SIZINTISU HESABI 

Sıznıtısuyu Tahmini İçin Hesap Yöntemleri

Giriş

Çöp ve katı atıkların depolandığı yerlerde önce aerobik sonra da anaerobik ayrışmalar olmaktadır. Biiyokimyasal reaksiyonlar çeşitli paraemetrelerin etkisi altında engellenmekte veya teşvik görmektedir. Özellikle çöp kütlesinin su içeriği reaksiyonları olumlu yönde etkilemektedir. Ayrıca da ayrışma ürünlerinin taşıyıcısı olarak da işlevi büyüktür. Su hem sızıntı su bileşimini hem de deponi gazı oluşumunu etkilemektedir.

Deponi kütlesinde bulunan organik maddelerin minerilizasyonu ya su miktarının azlığı ya da kolay ayrışabilir organik madde içeriğinin fazla olması nedeni ile daha asitik fazda bozulabilir, durdurulabilir. Metan fazı da optimal koşullarda başlar. Yüksek düzeyde kirli bir sızıntısu oluşmasını önlemek için de deponinin en alt tabakasını önayrıştırmadan geçirilmiş malzemeden oluşturmak gerekir. Böylece ham kompost özelliğinde olan bu tabaka yüksek düzeydeki sızıntısu kirliliğini suspanse eder, dengeler ve azaltır.

Deonigazı oluşumuna etki eden olumlu ve olumsuz faktörleri aşağıdaki gibi özetlemek mümkündür:

* Arıtma çamurunun ilavesi (olumlu katkısı yok)

* Alkali tampon maddelerin ilavesi (bilinmiyor )

* Homojenleştirme amacı ile çöp parçalama (olumlu katkısı var)

* Deponi kütlesinin su içeriğinin >%40 olması (olumlu katkısı var)

* Su hareketi ve tekrar yağmurlama (olumlu katkısı var)

* Ön ayrıştırmaya tabi tutulmuş atığın karıştırılması ((olumlu katkısı var)

* Çöplerin ince tabakalar halinde inşaa edilmesi (olumlu katkısı var)

Arıtma çamurlarının çöplüğe karıştırılması veya birlikte depolanması kesinlikle gaz üretimi açısından hiç bir olumlu katkı yapmamıştır (Ehring,1989).

Kolenfeld/Lk Hannover Deponisinde olduğu gibi atıkların parçalandıktan sonra, <0,50 m yüksekliğindeki tabakalar halinde depolanmalarının deponigazı oluşumundaki katkısı olumlu olmuştur (Weber, 1990; Erdin, 1993). Stegmann ve Spendlin (1988, 1993) yaptıkları çalışmada Kolenfeld/Lk Hannover Deponisinde önayrıttırmaya tabi tutulmuş çöplerin çöp depolama sırasında ilk tabaka olarak dökülmesinin çok olumlu katkıları olduğunu belirlemiş ve bu sayede 6 ay gibi bir sürede deponide biyogaz oluşumunun fazlarından stabil metan faza geçildiği saptanmıştır. Aynı zamanda sızıntı su miktarını da azaltmaktadır.

Çöpün su içeriği ve bunun değişimi de burada büyük rol oynamaktadır (Doedens,1989; 1993). Örneğin çöpün su içeriği < %15 olması halinde aerobik proses yavaşlamakta ve durmaktadır. < %30 ve >%60 olması halinde de aerobik proses engellenmektedir. Aerobik prosesler için optimal kotullar ise : Su miktarının % 40 - 60 olmasıdır.

Anaerobik prosesler < %15 su içeriğine sahip olması halinde yavaşlamakta ve durmaktadır. < %30 su içeriğine sahip olması halinde ise anaerobik prosesler engellenmektedir. Anerobik prosesler için optimal kotullar ise : Su miktarının >% 40 . olmasıdır.

