Büyük ölçekli su arıtma tesisinin yaşam döngüsü değerlendirmesi
Life cycle assesment for a large scale water treatment plant
Yazar: HÜLYA ŞAHİN AKKURT
Danışman: PROF. DR. FATMA GÜLEN İSKENDER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Yaşamsal kaynağımız olan suyun korunması ve her bir bireye içilebilir şekilde sunulması çok önemlidir. Nüfus artışı ve kaynakların korunmaması ile suya olan ihtiyaç her geçen gün daha hissedilecek ve böylece su arıtma tesislerinin önemi ve sürdürülebilirliği önem kazanacaktır. İstanbul, Türkiye'nin nüfusu en kalabalık şehri olup sunun insanlara ulaştırılması ve bunu yaparken de çevresel etkilerinin en aza indirilmesi gereklidir. Bu çalışmanın amacı, İstanbul'daki büyük ölçekli bir su arıtma tesisinin yaşam döngüsü değerlendirmesi yaklaşımıyla çevresel etkilerini ortaya koymaktır. 
Bu çalışmada, Kağıthane Su Arıtma Tesisi sürdürülebilirliği Yaşam Döngüsü Yaklaşımıyla değerlendirilmiştir. KSAT, ham su kaynağı olan Terkos Gölü ve Alibey Barajı'ndan aldığı suyu arıtarak İstanbul Avrupa Yakası'nın önemli su sağlayıcısı durumundadır. Kağıthane Su Arıtma Tesisi (KSAT) ortak ve ayrılmış ünitelerden oluşan farklı yıllarda yapılmış iki adet su arıtma tesisini içermektedir. Kağıthane Yıldırım Bayezid Su Arıtma Tesisi (KYBSAT) işletmedeyken artan su ihtiyacı ile Çelebi Mehmet Su Arıtma Tesisi (KÇMSAT) işletmeye alınmıştır.  Bu çalışmada işlevsel birime karar verip tesisi işletme aşamasında iken tesiste bir yıl süresince envanter analizi yapılmıştır. Tesisin ana üniteleri, ızgaralar, giriş ve çıkış suyu pompaları, havalandırma ünitesi, ozon ünitesi, enerji kırma orifisleri, dağılım havuzu, hızlı ve yavaş karıştırma ünitesi, dekantörler, çöktürme havuzu, filtreler, temiz su hazneleri, çamur ünitesi, ve dezenfeksiyon ünitesidir. Tesisin ara üniteleri ise kimyasal madde üniteleri, geri yıkama suyu tankı, hava körükleri, çamur pompaları ve duru su pompalarıdır.
Sistem sınırları gölden suyun alınıp tesisteki suyun arıtımı ve şebekeye pompalanması olarak belirlenmiş olup tesiste bir yıl süre ile envanter analizi yapılmıştır.  Tesiste kullanılan maddeler, maddelerin tesise nakliyatı, oluşan çamurun İSTAÇ'a nakliyatı ve bertarafı, tesisin giriş ve çıkış suyu debileri ve her bir ünitenin elektrik tüketimi gibi bilgileri toplanmıştır. Envanterler, 1 m3 arıtılan su için her bir üniteye girdi olarak standantdartlaştırılmış ve çıktılar için de aynı standart uygulanmıştır.
Yaşam döngüsü değerlendirmesi yapmak için GaBi 7.3 yazılımı kullanılmış ve sistem sınırları içinde tesisin akım şeması çizilerek her bir ünitenin girdi ve çıktıları yazılıma girilip bilgiler normalize edilmiş ve dengelenmiştir. Çevresel etkileri değerlendirebilmek için Leiden Üniversitesi'nin Çevre Çalışmaları Merkezi'nin geliştirdiği CML 2001 metodu kullanılmıştır ve elde edilen sonuçlar, bu metot vasıtasıyla yorumlanmıştır. 
GaBi 7.3 yazılımı sayesinde değerlendiren çevre etki kategorileri sırasıyla Küresel Isınma Potansiyeli (KIP), Asitleşme Potansiyeli (AP), Ötrofikasyon Potansiyeli (ÖP), Ozon Tabakası Tükenme Potansiyeli (OTP), Abiyotik Element Tükenme Potansiyeli (ATP Element), Abiyotik Fosil Tükenme Potansiyeli (ATP Fosil), Tatlı Su Ekotoktisisite Potansiyeli (TSEP), İnsan Toksisitesi Potansiyeli (İTP), Deniz Suyu Ekotoksisitesi Potansiyeli (DSEP), Fotokimyasal Ozon Oluşum Potansiyeli (FOOP), Karasal Ekotoksisite Potansiyeli (KEP)'dir.
İncelenen su arıtma tesisinin çevresel etkileri literatür değerlerine uygundur. KIP, ÖP, ATP Fosil, İTP, DSEP ve KEP'ye en yüksek katkı, çıkış suyu pompaları ve  giriş suyu pompalarından gelmektedir. AP, TSEP ve FOOP'ye ana katkılar ise çıkış suyu pompaları, enerji kırma orifisleri, dağılım havuzu ve giriş suyu pompalarından kaynaklanmaktadır. Dağılım havuzu, enerji kırma orifisleri ve klorlama aşamaları OTP'ye ana katkıyı oluşturmaktadır. ATP Element giriş suyu pompaları, çıkış suyu pompaları ve klorlama kaynaklıdır. 
