Bir desalinasyon tesisinde çevresel etkiler
Environmental impacts of a desalination plant
Yazar: AYLİN HOCAOĞLU
Danışman: PROF. DR. FATMA FATOŞ BABUNA ; ÖĞR. GÖR. NİLAY ELGİNÖZ KANAT
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Dünya'da birçok bölge su sıkıntısı çekmektedir. Nüfusun hızlı bir şekilde büyümesi,
kişi başına düşen tüketiminin artması ve kentsel büyüme ile birlikte yaşam, sanayi ve
tarım alanlarında duyulan su ihtiyacı artmıştır. Bu ihtiyacı karşılamak için 
desalinasyon tesislerinin kurulması 20. yüzyılın ortasında başlamıştır.
Dünya sağlık örgütünün istatistiklerine göre bilinen bütün hastalıkların %80'i su ile 
bağlantılıdır. Dünyada1 milyondan fazla kişi içme suyu sıkıntısı çekmektedir. 
Dünyadaki toplam su miktarının aynı kalmasına rağmen içme suyu kaynakları giderek 
azalmaktadır. Bu sebepten dolayı insanlar içme suyu elde etmek için alternatif su 
kaynakları olarak okyanuslar ve denizleri kullanmaktadır. Deniz suyu tuzdan 
arındırılıp içme suyu standartlarına getirilerek bir çok kişinin su problemine çözüm 
sağlanabilir.
Bu tez çalışmasının amacı deniz suyundan içme suyu elde eden bir paket arıtma 
tesisinin kurulum ve işletme aşamalarında meydana gelen çevresel etkilerin 
değerlendirilmesidir. Fonksiyonel birim 1 m3'lük arıtılmış sudur. Bu sırada kullanılan 
deniz suyu, kimyasallar ve elektrik enerjisi tüketimi hesaplamaları yapılmış ve Yaşam 
Döngüsü Değerlendirmesi (YDD) ile desalinasyon tesisinin çevresel etkileri göz 
önünde hesaplanmıştır.
İncelenen sistem tesisin kurulum ve işletme ile bakım aşamalarından oluşmaktadır. 
Kurulum aşaması, tesis üretiminde kullanılacak malzemelerin Dilovası'nda yer alan
üretim tesisine taşınması ve Dilovası'nda tesis ön kurulumu daha sonra ön kurulumu 
tamamlanan tesisin Kazakistan'a taşınıp oradaki ana kurulumundan oluşmaktadır.
Tesisin 40 yıl boyunca Kazakistan'da işletileceği varsayılmıştır. Kurulum aşamasında 
gerekli olan malzemelerin üretimi, tesise taşınması ve tesis inşaa edilirken kullanılan 
enerji miktarı sistem sınırlarına dahil edilmiştir. Tesisin ön kurulumu Dilovası/Kocaeli 
tesisinde yapılırken Türkiye şebeke elektriği kullanılmıştır, Kazakistan'daki ana
kurulumu ve işletmesi sırasında Kazakistan şebeke elektriği kullanılmıştır. Sistemden
çıkan çelik hurdaların miktarı çok az olduğundan dolayı modellemede ihmal 
edilmiştir.
İşletme ve bakım aşamasındaki desalinasyon tesisi üniteleri: statik mikser, multimedya 
filtre, kartuş filtre, ters ozmoz sistemi, dolamit filtre, ultraviyole ve klorlamadır. 
Tesiste kullanılan kimyasalların üretimi ve tesise taşınması sisteme dahil edilmiştir.
Ayrıca ömrünü tamamlayan değişimi gerekli olan filtre, membran, UV lambalarının 
tedariğinin sağlanması ve düzenli depolama sahasına taşınması da sisteme dahil 
edilmiştir. Arıtmanın başında olan giriş suyu pompa binasının inşaası ve pompalar 
sistemi kuruluma ve işletim aşmasına dahil edilmemiştir. Desalinasyon tesisinde ters 
ozmoz ünitesi çevresel etkisi en fazla olan ünitedir.
Bu çalışmanın sonuçlarını elde edebilmek için GaBi 7.3 yazılımı kullanılmış olup, 
sistemin kapsadıkları; deniz suyu, tesisin kurulumu için gerekli olan malzemelerin üretimi, kimyasal maddelerin üretimi ve bu maddelerin tesise getirilmesi sürecinde 
oluşan çevresel etkiler, tesisin inşaası, devreye alınması, işletmesi sırasında harcanan 
elektrik ve kimyasal tüketimini içermektedir. İçme suyu, tuzlu su ve sistemdeki diğer 
atıklar sistemin çıktılarıdır.