Bir deponin su bilançosu aşağıdaki verilebilir:

Deponi inşaa halinde iken açık kısma gelen yağmurun %24'i sızıntı suyunu oluşturur. Arazi çalışmalarında yapılan çok sayıdaki ölçümlere göre bu değer % 3.3 ile 21.6 arasındadır. Bu da;

q_s = 0.7 - 5.9 m³/ha.gün'dür. q_s = Birim alan debisi

AT'de Yönetmeliklerde q_s = 0.9-8.6 m3/ha.gün olarak verilmektedir.

Hesaplar için ortalama olarak;

q_s = 5 m3/ha.gün alınmaktadır.

r = 4 mm/gün küçük olan yağışların sızıntı su oluşmasına neden olamadığı pratik mühendislik çalışmaları için kabul edilmektedir.

Otlarla bağlı, bitki ile örtülen deponi yüzeyinde tarla kapasitesi değerine ulaştıktan sonra %35-40 sızıntı suyu olarak olutur (q_s,ab = Sızan ve akışa geçen su miktarı = m³/ha.yıl).

Deponilerde Sızıntı Su Miktarı Hesabı ve Arıtmanın Boyutlandırılması

Girit

Yağan yağmur suyunun deponilerdeki etkisi deponinin işletme durumuna göre değişmektedir. Uzun süredir kullanılan deponinin bitmiş toprakla örtülenmiş kısımları olacağı gibi, çimlendirilmiş ve yeşillendirilmiş kısımları da olacaktır. Ayrıca işletme binaları ve işletme sahası içinde kullanılan yollar ve alanlar da. Halen kullanılan çöp depolama alanları ve henüz kapatılmış alanlar. Tüm bu farklılıkları göz önünde tutarak bir deponi sahasından oluşabilecek sızıntı su miktarını hesaplamak mümkündür. Ayrıca çöpün bileşimine bağlıolarak da biyokimyasal ayrışma sonucunda ayrışma veya sıkışma (presleme etkisi) suyu açığa çıkacaktır. Buharlaşma değerleri, çöp kütlesisnin su tutma yeteneği gibi özellikler de çok önemlidir. Bütün bu durumlar deponi su bilançosunu etkileyen parametrelerdir.

Ampirik hesaplarda deponideki inşaa halindeki çöp yığınları (su içeriği açısından tarla kapasitesine kadar doygun olmayan) için açık kısma gelen yağmur suyunun %25'nin sızıntı suyuna geçtiği kabul edilir. Doygun olanlar da %50 -60'lara ulaşır. Genelde ölçümlere göre de bu değerin %4 ile %22 arasında olduğu bulunmuştur. Buradan hareketle;

q = 0,8 - 6,0 m³/ha.gün yaklaşık olarak bulunur.

Bazı katı atık yönetmeliklerinde bu değer q = 0,9 - 8,6 m³/ha.gün

olarak verilmektedir. Genelde hesaplar için de ortalama bir değer olarak;

q = 5,0 m³/ha.gün değeri alınmaktadır.

Eğer yağışlar 4mm/gün'den az ise o günler sızıntı su hesaplamalarından çıkarılabilir, hiç dikkate alınmaz.

Deponi yüzeyi otlarla kaplı olsa ve bitkilendirilmiş olsa bile, bunlardan da suyun sızdığı ve yaklaşık olarak yağışın sızıntıya geçen oranının da, ortamdaki tarla kapasitesi sağlandıktan sonra, %35-40 civarında olduğu kabul edilir. Çünkü yeşil örtü suyu tutmakta ve yüzeysel akışa geçmesini engellemektedir. Dolayısiyle de sızan oranı artmaktadır.

Deponi inşaa halinde iken açık kısma gelen yağmurun %24'i sızıntı suyunu oluşturur. Arazi çalışmalarında yapılan çok sayıdaki ölçümlere göre bu değer % 3.3 ile 21.6 arasındadır. Bu da;

q_s = 0.7 - 5.9 m³/ha.gün'dür. q_s = Birim alan debisi

AT'de Yönetmeliklerde q_s = 0.9-8.6 m3/ha.gün olarak verilmektedir.

