Katı atık düzenli depolama sahaları sızıntı suyu özelliklerinin değişimini ifade eden bir matematiksel model

Katı atıkların giderilmesi günümüzün en büyük çevre problemlerinden biridir. Katı atıkların oluşumu hammaddenin çıkartılması ile başlamakta ve üretime dönüştürme işlemlerinin her adımında meydana gelmektedir. Katı atıkların giderilmesinde, günümüzde en çok kullanılan ve kısmen de olsa kullanılması zorunlu olan metod düzenli depolama metodudur. Düzenli depolama sahalan uzun vadede, çöpün bileşimi, mevsimsel değişim, işletim özellikleri, yöntemleri gibi pek çok olaydan etkilenmektedir. Bu etkilenme sonucu depolama alanı, çeşitli fazlardan oluşan stabilizasyona uğramaktadır. Bu fazların oluşumu ya da tamamlanma sürelerinin tahmininde, rutubet miktarı, organik madde oranı, nutrient kullanımı, inhibitörler ve alana özel daha pek çok faktörler etkin olmaktadır. Depolama sırasında, gerek çeşitli kaynaklardan gerekse atığın içinde bulunan sular çözünmüş veya süspanse formda oldukça konsantre fiziksel, kimyasal ve biyolojik kirletici parametrelerle yüklü çöp sızıntı suyu olarak adlandırılan sular meydana gelmektedir. Bu sıvı, çözünebilen veya çözünemeyen bileşiklerin çöplerden süzülmesi ve çöpte oluşan indirgenmelerle oluşur. Düzenli depolama sahalarından kaynaklanan sızıntı sularının, miktarını ve karakterini belirlemek oldukça zordur. Sızıntı suyu miktarını etkileyen başlıca faktörler olarak, atığın bileşimi, depo alanının işletilme şekli, mevsimsel değişim, atığın nem tutma kapasitesi ve depo alanı özellikleri sayılabilir. Oluşan sızıntı suyunun miktarı ve niteliği öncelikle içinde mevcut olan nem içeriğine bağlıdır. Gelişmekte olan ülkelerde özellikle yaz aylarında bu nem oranı %60- 80 mertebelerinde bulunmaktadır. Sızıntı suyu yapısını etkileyen faktörler ise atığın bileşimi, atığın işlenmesi, depo alanının yaşı, fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar ve sıcaklık yazılabilir. Sızıntı suyunun içeriğinin tanımlanması, giderilmesi, taşınımı ve miktannın belirlenmesi üzerine matematiksel modelleme çalışmaları yapılmıştır. Sızıntı suyu üzerinde yapılan fiziksel, mikrobial ve kimyasal reaksiyonlara ait deneysel modelleme çalışmaları sonucunda genel olarak, sızıntı suyu oluşumunun geciktiği, ancak depodaki katı atıklar suya doyduktan sonra sızıntı olayının gözüktüğü, bundan sonra da depoya giren su ile çıkan su miktarının hemen hemen eşit olduğu tespit edilmiştir. Sızıntı sularında bulunan organik ve inorganik kirleticilerin depo yaşı ile giderek azaldıkları, sızmanın başlangıcında pik yaptığı, mevsimlik yağış farklılıklarının konsantrasyonlarda değişikliğe sebep olduğu ve depo yüksekliği ile konsantrasyon değişiminin arttığı tespit edilmiştir. iSızıntı suyu modellemesi katı fazdan sıvı faza geçişteki kütle değişimi ve kirletici bozunmalarını anlama konusunda yardımcı olur. Modelden çıkan sonuçların, deneysel ölçümleri ile bir paralellik göstermesi gereklidir. Sızıntı suyu oluşumu ve transferinin matematiksel olarak asimilasyonunun yapılması oldukça yakın zamandaki çalışmalarla olmuştur. Katı atıklarda mevcut olan inorganik ve organik kirleticilerin farklı davranışta bulunacakları ve ayrıca, reaktör içinden geçen suya gerek çözünme ve gerekse taşıma yolu ile geçişlerinde farklı olacağı bilinmektedir. Örneğin; organik maddeler, inorganik maddelerden farklı olarak, mikrobiyolojik aktivitelerin etkisinde kalabilmektedir. Çözünürlükleri az olan ve su ile sürüklenebilecek forma dönüşmeleri zaman alan katı atık bileşenlerinin, belli bir hızla veya zamanla değişen bir hızla, depodan geçen suya geçecekleri kabul edilebilir. Geçmişte yapılan tüm modelleme çalışmalarından elde edilen sonuçlar doğrultusunda, ülkemizde kurulabilecek katı atık düzenli depolama sahalarının dizaynına da yardımcı olacağı düşüncesi ve ayrıca ülkemiz yaşam koşullan sonucunda oluşan katı atıkların düzenli depolanması ile kaynaklanan sızıntı sularının karakterizasyonunun zamanla ne şekilde değiştiğinin, özellikle doğal koşullarda gerçek bir deponi sahasında ve fazla miktarda katı atık ile