Çalışmada Abiyotik Tükenme Potansiyeli Elementler (ATP elementler), Abiyotik 
tükenme potansiyeli fosil(ATP fosil), Asidifikasyon potansiyeli(AP), Ötrofikasyon 
Potansiyeli(ÖP), Küresel Isınma Potansiyeli (KIP), İnsan Toksisite Potansiyeli(İTP), 
Karasal Ekotoksisite Potansiyeli (KEP), Tatlı Su Ekotoksisite Potansiyeli 
(TSEP),Ozon Takabası İncelme Potansiyeli (OTİP) çevresel etki kategorileri 
incelenmiştir.
Kurulum ve işletme bakım aşamasının çevresel etkilerine bakıldığında, ATP 
elementler, ATP fosil, AP, ÖP, TSEP, KIP, İTP, DEP, KEP etki kategorilerine en fazla 
çevresel etki işletme ve bakım aşamasından kaynaklanmaktadır. OTİP etki 
kategorisine ise en fazla çevresel etki kurulum aşamasından kaynaklanmaktadır.
İşletme ve bakım aşaması AP'ye %99, KIP'a %99, ATP fosile %99, ÖP'ye %99, 
DEP'e %98, TSEP'ye %97, ATP elementlere%96, KEP'e %96, İTP'ye %95 oranında
etki etmektedir. İşletme ve bakım aşamasının AP üzerinde %99 etkili olmasının 
sebebi, enerji üretiminde havaya verilen kükürt dioksit ve nitrojen oksit emisyonları,
KIP üzerinde %99 etkili olmasının sebebi, enerji üretimindeki havaya verilen CO2
emisyonlarıdır. Aynı aşamanın ATP fosil üzerinde %99 etkili olmasının sebebi, enerji 
kullanımındaki ham petrol, taş kömürü, doğal gaz yenilenemez enerji kaynaklarının 
kullanımı iken, ÖP üzerinde %99 etkili olmasının sebebi, enerji üretiminden 
kaynaklanan nitrojen oksit emisyonlarıdır. Enerji kullanımındaki hidrojen florür 
emisyonları işletme ve bakım aşamasının DEP üzerinde %98 etkili olmasına sebep 
olurken enerji üretimi nedeniyle tatlı suya verilen nikel TSEP üzerinde %97 etkili 
olmasına neden olmaktadır. Antiskalant üretimindeki kükürt ve sodyum klorür işletme 
ve bakım aşamasının ATP elementlerine etkisinin yüksek olma sebebidir. Aynı 
aşamanın KEP üzerinde %96 etkili olmasının nedeni, enerji üretimi sırasında ortaya 
çıkan civa ve vanadyum emisyonlarıdır. İTP üzerindeki %95 etkinin sebebi enerji
üretiminden kaynaklanan arsenik(+V), selenyum ve nikeldir. Kurulum aşamasında ise 
yapı malzemeleri, özellikle çelik üretimi OTİP'e %98 oranında etki etmektedir. Çelik 
üretiminde hayava verilen R114 (dilorotetrafloroetan ve R11 (trikloroflorometan) 
OTİP etkisinin yüksek olma sebebidir. 
İşletme ve bakım aşamasında en büyük etkinin enerji kaynaklı olduğu tespit edilmiş 
olup güneş enerjisi ya da rüzgar enerjisi kullanıldığında çevre etki değerlerlerinin daha 
düşük olduğu gözlemlenmiştir. İşletme ve bakım aşamasında rüzgar enerjisi 
kullanıldığında ATP elementlerinde %11 artış gözlemlenirken, ATP fosilde %69 
azalma, AP'de %73, ÖP'de %70, TSEP %70, KIP %71, İTP %69, DEP %65, OTİP 
%13, KEP %66 oranında azalma görülmektedir. Güneş enerjisi kullanıldığında ise
ATP elementlerinde %149 artış gözlemlenirken, AT fosilde %88, AP'de %92, ÖP'de 
%87, TSEP'de %73, KIP'de %34, İTP'de %31, DEP'de %44 OTİP'de %79, KEP'de 
%56 azalma görülmüştür.
Tesisin taşımacılığı karayolu değil de demir yolu ve deniz yoluyla yapılırsa yine 
çevresel etkilerinATP elementlerinde %86, ATP fosilde %85, AP'de %70, ÖP'de 
%76, TSEP'de %85, KIP'de %85, İTP %79, DEP %85, OTİP %86, KEP %86 daha 
aza indiği görülmektedir.

Abstract:
Many regions in the world suffer from water shortages. With the rapid growth of the 
population and the increase in per capita consumption and urban growth, there is also 
an increase in water demand in living, industrial and agricultural needs. The 
establisment of water desalination process has contributed to many countires attaining 
a better life standard with the increasing water demand in agricultural and industrial 
areas since the middle of the 20th centruy. Many countires have built desalination 
treatment plant to protect the environment.
According to the statistics of the World Health Organiation(WHO), %80 of the all 
known diseases are related to water born diseases and more than 1 million people 
suffer from drinking water shortage. Although the total amount of water in the world 
remains the same amount, drinking water resources are decreasing day by day. 
