severe increase in waste production causes environmental pollution. Efficient waste management is essential for sustainable environment. Solid waste management practices such as reduction of solid wastes at source, recovery, reuse, composting, incineration and landfill are minimized the harmful effects of solid wastes on human and environment. Moreover energy and raw materials are provided.
The transportation of wastes is occured that transfer of wastes collected from the residental or industrial area to waste disposal facilities by large capacity vehicles.
The aim of this thesis is to investigate the transportation of Istanbul European Side urban wastes by rail what more economical and greener mode of transportation. Rail transportation reduce the cost and traffic of the currently used waste transfer system.
Trucks, silos, trailers and semi-trailers are used for waste transfer on the road. Trains, heavy locomotives, open and closed rail cars are used for waste transfer by rail. Waste is transported by rail in many countries such as the United Kingdom, the United States, Australia and Switzerland. Barges are used for waste transfer in inland waters. Ocean ships and coasters are used for waste transfer in oceans. Greenhouse gas emissions are considered in terms of environmental sustainability of transport systems. Factors affecting the greenhouse gas emissions are the capacity of the transport vehicle, fuel consumption, distance and waste load. The density and compactibility of waste is another factor affecting greenhouse gas emissions from waste transport. Train and ship transportation have lower greenhouse gas emissions. Waste transportation systems are compared in terms of external costs (pollution, accident risk, land need, water consumption) road is the highest cost and waterway has the lowest cost. In terms of energy efficiency, rail and waterway are more energy efficient than road. When compared in terms of accident risk, the highest accident risk is on the road and the lowest accident risk is on the waterway.
Transfer station is used to reduce the cost of waste transfer. Wastes are transferred to larger vehicles at transfer stations. On the European side of Istanbul, waste is transferred to rotopressers with a capacity of 20 tons at transfer stations with vertically placed pressure systems. Rotopresses are transported by road to Seymen Landfill Facility.
Box car, gondola type open car, flat car, hopper car and intermodal container are used for the waste transfer by rail. Intermodal containers are transported by loading 1-2 pieces according to their size on flat car. Cargo Domino system, ACTS system, Modalohr system, crane and forklift are used to transfer intermodal containers to rail cars or other vehicles. Cargo Domino system provides both horizontal and vertical movement with hydraulic ram. In the ACTS system, horizontal transfer is provided with the hydraulic lifting system that is present in the trucks. The working principle is based on a rotatable system mounted on a special flat car. In the Modalohr system, road vehicles can be transported directly by rail. A lower deck articulated wagon is used to transport standard wheeled road vehicles. Crane and forklift are used in many facilities for transferring containers. Intermodal containers are available in closed and open types. In a closed container, the output of the odor from waste is prevented. In a closed container, wastes can be compressed to reduce volume. It provides safer transportation than open container. The economic life of the open container is longer than the closed container. Waste carrying capacity of open container is higher than closed container.
The cost of waste transfer by rail includes the cost of a transfer station, rail cars, containers, land supply, locomotive and locomotive maintenance cost, fuel and staff costs, and railway construction costs. Transfer station investment cost includes, provision of land, construction of road, retaining wall and leachate drainage channel, construction of operation building, weighbridge, mechanical equipment and transfer vehicles. Operation-maintenance costs in transfer stations are composed of the operation-maintenance costs of buildings, maintenance costs of weighbridge and other equipment, staff costs, electricity and water costs.
In this thesis study, alternatives of waste transfer on Halkalı-Edirne railway line were examined. It is proposed that build Halkalı rail waste transfer station near the Halkalı Rail Station. Wastes from Baruthane, Halkalı and Yenibosna transfer stations are transferred to the Halkalı rail transfer station. Wastes are transferred by rail from Halkalı rail transfer station to Seymen Landfill Facility.  Wastes from Silivri transfer station are directly transferred by road to Seymen Landfill Facility.  Scenarios are created depending on the types of vehicles used in rail transfer and pre-treatment. In Scenario 1, wastes are unprocessed. In Scenario 2, the waste is transferred to the Halkalı rail transfer station after pre-treatment at the transfer stations. Calculations are made according to the amount of waste produced in 2019 that added 13% safety margin. In this rail route, 800 ton waste can transfer in one trip with diesel locomotive, 1.300 ton waste can transfer in one trip with electric locomotive. The number of trips to carry the amount of waste generated in one day is determined.  The required number of wagons and train is determined. It was based that a train can 6 trips and 9 trips a day. In the scenarios, it is examined that rotopresses coming to Halkalı rail transfer station, with tractors, without tractors and only the body are loaded onto flat car. In other scenarios, wastes are loaded into hopper car, H type railcar and specially designed car in Halkalı rail transfer station.