çalışılarak, bilinmesi açısından tarafımızdan bu modelleme çalışması yapılmıştır. Yapılan modelleme çalışmasında deney düzeneği Harmandalı Katı Atık Düzenli Depolama Sahası'nda kurulmuştur ve sadece evsel nitelikli katı atıklar alınmıştır. Haziran ve Temmuz ayları dönemine ait yaz katı atığının depolandığı alanda, depolama işlemi tamamlandıktan sonra, çöpün üzeri killi toprak ile sıkıştırılarak örtülmüştür. Bu arada sahaya dökülen çöplerin bileşiminin belirlenmesi için çalışmalar yapılmıştır. Bunun için değişik semtlerden farklı saatlerde gelen araçlardan çöp ayırımı ve elek analizleri yapılmıştır. Elek analizinden geçen örnekler, aynı gün içinde su içeriği ve organik madde muhtevası açısından analiz edilmiştir. Öncelikle depolama sahasından kaynaklanan sızıntı suyu miktarının belirlenmesi amacıyla, benzer özellikte fakat daha küçük ölçekte deponi sahası hazırlanmış ve yağışsız mevsimde sızıntı suları debisi ölçülmüştür. Elde edilen ölçümler, değerlendirilerek oluşabilecek sızıntı suyu miktarı matematiksel olarak aşağıdaki gibi ifade edilmiştir. Q = Qmaxexp((t-120)2/16200) (1) Deney sahamıza yağan yağışın sızıntı suyu üzerine etkisinin hesabında, günlük ölçülen yağış ve buharlaşma değerleri kullanılarak, infiltrasyon denklemleri yardımıyla hesaplanmıştır. Deponi sahasından kaynaklanan sızıntı suyu miktarı bu şekilde hesaplanırken, diğer taraftan yaklaşık 512 günlük süre içerisinde her hafta sızıntı suyundan örnekler alınarak laboratuarda AKM, KOI, sülfat, kurşun, nikel, kadmiyum ve pH parametreleri ölçülmüştür. Elde edilen deney sonuçlarının yorumlanması neticesinde aşağıdaki matematiksel ifadeler geliştirilmiştin dC/dt+(Q /V9f)C=R (2) X1UKonsantrasyon değişim eğrisinin karalı hal konsantrasyonu olarak ifade edilen bir konsantrasyona asimtotik olarak düştüğü kabul edilmiştir. Dolayısı ile bizim çöp özelliklerimize ve koşullarımıza uygun denklemlerin üretilmesi gerekmektedir. R=0, kabulü ile yukanda verilen denge denklemi, kümülativ sızıntı suyunun basit bir üstel fonksiyonu şeklinde çözülebilir. t=t C = C0exp(-U(Q /Vef)dt) (3) G, bozunma terimi olarak, G =U(Q /V9f)dt (4) şeklinde ifade edilirse, C = Co exp ( - G ) (5) olur. Bu homojen eşitlik depo alanına giren ve sızıntı suyu ile birlikte depoya girerek seyrelmeye sebep olan kirlenmemiş suyun karışımını tanımlar. Deney sonuçları, asimtotik sıfır olmayan konsantrasyonun, başlangıç durumundan sonra oluşan bozunmayı göstermektedir. Sonuçta inorganik maddeler için konsantrasyon değişimi aşağıdaki eşitlik gibi kabul edilmiştir. C = Co exp ( -G ) - R Vef / Qort (6) Organik bileşikler için de benzer mantık ile; C = Co exp (-G ) - Z V9f / Qort (7) şeklinde ifade edilmiştir. Ağır metaller depo alanı içinde asidik faz başladığında daha fazla görülmüştür. Asetik asit üretiminin artması ortamın pH'ını düşürdüğü için çözünürlüğün artmasını sağlamaktadır. Ancak metan faz başlayıpta alkalinite arttığı ve pH yükselmeye başladığı zaman, katı atıktan sıvıya geçen metal miktarında düşme görülmüştür. C =Cmaxexp(- /A)2) + Rt (8) Bu matematiksel yaklaşımların sonuçları üzerinde çalışılan Harmandalı Düzenli Depolama Sahasının yaz çöplerine ait deney verileri ile tam bir uyum göstermektedir. Uygulanan matematik modellerin deneysel çalışma sonuçları ile arasındaki ilişkinin derecesini tespit etmek için belli anlam seviyelerine göre korelasyon katsayıları testi ile uygunluk analizleri yapılmış ve istatistik analizler sonucunda XIVhesaplanan değerler teorik değerlerin oldukça üzerinde çıkmıştır. Bu da yapılan matematik model ile deney sonuçları arasında oldukça yakın bir ilişki olduğunu göstermektedir. Geliştirilen matematik modelin geçerliliği, Bursa Büyük Şehir Belediyesi'ne ait düzenli depolama sahası hakkında alınan bilgiler doğrultusunda denenmiştir. Bursa katı atık düzenli depolama sahasından kaynaklanan sızıntı sularındaki kirletici parametrelerin zamanla değişimi belirlenmiştir. Depolama sahasına, katı atık kompozisyonuna ve miktarına ait bilgiler model içinde kullanılarak, deney sonuçları ile karşılaştırılmış ve son derece uyumlu oldukları saptanmıştır. XV