Hesaplar için ortalama olarak;

q_s = 5 m3/ha.gün alınmaktadır.

r = 4 mm/gün küçük olan yağışların sızıntı su oluşmasına neden olamadığı pratik mühendislik çalışmaları için kabul edilmektedir.

Otlarla bağlı, bitki ile örtülen deponi yüzeyinde tarla kapasitesi değerine ulaştıktan sonra %35-40 sızıntı suyu olarak oluşur (q_s,ab = Sızan ve akışa geçen su miktarı = m³/ha.yıl).

İzmir'de yıllık yağışın 700 mm/yıl olduğunu kabul edersek, o zaman

700 mm/yıl ---> 700 kg/m².yıl ---> 700 kg/m².yıl * 10 000 m² --->

7 000 000 l/ha.yıl ---> [7 000 m³/ha.yıl ]/365 = 19,6 m³/ha.gün.

Bunun %35'i sızması halinde Q_s değeri:

19,6 * 0,35 = 6,86 m³/ha.gün

Bunun %40'ı sızması halinde Q_s değeri:

19,6 * 0,40 = 7,84 m³/ha.gün

sonuçları elde edilir. Ancak detaylı analizde ve kesin hesaplarda yağışlı ve kurak dönemin etkileri göz önünde bulundurulmalıdır.

Deponilerde Su Bilançosu

Q gir.= Yağmur suyu miktarı + Girdiler = r + (Zo + Zu) (m³/ha.yıl)

Zo= Yüzeysel girdiler; Zu= Yeraltı girdileri; r = Yağış (mm/yıl)

Depolama = M.Fk/Qm.A (m³/ha.yıl)

M= Çöp kütlesi; Fk= Su tutma kapasitesi ; Qm= Deponideki yoğunluk;

A= Deponi alanı ;

Mo.R_r/Qm.A + Mo.R_sk/Qm.A = veya < Mo.Fk/Qm.A

R_sk = Resikle edilen sudan tutulan miktar; R_r = Tutulan yağmur suyu;

Q çık. = Buharlaşma (V) + sızıntısu debisi (Q_s,ab) ; (m3/ha.yıl)

= [hv, r + hv, sk] + [qs,ab] (m³/ha.yıl)

hv, r = Yağmur suyu buharlaşması; hv, sk = Resirkile edilen sızıntısuyun buharlaşması;

Sızıntı su çevrim miktarı = q_sk = hv, sk + M.R_sk/Qm.A (m³/ha.yıl)

q_sk, efektif < q_sk, total

q_sk= Resirkile edilen suyun debisi;

q_s,ab = r - hv,r - hv,sk - M/Qm.A

Sızdırmazlığı Sağlanmış Deponilerin Su Bilançosu

q_Ao = r - hv - qr

q_Ao = yüzeysel akışa geçen yağış miktarı

qr = kaçaklardan giren yağmur suyu

qs= Kütle içindeki suyun çevrimi

qs= q_sk + q_s,ab

q_s,ab = 0 - 2 m³/ha.gün

Örnek:

Orta büyüklükte bir kenti ele alarak bir örnek çözmek gerekir ise;

N = 100 000 kiti

Kişi başına düşen KA miktarı = 0.5 ton/N.yıl

Yıllık çöp miktarı = 100.000 x 0.5 = 50.000 ton/yıl

Yıllık çöp hacmi = 50.000. 0.9 ton/m³ = 55.600 m³/yıl

Elimizde hazır bulunan, kullanıma uygun alan ise,

Deponi alanı = 10 ha

Bu 10 ha'lık alanın ilk 5 ha'lık kısmı birinci deponi hacmi dilimi olarak ele alınmaktadır:

Dilim I

Önce iki alan, ve her biri de 2.5 ha olarak işletmeye alınıyor.