Because of this reason, people use oceans and seas as alternative water resources. Sea 
water is desalinated and brings to drinking water standards, in this way it provides a 
solution for many people who has water problems.
With this thesis, drinking water obtained from sea water. According to results of plant, 
it is aimed determine the enviromental impacts of the desalination plants to be 
established in future and to find solutions to minimize the enviromental effects.
Meanwhile, the sea water, chemicals and electrical energy consumption used were 
calculated based on the final water production of 1 m3 and environmental impacts 
were taken into consideration with the Life Cycle Assessment. The system consists of 
installation, operation and maintenance. 
The installation consists of 3 part which are producing and transportation of materials 
to Dilovası, transportation of treatment plant to Kazakhstan and installation of 
treatment plant in Kazakhstan. Then, it was assumed that the treatment plant will be 
operated in Kazakhstan for 40 years. The production of the materials required during 
the installation phase, their transportation to the facility and the amount of energy used 
during the installation are included in the system boundaries. The amount of steel 
scraps is very small therefore , it is not included in the system. During installation in 
Dilovası, Turkey electricty was used. Morever, during installation, operation and 
maintanence in Kazakhstan, Kazahstan electricity is used.
During operation and maintenance phase, desalination plant consist of static mixer, 
multimedia filter, cartridge filter, reverse osmosis, dolomite filter, UV and chlorination 
units. Production and transportation of chemicals are included in the system but 
changing of filter, membrane, UVlamps are including as tranportation to the plant and 
to the landfill, not production. The inlet water pump building and pumps, which are at 
the beginning of the treatment, are not included in the installation and operation of the 
system. In the desalination facility, the reverse osmosis unit is the unit with the highest 
environmental impact.GaBi 7.3 software has been used to obtain the results of this study, and includes those 
entering the system, sea water, the contents of the materials required for the installation 
of the facility, the fuel used in the process of using the chemicals in the system and 
bringing them to the facility, and the electricity consumption during the construction, 
commissioning and operation of the facility. Drinking water, salt water and other 
wastes in the system are outputs of the system.
In this study, Abiotic Depletion Potential Elements (ADP-elements), Abiotic 
Depletion Potential Fossil (ADP-fossil), Acidification Potential (AP), Eutrophication 
Potential (EP), Freshwater Aquatic Ecotoxicity Potential (FAETP), Global Warming. 
Potential (GWP), Human Toxicity Potential (HTP), Ozone Depletion Potential (ODP) 
and Terrestrial Ecotoxicity Potential (TETP) are determined as enviromental impact 
categories.
The study has been compared with the results given in the literature.
Considering the environmental impacts of the installation and operation maintenance 
phase, the most environmental impacts on ATP elements, ATP fossil, AP, ÖP, TSEP, 
KIP, ITP, DEP, KEP impact categories arise from the operation and maintenance 
phase. In the OTIP impact category, the most environmental impact arises from the 
installation phase. 99% of AP arises from the operation and maintenance stage. The 
biggest effect comes from usage of energy. Within the usage of energy, inorganic 
emissions to the air, that are nitrogen oxides and sulphur dioxide are the important 
sources. 99% of GWP , arises from the operation and maintenance stage. The biggest 
effect comes from usage of energy . Within the usage of energy, inorganic emission to
the air, that is CO2 is the important sources. 99% of ATP fossil, arises from the 
operation and maintenance stage. The biggest effect comes from usage energy. Within 
the usage of energy, non-renewable energy source consumption, that are crude oil, 
natural gas and hard coal are the important sources. 99% of EP , arises from the 
operation and maintenance stage. The biggest effect comes from usage of energy .
Within the usage of energy, the inorganic emission to the air, that are nitrogen oxides.
98% of MAETP , arises from the operation and maintenance. The biggest effect comes 
from usage of energy.
Within the usage of energy, the inorganic emission to the air, that is hydrogen flouride. 
97% of ratio of FAETP, arises from the operation and maintenance. The biggest effect 
comes from usage of energy . Within the use of energy, the fresh water to the air that 
is nickel. 97% of ATP elemets, arises from the operation and maintenance. The biggest 
effect comes from production of antiscalant. Wihtin the production of antiscalant, the 
non-renewable source that is sodium chloride. %96 of TETP, arises from the operation 
and maintenance. The biggest effect comes from usage of energy .Within the use of 
energy, the heavy metal emission to air that are arsenic(+V), selenium, nickel . On the 
other hand, 98% of ODP, arises from the construction. The biggest effect comes from
production of steel. Within the production of steel, halogenic organic emission to air 
that are R114 and R11 .It has been determined that the biggest impact in the system 
is energy sourced, and it has been observed that the environmental impact values are 
lower when solar energy or wind energy is used. Due to the high energy consumption 
in the system, it is observed that the environmental impact of each category is reduced 
when wind energy is used. In addition, it is seen that the environmental impacts of the 
facility are reduced when the transportation of the facility is carried out by rail and sea, 
not by highway.