Modeling of biogas generation and transport at the Kemerburgaz waste disposal site

Düzenli çöp depolama alanları, evsel ve endüstriyel çöplerin bertarafi için çok yaygın olarak kullanılan ekonomik ve uygulanabilir bir yöntemdir. Fakat çöp depolama sahalarında çöp gazı oluşumu ve bu gazın kontrolsüz yayılımı ve havaya karışması önemli sorunlara yol açar. Bu nedenle çöp depolama sahalarının projelendirilmesi ve işletilmesindeki en önemli kriterlerden biri çöp gazı oluşumunun ve toplanan gazın enerji üretim potensiyelinin iyi değerlendirilmesidir. Bu çalışmanın amacı İstanbul'un en eski ve en büyük vahşi çöp depolama alanlarından biri olan Kemerburgaz sahasında çöp gazı oluşumunu ve toplanan gazın enerji üretiminde kullanılmasını incelemektir. Saha 1998'de kapatılmış ve bazı rehabilitasyon çalışmaları başlatılmıştır. Çöp gazının toplanarak elektrik üretiminde kullanılması bunlardan biridir. Bu amaçla sahada gaz toplama kuyuları açılmıştır. Bu çalışmada gaz toplama kuyularının incelenmesi için nümerik bir model geliştirilmiş ve iki tane yaklaşım kullanılmıştır. Birincisi deterministik yaklaşımdır. Bu yaklaşımda hava geçirgenliği ve gaz üretim miktarlarının ortalama değerleri kullanılır. İkinci yaklaşımda ise istatistiksel bir model geliştirilmiştir. Bu modelde giriş parametrelerindeki belirsizliğin etkileri dikkate alınır. Her iki yaklaşım da iki bölümden oluşur: çöpün içeriğinin, yaşının ve miktarının değerlendirildiği çöp gazı üretim modeli ve MODAIR bilgisayar programına dayalı gaz akım modeli. Modelde gerekli olan akım parametreleri çöp ve toprak örtüsünün geçirgenlik değerleridir. 1999 yılında gerçekleştirilen pompalama deneylerinin sonuçlan çöpün hava geçirgenliğinin hesaplanmasında kullanılmıştır. Çöplerin üstünü örtmek için kullanılan toprak örtüsünün hava geçirgenliği ise laboratuvar deneyleri ve bazı denklemler kullanılarak hesaplanmıştır. Deterministik gaz akım modeli giriş parametrelerinin ortalama değerlerine dayanır ve toplanabilecek muhtemel gaz değerlerini verir. İstatistiksel yaklaşım ise model tahminlerindeki belirsizliğin ölçümünü sağlar. Sınırlı sayıdaki bilgi ve çöpün ve hava akım parametrelerinin heterojen yapısı nedeniyle model giriş parametreleri genellikle büyük belirsizlikler içerir. Bu belirsizliklerin hesaba katılması için model istatistiksel bir hale getirilmiştir. İstatistiksel yaklaşım özellikle 3 temel parametrenin belirsizliğini kapsar: gaz üretim hızı, çöpün hava geçirgenliği ve toprak örtüsünün hava geçirgenliği. Bu üç parametredeki belirsizliğin gaz toplama kuyularının verimini nasıl etkilediğini bulmak için Monte Carlo simulasyonu denilen bir yöntem kullanılmıştır. Zamana bağlı çöp gazı üretim hızlannın tahmini için matematiksel gaz üretim modelleri kullanılır. Saha çalışmalarından elde edilen gaz üretim verilerinden faydalanılarak modellerin kalibrasyonu sağlanmıştır. Uzun zamanlı gaz üretim miktarlarının tahminindeki belirsizlikler ve bu belirsizliklerin sistem verimine etkileri nedeniyle gaz akım modelinde farklı gaz üretim hızlan uygulanmıştır. Ayrıca saha ve laboratuvar verileri kullanılarak çöpün ve toprak örtüsünün farklı hava geçirgenlik değerleri hesaplanmış ve bu değerler gaz toplama kuyularının veriminin değerlendirilmesinde, kuyulardaki gaz yüzdelerinin bulunmasında, ve optimum gaz çekiş hızlarının belirlenmesinde kullanılmıştır. Bu çalışmanın sonuçlarına göre, gaz toplama sisteminin verimi gaz üretim miktarlanndaki belirsizlikten çok fazla etkilenmektedir. Toprak örtüsünün ve çöpün hava geçirgenlik değerlerindeki belirsizliğin ise sistemin performansını pek fazla etkilemediği görülmüştür. Ayrıca model sonuçlarına göre, gaz toplama kuyulanndaki gaz çekiş hızlannın yıllara göre azaltılması hem çöp gazının büyük çoğunluğunun toplanabilmesini hem de kuyulara hava girişinin azaltılmasını sağlar. Son olarak, kuyu sayışım yanya indirerek gerçekleştirilen bir çalışmada toplanan gaz miktarlarının çok fazla değişmediği görülmüştür bu da şu anki gaz toplama sisteminde gereğinden fazla kuyu bulunduğunu gösterir.