Bu çalışmada, KÇMSAT, KYBSAT ve KSAT'nin üç ayrı çevre etki değerlendirmesi yapılmıştır ve bu üç tesisin çevre etki değerlendirme sonuçları karşılaştırılmıştır. KÇMSAT ve KYBSAT çevre etki değerlendirme sonuçları, farklı etki kategorilerinde, benzer ve farklı sonuçlar vermiştir. Sonuçların benzer olması tesislerin ortak ünitelerinin yüksek çevre etki değerine sahip olmasından; sonuçların farklı olması ise tesislerde ayrılmış ünitelerin 1 m3 arıtılan su için elektrik ve kimyasal madde tüketiminin farklı olmasından kaynaklanmaktadır. 
Elde edilen çevresel etki sonuçları,  İstanbul'un önemli  su arıtma tesislerinden biriden elde edilen sonuçlar ve literatür sonuçları ile karşılaştırılmış ve benzerlik ve farklılıkların sebepleri yorumlanmıştır.
Sonuçlar, elektrik kullanımının çevresel etkilerin başlıca kaynağı olduğunu göstermektedir. Kağıthane Su Arıtma Tesisi, elektrik etki kaynağı olarak Türkiye enerji üretimi ortalaması ve Avrupa enerji üretimi ortalaması kullanıldığında oluşabilecek çevre etki değerleri sonuçları karşılaştırılmıştır. KIP'a Türkiye enerji üretimi ortalaması daha yüksek katkı yaparken diğer tüm etki kategorilerinde Avrupa enerji üretimi ortalaması yüksek katkı yapmıştır.

Abstract:
Water is the main living source and it is very important to protect and serve drinkable water to each person. Overpopulation and unprotected water sources result in lack of drinkable water. Therefore, sustainability of water treatment plants should be taken in the consideration. Istanbul is the most crowded industrial city in Turkey. Because of that, the main objective of this work is to evaluate the environmental impact of a large scale water treatment plant in İstanbul.
In this study, environmental impact of Kağıthane Water Treatment Plant (KWTP) is evaluated by life cycle assesment approach. KWTP is one of the biggest water treatment plant in the western side of Istanbul and the plant take raw water from Terkos Lake and Alibey dam. KSAT include two water treatment plants which are constructed in different years. While Kağıthane  Yıldırım Bayezid Water Treatment Plant (KYBWTP) is operated, the Kağıthane Çelebi Mehmet Water Treatment Plant (KÇMWTP) is constructed because of increasing water demand. After determination of system function and functional unit of water treatment system, data inventory analysis of plant was done for one year. The material usage, electricity consumption and transportation was normalized per 1 m3 of potable water. The system boundary of the plant includes main and sub treatment processes. The main processes in the plant are the screen, input/output pumps, aeration, ozonation, slow/rapid mixing, clarification, filtration, disinfection, reservoir and sludge transportation. The sub processes are chemical units, backwash water, blower, sludge pump unit and clarified water pump unit.
GaBi 7.3 software is applied as tool of life cycle assessment approach. The processes and flows are made up in GaBi 7.3 software depending on the system boundary of water treatment plant. LCA approach is the main guide while collecting required inputs and outputs of each process. GaBi 7.3 software is normalized all data entry and balances it.  Environmental impact categories which are available in this software have acquired by the available methods. In this study, the Centre for Environmental Studies (CML 2001) method has been selected to evaluate the environmental effects and the results are interpreted according to the goal of study.
The impacts categories are evaluated by GaBi software in terms of Global Warming Potential (GWP), Acidification Potential (AP), Eutrophication Potential (EP), Ozone Layer Depletion Potential (ODP), Abiotic Depletion Potential (ADP elements), Abiotic Depletion Potential (ADP fossil), Freshwater Aquatic Ecotoxicity Potential (FAEP), Human Toxicity Potential (HTP), Marine Aquatic Ecotoxicity Potential (MAEP), Photochemical Ozone Creation Potential (POCP), Terrestric Ecotoxicity Potential (TETP).


The environmental impacts of the investigated water treatment plant accordant to the literature values. The highest shares to GWP, EP, ADP Fossil, HTP, MAEP and TETP come from output pumps and input pumps. The main contribution to AP, FAEP  and POCP is because of  output pumps, input pumps, orifices and distribution unit. Moreover, distribution ünite, orifices and disinfection are the significant share in OTP. The main contributor of ADP Element is the input pumps, output pumps and disinfection.
In this study, three environmental impact assessments which are KÇMWTP, KYBWTP and KWTP has been applied and those have been compared. The results have smarties and differences based on environmental impact categories. The similarities are due to more environmental impacts of the common treatment units which are output pumps, input pumps and ozonation. The differences are due to more environmental impacts of the uncommon treatment technologies which are the coagulation-flocculation and sedimentation.
The environmental impacts have compared with the one of the main water treatment plant in Istanbul and literature results. The reason of similarities and differences has been interpreted.
The results show that electricity consumption is the main reason of environmental impact. Kağıthane Water Treatment Plant has consumed the Turkey electricity source and impact assessment has been performed by that. Moreover, the environmental impacts have compared with a case study which is based on the consumption of European electricity source. All environmental impacts are more in case of European electricity source consumption except KIP.