Deponinin teknik özellikleri ise;

Seddeleme eğimi= 1 : 4

Her kesitin yüksekliği = 6 m

Nihai yükseklik = 20 m

Piramid teklindeki 1. dilimi hacmi = 402.000 m³

1.dilimi 20 m'ye ulatmak için geçen süre

Dilim I 2 x 2.5 ha = 5 ha: 402.000: 55.600 m³/yıl

Dilim II

Dilim II: 7 yıl/aynı + 7 yıl = Dilim I + II Toplamı = 14 yıl

İki dilimden oluşan bu deponide oluşabilecek sızıntı suyun miktarı ve sızıntı su sorununun çözümü;

Sızıntu su miktarı hesabı:

Ortalama : q_s,ab = 5 m³/ha.gün

Maksimum : q_s,ab = 10 m³/ha.gün

Deponi 1= 5 ha

Deponi 2= 5 ha

Toplam= 10 ha

Sızıntı suyun neden olduğu B0İ₅, K0İ, NH₄-N'u ve P-Topl. yükleri Çizelge 'de gösterilmittir.

Çizelge : Deponideki sızıntı suların anaerobik ayrışmanın fazlarına göre önemli özellikleri (Dilim I ve Dilim II ve Toplam kirlilik yükleri)

---------------------------------------------------------------------------------

Parametrel. Konsantrasyonları q_s,ab Kirlilik yükleri

Asitik faz Stabil faz m³/gün Asitik faz Stabil faz Topl.

---------------------------------------------------------------------------------

Birim Dilim I kg/gün kg/gün kg/gün

--------------------------------------- -------------------------------

KOİ mg O₂/l 13 000 180 50 650 9 659

--------------------------------------- -------------------------------

BOİ₅ mg O₂/l 22 000 3 000 Dilim II 1100 150 2 250

--------------------------------------- -------------------------------

NH₄-N mg/l 750 500 50 37,5 25 62,5

--------------------------------------- Toplam -------------------------------

P_topl. mg/l 5 10 100 ---------------------------------------------------------------------------------

Sızıntısu Arıtma Tesislerinin Boyutlandırılması

5 ha'lık deponi alanı tamamen 7 yıl içinde dolmuştur. Bu süre içinde de stabil fazına (organik bileşikleri oldukça stabilize oldu) erişmiştir. İkinci 5 ha'lık faaliyettedir.

Sızıntı su olarak bu durumda hem asit faz hem de stabil faz suyu gelmektedir:

Dilim I: 50 m³/gün stabil faz sızıntı suyu

Dilim II: 50 m³/gün asit fazı sızıntı suyu

Toplam : 100 m³/gün sızıntı su

Biyolojik Arıtmanın Boyutlandırılması

B_R = 0.2 kg BOI₅/m³*gün

B_R = Hacimsel yük (BOI₅/m³*gün)

V_ihtiyacı = 659/0.2= 3.295/m³

Ort.B0İ₅.konsantrasyonu = Q = 100 m³/gün = 659kg/100m³ = 6.600 mg/l

Çamur üretimi:

TS= 10 ^{[2,69 + 0,45 * log (BOI5/ts) ]}

TS= litredeki KM (Katı Madde)-miktarı (mg/l)

ts= çamur yat (60 gün)

TS= 10 ^{[2,69 + 0,45 * log (6 600/60) ]} = 3981 mg/l

TS= 3,98 kg/m³ = Yakl. 4 kg/m³.

Aktif Çamur Havuzunda (AÇH):

AÇA'da TS : (ts/t).TS = (60/46).(3,98) = 5.19 kg/m³

t = Bekleme süresi = AÇH'da 46 gün

Oksijen tüketimi (OT) :

OT= 0.5 * ? * B_R * 0,05 * TS + (4,6 - 2,9 ) * NH₄-N/V_ihtiy.