Wastes are moved by dumper trucks and mining trucks in the Seymen Landfill Facility. Dumper trucks have 30 m3 and 50 m3 volume capacity. Mining truck loading volume is based on 100 m3 The number of trucks required for unloading of waste in the Seymen Landfill Facility is calculated. 
The cost of waste transfer by rail was determined. Fuel cost, vehicle cost, staff cost, transfer station cost and railway construction cost are calculated. Annual cost was calculated by using simple depreciation method in all cost calculations in the study. Fuel cost is calculated as TL and USD. The comparison of the transportation of wastes by road and rail was made according to fuel consumption. Fuel consumption is 9,5 L/km at waste transfer by diesel locomotive, and is 38kWh/km at waste transfer by electric locomotive. 1 L diesel fuel is used for 10,7 kWh electric generation. Scenarios are compared in terms of diesel fuel consumption. Minimum fuel consumption is found 3.936.521 L/year that Scenario 1.1, that waste is transfferred by rotopress body is loaded on Sggmrs type flat car at 1.300 tons capacity with electric locomotive. In this alternative, approximately 2,7 times less fuel is consumed than waste transfer by road.The highest annual fuel cost is found 119.739.538 TL/year that the use of rotopress on Sggmrs type flatcar with diesel locomotive in Scenario 1.1. The lowest annual fuel cost is found 25.587.385 TL/year that the use of rotopress body on Sggmrs flatcar with electric locomotive in Scenario 1.3. In the current waste transfer system, the annual fuel cost is found 34.704.972 TL/year. It has been observed that the annual fuel cost of waste transfer by rail is significantly lower than waste transfer by road. The highest fuel consumption per ton is found 39,52 TL/ton that that the use of rotopresses on Sggmrs type flatcar with diesel locomotive in Scenario 1.1. The lowest fuel consumption per ton is found 8,45 TL/ton that the use of rotopress body on Sggmrs type flatcar electric locomotive in Scenario 1.3. The highest fuel cost per ton in USD currency is found 6,69 USD/ton that the use of rotopress on Sggmrs type flatcar with diesel locomotive in Scenario 1.1. The lowest fuel cost per ton is found 1,43 USD/ton that the use of rotopress body on Sggmrs type flatcar electric locomotive in Scenario 1.3. In scenarios, the highest annual cost is found 221.414.696 TL/year that use of rotopress on flatcar with diesel locomotive in Scenario 1.1. The lowest annual cost is found 68.724.629 TL/year that the use of rotopress body on flatcar with electric locomotive in Scenario 2.3. The highest unit cost of waste transfer by rail is 73,09 TL/ton that the use of rotopress with diesel locomotive in Scenario 1.1. The lowest unit cost is found 22,69 TL/ton that the use of rotopress body with electric locomotive in Scenario 1.3. The waste transfer cost in the existing system is determined to be 54 TL/ton. When the existing waste transfer by road cost and waste transfer by rail cost are compared, it is seen that the rail transfer has the advantage of reducing the unit cost per ton by half. In addition, Scenario 1.3 that has lowest fuel cost, has the second lowest unit cost.
Recommendations have been made for transfer stations, transportation vehicles, wagons, railway and waste disposal facilities in order to provide fast and economical waste transfer by rail. In this study, scenarios have been examined for TCDD 's existing wagons, flat cars and special design wagon. The tare weight of wagons is very high. It is considered that the amount of waste to be transported in a train will be higher if a special wagon is designed for the waste transfer. Modifications in existing wagons are required because of loading and reloading of waste and trailer. Waste leachate flow should be prevented. The length of the existing platform wagons can be adapted to transfer the Rotopress trailers. Thus, the weight of transferred waste can be increased by reducing the weight of wagon. Single line operation is carried out on the rail route. For this reason, it is necessary to determine the timing of the waste transfer trains carefully, there may be an increase in the number of wagons required. A solid waste transfer station should be built where near The Halkalı train station that waste can be loaded and unloaded from road vehicles to wagons. The Halkalı transfer station is 4.3 km from the Halkalı rail transfer station. İstanbul Metropolitan Municipality has works to build new waste transfer stations. In these studies, the necessity of Halkalı transfer station should be examined. The collection vehicles arriving at the Halkalı waste transfer station can come directly to the Halkalı rail transfer station. Seymen Landfill Facility should be attached Sinekli train station with a railway line of approximately 3 km length. At the Seymen Landfill Facility, waste unloading station should be made for reloading of waste. Vehicles or wastes from wagons must be descended or reloaded directly to the landfill facility at the unloading station. Wastes can be moved in the landfill by conveyor, directly or indirectly loading to vehicles. Waste transfer to Seymen landill facility by rail is a necessity in terms of economic and environmental impacts.