Kentsel organik katı atıkların biyogaz tesislerinde geri kazanımının tersine lojistik sistemiyle tasarımı
Design of organic municipal solid waste reclamation in biogas plants by reverse logistics system
Yazar: ASLI TOPTAŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atık yönetimi = Waste management ; Coğrafi bilgi sistemleri = Geographical information systems ; Ergene havzası = Ergene basin ; Katı atıklar = Solid wastes ; Mekansal analiz = Spatial analysis ; Meriç havzası = Meriç basin ; Tersine lojistik = Reverse logistics ; Tesis yer seçimi = Site selection

Özet:
Katı atıkların yönetimi, Meriç-Ergene Havzası için önemli bir sorundur. Havzada halen yaygın olarak vahşi depolama yapılmaktadır. Yoğun endüstrileşme nedeniyle bölge ağır kirlilik yükü altındadır. Organik atıkların kontrolsüz olarak vahşi depo alanlarına bırakılması, çürüme ile besi maddeleri ve diğer kirleticilerin toprağa, yüzeysel sulara ve yeraltı sularına karışmasına neden olmakta ve doğal kaynakları kullanılamaz hale getirmektedir. Çürümeden kaynaklanan atık gazlar hava kirliliğine neden olmakta, atıklarla beslenen böcek ve diğer zararlılar ile mikroorganizmalar çevre sağlığını tehdit etmektedir. 
Enerji ihtiyacı da önemli bir diğer sorundur. Yaygın olarak kullanılan fosil enerji kaynakları tükenmekte ve alternatif enerji kaynaklarına yönelim her geçen gün önem kazanmaktadır. Bu nedenle atıkların enerji tüketilerek bertarafı yerine kaynak olarak değerlendirilmesi ve enerjiye dönüştürülmesi gereklidir. Organik atıkların havasız ortamda çürütülmesi ile enerji değeri yüksek biyogaz üretilmektedir. Çürütme sonrası elde edilen çamur da ileri işlemlere tabi tutularak toprağa serilebilir ve gübre olarak kullanılabilir. Elde edilen ürünlerden maksimum fayda ve getiri elde edilebilmesi için projelendirme, inşa, taşıma ve toplama maliyetlerinin en aza indirgenmesi gerekmekte, maliyeti düşürmenin yanı sıra bütüncül havza yönetimi ile mevzuat da dikkate alınmalıdır. Coğrafi bilgi sistemleri ile karar verme mekanizmalarının entegrasyonu ve mekansal analizler ile optimizasyon neticesinde maksimum faydaya ulaşmak mümkün olacaktır.    
Bu kapsamda hazırlanan tezde konunun önemi açıklanmıştır. Atıkların toplanması ve geri kazanılması ile ilgili uygulanacak sistemler hakkında bilgiler verilmiştir. Havzadaki iller için mevcut nüfus verileri ile atık üretim ve bileşimi verilmiştir.
Mevcut veriler ile 3 yıllık projelendirme süresi de göz önüne alınarak 20 yıl için gerekli projeksiyonlar kent merkezi, belde, köy ve büyükşehir belediyeleri için mahalle bazında yapılmıştır. Nüfusu 2000'in altında olan yerleşim birimleri için ev tipi kompost sistemlerinin kullanılması düşünülmüştür. Havza sınırları içerisindeki nüfusu 2000'in üzerinde 88 yerleşim birimi bulunmaktadır. Bu birimlerden ayrı toplanacak olan mutfak atıklarının yapılan kabuller ile yerleşim birimi bazında potansiyel biyogaz üretimi ile ısı ve elektrik enerji kapasiteleri hesaplanmıştır. Yerleşim yerlerinin verileri Orman ve Su İşleri Bakanlığı CBS Genelgesine uygun olarak oluşturulan coğrafi veri tabanlarında analize hazır olarak depolanmıştır. Havza genelinde en uygun yerlerin belirlenebilmesi ve potansiyel biyogaz tesis yerlerinin seçilebilmesi için gerekli model puan haritasının oluşturulmasında analitik hiyerarşi prosesi kullanılmıştır. Proses için çevresel, ekonomik ve teknik koşullar belirlenmiş ve uzman görüşleri alınarak her bir kritere puan verilmiştir. Sonuçta elde edilen puanlar raster verilere işlenmiş, matris sonucu bulunan ağırlıklar kullanılarak raster veriler çakıştırılmıştır. Elde edilen nihai harita ve enerji yoğunlukları haritası kullanılarak en uygun 44 potansiyel tesis yeri seçilmiştir. Ardından bu yerler arasında en uygun yer seçimi senaryoları yapılarak seçilen tesis kapasitelerine göre gerekli tesis sayıları 2019, 2029 ve 2039 yılları için belirlenmiştir.  ArcGIS Pro Network Analyst modülü kullanılarak tesisler ve enerji noktaları arasında taşıma mesafesi-taşıma süresi matrisleri oluşturulmuş, Location-Allocation aracı ile her senaryo ve yıl için optimum biyogaz tesis yerleri tespit edilmiş ve her bir enerji noktası en uygun tesise atanmıştır.

Abstract:
Solid waste management is an important problem for Meric-Ergene Basin. Waste dump sites are still widely used in the area. The basin is receiving heavy pollution load due to extensive industrialization. Uncontrolled dumping of organic wastes renders the natural sources unusable, as nutrients and other pollutants leach into the soil, surface and underground water sources by degradation. Waste gases created cause air pollution, and bugs, pests and pathogens living off the waste threaten environmental health.
To decrease these negative effects, it is a must to collect and treat the wastes in waste treatment plants. It is now more valid and acceptable to reclaim the waste as a source, a raw material instead of only getting rid of it, and convert it into energy. Biogas can be produced by degrading the organic wastes anaerobically to produce energy.  Remaining waste after anaerobic digestion can be dewatered and further treated to produce compost. 
In order to benefit and gain the most from the products, design, construction, transportation and collection costs must be minimized, while considering integrated watershed management and legislations. Optimization through the integration of geographical information systems and decision mechanisms, and further spatial analysis is the key to reach the maximum benefit.
In this thesis, the importance of the subject is explained in detail.  Information is given about the systems to be used for collecting and reclaiming the waste. Populations of the provinces, waste generation per person and waste characterization fractions are included.
Projections needed are done for 20 years (plus 3 years for design and implementation) using the available data for city centers, towns, villages and (for metropolitans) districts. Home-type composting systems are chosen to be used in settlements with fewer than 2000 population. There are 88 locations with more than 2000 population in Meric-Ergene Basin. Biogas and heat/electricity energy potential of source-separated kitchen waste from these places are calculated according to the Solid Waste Master Plan for the Area 1C and rational assumptions. Data is stored in the GIS databases, ready to be analyzed, and optimal locations for biogas plants are established by using best location scenarios. To establish the relative weights of the criteria for the best locations, analytical hierachy process is used. All data layers are processed for further analysis according to above criteria and overlaid with weights given by AHP standardized matrix. 44 potential plant sites with highest points are selected by using the resulting score map layer and energy density layers. Finally, optimum biogas plant locations are found for three different scenarios for years 2019, 2029, and 2039. Moreover, by using ArcGIS Pro Network Analyst extension, distances and travel times between the alternate plant locations and waste collection points are determined, best plant sites are chosen for each year and scenario by Location-Allocation module, and every energy source is allocated to the best plant.