? = 1,0

OT = 0.5 * 1 * 0,2 * 0,05 * 5,19 + 1,7 * 62,5/3 295 = 0,39 O₂/m³*gün

Sistemin Oksijen Tüketimi :

OT_topl.= V_ihtiy. * OT = 3 295 * 0,39 = 1.285 kg O₂/gün

OC = OT * [Cs/Cs-Cx]

Cs = 20⁰C'deki O₂- doygunluk değeri = 9,1 mg O₂/l

Cx = İşletme anındaki çözünmüş oksijen miktarı = 2,0 mg O₂/l

O halde , OC = 1.285 * [9,1/7,1] = 1 647 kg O₂/gün

Emniyetli sahada kalınması zorunludur, bu durumda %25 emniyet payı seçilirse;

OC_emn.= Emniyetli oksijen tüketimi = 1.25 * 1 647 = 2 100 kg O₂ / gün

Maksimum bir saatteki tüketimi: 2 100/24 = 85 kg O₂/h

Havalandırma verimi : 1,0 kg O₂/kWh

İşletme enerji tüketimi :

Pompa, motor, v.s. = 500 000 kWh/Yıl

Son Çökeltim Havuzunun Boyutlandırılması

Son çökeltim havuzu için seçilen ortalama bekleme süresi 3,5 saattir.

3,5 h ( 50 m³/gün için)

Maksimum debi için (100 m³/gün) ise : < 2 h

Q = 50 m³/gün için;

V_ihtiy. = [50/24] * 3,5 = 7,3 m³.

100 m³/gün için;

V_ihtiy. = [100/24] * 2 = 8,3 m³.

Son çökeltim havuzunun hidrolik kullanımının iyi olması için havuz çapı > 3,0 m olması gerekir.

Seçilen çap 4,0 m ; derinlik 3,0 m; V_mevcut= 40 m³

Alansal yük : 1,5 m/h

Gerekli yüzeysel alan ise: [100 m³/24 h] * 1,5 m/h = 3 m²

Mevcut yüzeysel alan , seçilen çap 4 m için : 12,6 m²

Deponilerde oluşan ve biyolojik olarak ayrışabilir ve arıtılabilir özellikteki sızıntı suların arıtılması söz konusu olduğunda; bir biyolojik arıtmanın akım şemasını yaklaşık olarak aşağıda görüldüğü gibi tasarlamak mümkündür.

Yoğunlaştırıcı

Yoğunlaştırıcının yüzeysel alan yükü: 20 - 60 kg TS / m³*gün

Gerekli yüzey alan : [TS*Q/40] = 3,98*100/40 = 10 m²

Seçilen çap : 3,0 m ; Derinlik : 4,0 m

V _mevc.= 28 m³

Aktif çamur %4 KM (TS) olana kadar yoğunlaştırılacak; ve 5 günde depolanacak.

Yoğunlaştırıldıktan sonraki hacmi : 10 m³/gün

Konsilidasyon yüksekliği de 2,5 m.

Beş gün bekleme (depolama) göz önüne alındığındaki gerekli V ihtiyacı:

V_gerk. = 5.10/2,5 = 20 m³

V_mevc. > V_gerk. = 20 m³

¦T¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦T¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦T¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦T¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¬

- - - - -

- - - - -

- - - - -

- DNB 2 - BB 2 - BB 1 - DNB 1 -

- Denitrifi- Aktif çamur Aktif çamur Denitrifikasyon

- kasyon - havuzu 2 - havuzu 1 - havuzu 1 -

- havuzu 2- - - -

- - - - -

- - - - -

- - - - -

- - - - -

- - - - -

- - - - -

- - - - -

- - - - -

- - - - -

- - - - -

- - - - -

L¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦+¦¦¦¦¦¦T¦¦¦¦¦+¦¦¦¦¦¦¦¦¦T¦¦¦+¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦-

