Katı atık depo sahalarının geçirimsiz taban sistemlerinden kirletici geçişinin incelenmesi ve taban sistemlerinin rehabilitasyonu
Investigation of contaminant transport through impermeable solid waste landfill liners and rehabilitation of liner systems
Yazar: GAMZE VARANK
Danışman: PROF. DR. AHMET DEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışma kapsamında, katı atık düzenli depo sahalarında oluşan sızıntı suyunda bulunan organik (fenol ve fenol bileşikleri) ve inorganik bileşenlerin (ağır metaller) depo sahası taban geçirimsizlik sistemlerinden geçişi, laboratuarda kurulan ve düzenli depo sahalarını simüle eden dört adet reaktörle incelenmiştir. Farklı taban malzemeleri kullanılan 4 reaktörün tabanları;?R1; Kil tabakası (10 cm + 10 cm, k=10-8 m/sn)?R2; Geomembran (2 mm HDPE) + sıkıştırılmış kil tabakası (10 cm + 10 cm, k=10-8 m/sn)?R3; Geomembran (2 mm HDPE) + sıkıştırılmış kil tabakası (10 cm, k=10-8 m/sn) + bentonit tabakası (2 cm)+ sıkıştırılmış kil tabakası (10 cm, k=10-8 m/sn)?R4; Geomembran (2 mm HDPE) + sıkıştırılmış kil tabakası (10 cm, k=10-8 m/sn) + zeolit tabakası (2 cm) + sıkıştırılmış kil tabakası (10 cm, k=10-8 m/sn)şeklinde teşkil edilmiştir.Reaktörlere, İstanbul kentsel katı atıklarını temsil edecek şekilde atıklar yerleştirilmiştir. Oluşan sızıntı suyunda ve reaktörlerin tabanında yer alan ve yer altı sularını temsil eden distile sularda konvansiyonel ve toksik bileşenler izlenmiştir. Reaktörler, biyoreaktör depo sahalarını temsil etmesi bakımından sızıntı suyu geri devirli olarak işletilmiştir. Sızıntı suyu ve distile su fenol ve fenol bileşikleri analizleri Gaz Kromatograf (FID Dedektör) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sızıntı suyu Gaz Kromatograf'a enjekte edilmeden önce bünyesindeki fenollü kirleticiler katı faz mikro ekstraksiyon yöntemi (SPME) kullanılarak ekstrakte edilmiştir. Sızıntı suyunda ve yeraltı suyunu temsil eden distile sularda analiz edilen fenol ve fenol bileşiklerinin konsantrasyonlarının zamana bağlı değişimleri izlenmiş, fenol, fenol bileşiklerinin ve ağır metallerin taban örtülerinden yeraltı suyuna geçişi incelenmiş, kirleticilerin difüzyon ve dispersiyon transfer katsayıları hesaplanmıştır. Çalışmada katı atık depo sahalarını temsil eden reaktörlerin taban sistemlerinde kullanılan kil, zeolit ve bentonit malzemelerin organik ve inorganik kirleticileri adsorblama kapasitelerini belirlemek amacıyla adsorbsiyon çalışmaları gerçekleştirilmiş, elde edilen sonuçlar adsorbsiyon izoterm modellerine göre non-lineer regresyon ve MATLAB 6.5 programı kullanılarak modellenmiş ve izoterm katsayıları elde edilmiştir. Ayrıca geçirimsizliği sağlamak üzere taban malzemesi olarak kullanılan kil, zeolit ve bentonitin sızıntı suyuna maruz kaldığında davranışını belirlemek için şebeke suyu ve sızıntı suyu kullanılarak geoteknik analizleri gerçekleştirilmiş, elde edilen sonuçlar birbiriyle karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda 14 farklı fenol ve fenol bileşiği ve ağır metaller tüm reaktörlerde oluşan sızıntı suyu içeriğinde ve yer altı suyunu temsil eden distile sularda tespit edilmiş, bu kirleticilerin taban sistemlerinden geçişinde etkili olan organik kirleticiler için difüzyon, inorganik kirleticiler için dispersiyon mekanizmaları geçiş katsayıları hesaplanmıştır. Organik kirleticilerin difüzyon ile yer altı sularına geçtiği, geomembran tabakanın bu geçişte etkisiz kaldığı, kompozit örtü elemanı olarak kullanılan bentonit ve zeolitin organik kirleticilerin geçişini önemli oranda azalttığı belirlenmiştir. Taban malzemesi olarak kullanılan zeolit, bentonit ve kilin ağır metalleri adsorplama kapasitelerinin fenol bileşiklerini adsorplama kapasitelerine oranla çok yüksek olduğu tesbit edilmiş, bu nedenle ağır metallerin yer altı suyuna geçişinin önemsiz miktarda gerçekleştiği belirlenmiştir. Sızıntı suyunun bentonit ve kilin geoteknik özelliklerinde değişime neden olduğu ancak zeolitin sızıntı suyundan etkilenmediği tesbit edilmiştir.

Abstract:
In this study four reactors are used to analyze transport of organic (phenol and phenolic compounds) and inorganic compounds (heavy metals) in the solid waste landfill leachate through the landfill liners. Alternative landfill liners of four reactors consist of;?R1; Compacted clay liner (10 cm + 10 cm, k=10-8 m/sn)?R2; Geomembran (2 mm HDPE) + compacted clay liner (10 cm + 10 cm, k=10-8 m/sn)?R3; Geomembran (2 mm HDPE) + compacted clay liner (10 cm, k=10-8 m/sn) + bentonite liner (2 cm)+ compacted clay liner (10 cm, k=10-8 m/sn)?R4; Geomembran (2 mm HDPE) + compacted clay liner (10 cm, k=10-8 m/sn) + zeolite liner (2 cm) + compacted clay liner (10 cm, k=10-8 m/sn)Wastes representing Istanbul municipal solid wastes are disposed in the reactors. Conventional and toxic components of leachate and groundwater simulated distilled water are monitored. To represent bioreactor landfills, reactors are operated by leachate recirculation Phenol and phenolic compounds of leachate are analyzed by using Gas Chromatograph. Before injection of leachate to the Chromatograph, contaminants in the leachate are extracted by using solid phase micro extraction (SPME) method. Degradation of phenol and phenolic compounds, analyzed in leachate and distilled water samples is monitored, transport of these compounds is modelled and diffusion and dispersion transfer parameters are calculated. In this study also; adsorption capacity of clay, bentonite and zeolite used as landfill liner impermeability materials are determined, the results are modeled by using adsorption isotherm models and isotherm coefficients are obtained by using non-linear regression and MATLAB 6.5 programme. In addition to determine the behaviour of clay, zeolite and bentonite used as landfill liner to prevent impermeability, geotechnical analyzes of liner materials with water and leachate are implemented, results are also compared with each other. In the end of the study; 14 phenol and phenolic compounds are determined in the leachate and distilled water samples. Diffusion transfer coefficients of organic (phenol and phenolic compounds) and dispersion transfer coefficients of inorganic contaminants (heavy metals) are calculated. Transport of organic contaminants by diffusion mechanism and ineffectiveness of geomembran on contaminant transport are observed. It is also observed that bentonite and zeolite materials used as composite liner components effectively prevent contaminant transport from leachate to groundwater simulated distilled water. It is determined from the study that adsorption capacities of zeolite, bentonite and clay liner materials are higher in heavy metal adsorption than phenolic compounds adsorption and transport ratio of heavy metals through liners can be neglected. It is concluded that leachate chemical composition cause transformation in geotechnical properties of bentonite and clay materials.