Development of modeling approaches for landfill leachate management

öz KATI ATIK DEPOLAMA SAHALARINDA SIZINTI SUYU YÖNETİMİ İÇİN MODELLEME YAKLAŞIMLARI GELİŞTİRİLMESİ Demirekler Yıldız, Ebru Doktora, Çevre Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Kahraman Ünlü Eylül 2001, 295 sayfa Sızıntı suyu evsel katı atık yönetimi konusundaki önemli unsurlardan biridir. Katı atık depolama sahalarındaki sızıntı suyunun oluşumu ve davranışını anlayabilmek ve sızıntı suyunun kalite ve miktarını tahmin edebilmek katı atık depolama sahalarının çevresel etkilerinin değerlendirilmesi, bu sahaların stabilizasyonu ve sızıntı suyu kontrolü, toplanması, tekrar döndürülmesi ve arıtma sistemlerinin tasarımı ile ilgili olarak ortaya çıkan önemli endişelerdir. Matematiksel modeller, katı atık depolama sahalarında sızıntı suyu yönetimi ile ilgili bu endişelerin giderilmesinde kullanılabilecek araçlar olarak düşünülebilirler. Katı atık depolama sahalarındaki sızıntı suyu oluşumu ve taşınımını simule etmek üzere çeşitli modeller geliştirilmiştir. Ancak bu modeller çok önemli iki hususu göz ardı etmişlerdir. İlk olarak, bu modeller zaman içinde olan çökmenin depolama sahalarının vıhidrolik özellikleri üzerindeki etkilerini göz önüne almamışlardır. Büyük çökmeler ve saha içindeki atıkların sıkışması alt tabakaların dikey su akışını çok daha az geçirmesine neden olabilir. Hidrolik özelliklerin değişmesi, sızıntı suyunun akış şeklini ve saha içindeki nemin dağılımını etkiler ki bu da sahadan çıkan sızıntı suyu kompozisyonunu etkiler. Daha önceki sızıntı suyu modellerinde göz ardı edilen bir diğer husus ise katı atık depolama sahalarının doldurulması sırasında meydana gelen sızıntı suyu oluşumu ve atık stabilizasyonu prosesleridir. Bu modeller, simulasyona katı atık depolama sahalarına atık konulması tümüyle tamamlandığında başlamaktadır. Gerçekte ise, katı atık depolama sahalarının son halini alması yıllar sürmektedir. Bu işletim dönemi süresince, saha içindeki nem dağılımı ve sızıntı suyu kalitesinde önemli değişiklikler olması muhtemeldir. Bu çalışmanın ana amacı, çökme ve sahanın doldurulması sırasında meydana gelen değişikliklerden kaynaklanan etkileri göz önüne alarak katı atık depolama sahalarım davranışını ve sızıntı suyu miktar ve kompozisyonunu simule eden bir model oluşturulmasıdır. Model, sızıntı suyu akışı, hidroliz, asit oluşumu safhası, metan oluşumu safhası ve asit ve metan bakterilerinin asetk asit tarafından engellenmesi gibi sızıntı suyu oluşumu ve atıkların stabilizasyonu sırasında meydana gelen biyokimyasal prosesleri etkileyen işlemleri anlatan denklemler içermektedir. Katı atık depolama sahasının doldurulması sırasında ortaya çıkan değişiklikleri modelleyebilmek amacıyla bir kaskat yaklaşımı kullanılmıştır. Bu yaklaşım, katı atık depolama sahasının değişik zaman dilimlerinde inşa edilen hücrelerden oluştuğunu varsaymaktadır. Her zaman dilimi yeni bir hücrenin bitirilip işletime alındığı süreyi ifade etmektedir. Her zaman dilimi sonunda yeni hücreler ya yeni bir hücre kolonu oluşturacak şekilde veya mevcut atık kolonlarının üzerine yerleştirilmek suretiyle sisteme dahil edilmektedir. Bunun sonucu olarak, katı atık sahalarının üç boyutlu yapısını elde etmek mümkün olmaktadır. Bu çalışmada oluşturulan kaskat modeli, her hücrenin katmanlardan oluştuğunu varsaymaktadır. Her katmanda, katı atık, nem, gazlar ve mikroorganizmaların homojen olarak dağıldığı varsayılmaktadır. Kaskat yaklaşımının kullanılması, hidrolik özelliklerinin katı atık depolama sahaları içindeki mekansal değişiminin ve saha içindeki nemin ve sızıntı suyu konppozisyonunun yere ve zamana göre değişiminin model tarafından göz önüne alınabilmesini sağlamıştır. VIIÇökmenin hidrolik geçirgenlik üzerindeki etkilerinin göz önüne alınabilmesi için öncelikle çökme prosesinin modellenmesi gerekmektedir. Parametre değerlerinin tahminindeki zorluk nedeniyle, çökmenin hidrolik geçirgenlik üzerindeki etkisini tahmin etmek için daha basit bir yaklaşım kullanılmıştır. Çökmeyi etkileyen önemli parametrelerden biri atık üzerindeki dikey strestir. Daha önce yapılmış olan farklı çalışmaların sonucu, hidrolik geçirgenlik ve toplam dikey stres arasında güçlü bir ilişki olduğunun göstermektedir. Dolayısıyla, hidrolik geçirgenliğin çökmeye bağlı değişimini tahmin etmek içim toplam dikey stres kullanılabilir. Dikey stres, atığın başlangıç yoğunluğu ve nem içeriği ile atık derinliğine bağlı olduğunu göstermektedir. Geliştirilen matematiksel modelin denklemleri, Runge-Kutta nümerik yöntemi kullanılarak Fortran 90 bigisayar kodu ile çözülmüştür. Geliştirilen modelin faydalarının ve simulasyon kabiliyetinin ortaya konulması maksadıyla seçilen bazı model uygulamaları ortaya konulmaktadır. Model sonuçları, Ontaryo, Kanada'daki Keele Valley Katı Atık Depolama Sahasından elde edilen sızıntı suyu üretimi, klor derişimi, biyokimyasal oksijen ihtiyacı değeri, pH değeri ve metan üretimi verileri ile karşılaştırılmıştır. Gerçek katı atık depolama sahasından elde edilen veriler ve model sonuçlan arasında uygunluk olduğu gözlenmiştir.