- - - -

- - - -

- - - -

- - - -

- - - -

- L¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¬ - -

- - - -

- - - -

L¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦-==========?====¬

-============¬ - ¦ Son çökeltim havuzu

¦ Yoğunlaştırıcı - ¦ ¦

¦¦¦¦¦¦? ?¦¦¦¦¦+¦¦¦¦¦¦¦? ¦

¦ ¦ ¦ ¦

L============- L====?==========-

-

-

-

-

-

-==========================¬

¦ Maturasyon lagünü ¦

¦ ¦

¦ ¦

¦ ¦

¦ ¦

¦ ¦

L==========================-

Tekil : Bir deponi sızıntı su biyolojik arıtma ünitesinin işlem akışı

Maturasyon Lagününün Boyutlandırılması

Maturasyon lagünü için seçilen hacim : 1 000 m³

Ortalama bekleme süresi : 1 000 m³/[50 m³/gün] = 20 gün

Maksimum debiye göre beklemesüresi ise :

1 000 m³/[100 m³/gün] = 10 gün, o halde en az bekleme süresi on gündür.

Ek 1:

Ortalama Su Bilançosu

Çizelge : Bir deponide ortalama mm/yıl olarak su bilançosu

----------------------------------------------------------------

Yağış Buharlaşma Yüzeysel akış Sızma

N V A_y S

----------------------------------------------------------------

500 400 40 60

----------------------------------------------------------------

700 450 100 150

----------------------------------------------------------------

900 500 160 240

----------------------------------------------------------------

Çizelge : Evsel atık deponilerinde sızıntısu ölçümleri

----------------------------------------------------------------

Sıkıştırma Sızıntı su

aracı -----------------------------------------------------

Birim alan debisi (N=700 mm)

-----------------------------------------------------

% Yağış mm/yıl m³/ha.gün m³/ha.gün

-----------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------

Paletli Yak. 40 Yak. 280 Yak. 7,7 0,9 ile

Kompaktör Yak. 25 Yak. 175 Yak. 4,8 8,6 arasında

-----------------------------------------------------------------

Ek 2:

Çizelge :Sızıntı suların ve atıksuların organik kirlilik yükleri

---------------------------------------------------------------------------------

Parametreler Birim Evsel çöpten gelen sızıntısu Atıksu Silaj suyu

Yeni deponiler Eski deponiler (Evsel) (Pancar)

---------------------------------------------------------------------------------

KOİ mg O₂/l 4 000 - 60 000 250 - 10 000 500 - 800 > 30 000

---------------------------------------------------------------------------------

BOİ₅ mg O₂/l 3 000 - 45 000 80 - 5 000 300 - 500 > 20 000

---------------------------------------------------------------------------------

TOC = Topl.org. mg O₂/l 2 000 - 20 000 1 000 - 5 000 200 - 350 > 10 000

karbon

---------------------------------------------------------------------------------

Ek 3:

Çizelge : Evsel çöp yakma tesisi kül ve cüruf deponisinden sızan sıvı ve emisyon değerleri

Parametreler Boyutu Değerleri

----------------------------------------------------------------

Koku --- tiddetli

Görünümü ---- sarı, berrak

pH-değeri ---- 6 - 10

Elektriksel iletkenlik uS cm^-1 19.000 - 53.000

Buharlaşma kalıtısı mg/l 15 000 - 34.000

Yanma kalıntısı mg/l

Toplam sertlik ^od

KOİ mg/l

Amonyum mg/l 10 - 140

Klorür mg/l 6 500 - 20 000

Sulfat mg/l 70 - 1 300

Nitrat mg/l 0.10 - 183

Nitrit mg/l

Siyanür mg/l

Sülfür, hidrojensülfür mg/l <0,2

KMnO₄- tüketimi mg/l

Su banyosunda buharlata-

bilen fenoller mg/l

TTC- testi

TOC mg/l 10 - 44

Sirke asiti mg/l

Sodyum mg/l 2 000 - 8 200

Potasyum mg/l 2 000 - 10 000

Magnezyum mg/l 10 - 80

Kalsiyum mg/l 100 - 1 400

Kurtun mg/l < 0,1 - 0,9

Krom (Toplam) mg/l < 0,05 - 0,10

Bakır mg/l < 0,05 - 0,30

Çinko mg/l < 0,05 - 0,30

Kadmiyum mg/l < 0,02 - 0,15

Nikel mg/l < 0,05 - 0,60

-----------------------------------------------------------------