katı atık düzenli depolama alanından kaynaklanan uçucu organik

katı atık düzenli depolama alanından kaynaklanan uçucu organik

İZAYDAŞ KATI ATIK DÜZENLİ DEPOLAMA ALANINDAN KAYNAKLANAN
BTEX EMİSYONLARININ BELİRLENMESİ
Fatih TAŞPINAR, Emrecan ÇÖKELEK, Ertan DURMUŞOĞLU, Aykan KARADEMİR
Kocaeli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, 41040, Kocaeli
ÖZET
Ülkemizde düzenli depolama ile katı atık yönetimi en yaygın metot olarak kullanılmaktadır.
Her ne kadar depolama sırasında ve sonrasında kullanılan mühendislik yöntemleri, atıkların
çevrede oluşturacakları olumsuz etkileri minimize etse de, atmosfere verilen deponi gazı ve
buna bağlı oluşan koku, özellikle yakın yerleşim bölgeleri için olumuz etkiler
oluşturmaktadır. Bu çalışmada Kocaeli Büyükşehir Belediyesi tarafından işletilmekte olan
İZAYDAŞ düzenli depolama alanında kapatılmış bulunan atık lotlarından kaynaklanan uçucu
organik bileşenlerden BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, ve Xylenes) emisyonları
belirlenmiştir. Çalışma EPA metodu TO-17’ye göre gerçekleştirilmiştir. Metoda göre
hazırlanmış ve şartlandırılmış, 3 farklı adsorban içeren (Carbosieve SIII, Carboxen 1000,
Anasorb CMS) Stainless Steel Universal adsorban tüpler uçucu organiklerin örneklemesinde
kullanılmıştır. Alınan sonra numuneler laboratuarda Thermal Desorber (Markes Unity) ve
GC-FID (6890N, Hewlett-Packard) kullanılarak analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarına göre
minimum ve maksimum Benzen, Toluen, Etilbenzen ve Ksilen konsantrasyonları sırasıyla şu
şekilde elde edilmiştir: 60.4-771.5, 279.6-7834.3, 36.753-2942.3, 9.6-1242.4 µg/m3.
Anahtar Kelimeler: Katı Atıklar, Düzenli Depolama, Deponi Gazı, Uçucu Organik
Bileşikler, BTEX, Termal Desorpsiyon, İZAYDAŞ.
1
MEASUREMENT OF BTEX CONCENTRATIONS EMITTED FROM IZAYDAS
SOLID WASTE LANDFILL
ABSTRACT
In Turkey, landfilling is the most preferred method of municipal solid waste management
strategy since it is still considered to be the most cost-effective method of waste disposal.
Landfills are very complex systems in which various interactive processes proceed
simultaneously. Following waste deposition, a landfill gas mainly comprised of methane and
carbon dioxide is generated due to the microbial decomposition. Various trace volatile
organic compounds (VOCs) besides main components of landfill gas are also produced. In
this study, BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, ve Xylenes) emissions emitted at the
IZAYDAS landfill (Kocaeli, Turkey) was determined. Samples were collected and analyzed
by EPA Method TO-17. Sampling tubes has three bed and include three different adsorbent
material (Carbosieve SIII, Carboxen 1000, Anasorb CMS). The tube adsorption and VOCs
analysis were performed using Thermal Desorber and GC/FID system. This system includes a
Thermal Desorber (Markes Unity) interfaced to a Gas Chromatograph (6890, HewlettPackard) fitted with a FID detector. The minimum and maximum concentrations of Benzene,
Toluene, Ethylbenzene, and Xylenes measured are 60.4-771.5, 279.6-7834.3, 36.753-2942.3,
9.6-1242.4 µg/m3, respectively.
Keywords: Solid Wastes, Landfilling, Landfill Gas, Volatile Organic Compounds, BTEX,
Thermal Desorption, İZAYDAŞ.
1. GİRİŞ
Türkiye’de ve dünyada düzenli depolama yöntemiyle katı atık bertarafı en yaygın yöntemdir.
Bunun en önemli sebebi mevcut yöntemler içerisinde en ucuz katı atık bertaraf yöntemi
2
olmasıdır. Katı atık depolama alanlarında meydana gelen gazlar atıkların bozunması sonucu
oluşmaktadır. Oluşan bu deponi gazı esas olarak %50-60 metan, %40 karbondioksit ve çok
çeşitli diğer gazlardan oluşur (H2S, NOx, CO, uçucu organik bileşikler, vs.). Sera etkisine
neden olan ve insan sağlığı açısından toksik etki gösteren bu gazların ciddi bir biçimde ele
alınması gereklidir. Depolanan atıklar aerobik ve anaerobik kompleks reaksiyonlar sonucu
bozunması sonucu düşük konsantrasyonlarda fakat yüksek toksisiteye sahip, uçucu organik
bileşikler (VOC) oluşmakta ve bu emisyonlar atmosfere ulaşmaktadır. Uçucu organik
bileşenlerin oluşmasına katı atıklar içinde bulunan plastikler, solventler, boyalar ve katkı
maddeleri (vernik vs.), gazete kağıtları, mürekkep, tekstil ürünleri, yapıştırıcı maddeler neden
olmaktadır. Bu uçucu organik bileşiklerin emisyonları doymamış ve asidik hidrokarbonları,
alkolleri, aromatik bileşikleri, halojenli organik bileşenleri ve sülfürlü bileşikleri içermektedir
(Zou v.d., 2003). İngiltere’de kapatılan 7 adet depolama sahasında yapılan bir çalışmada
140’dan fazla uçucu organik bileşiği tespit edilmiş, bunlardan 90 tanesine tüm tesislerde
rastlanmıştır (Allen v.d., 1997). Özellikle depolama tesislerindeki kötü kokuların sebebi bu
bileşiklerdir.
Depolama alanlarından kaynaklanan uçucu organik bileşiklerin analizi için USEPA veya
ASTM metotları geliştirilmiştir. Özellikle USEPA tarafından hazırlanmış metot TO-14,
TO-15, TO-17, Metot 8020 serisi vb. veya ASTM D6196 gibi metotlar çeşitli analitik
yöntemlere göre bu bileşiklerin analizinde kullanılmaktadır. Canisterlere veya adsorban
tüplere atmosferden hava numuneleri alıp, bu numuneleri Purge&Trap veya Termal
Desorpsiyon yöntemleri ile analiz gerçekleştirmek kullanılan yöntemlerdendir. Bu çalışmada
Kocaeli Büyükşehir Belediyesi tarafından işletilen İZAYDAŞ Düzenli Depolama Tesisinin
kapatılan lotlarından, adsorban tüplere alınan numuneler, USEPA Metodu TO-17’ye göre
termal desorpsiyon yöntemi ile analizi yapılarak BTEX (Benzen, Toluen, Etilbenzen,
3
mpKsilen ve oKsilen) emisyonlarının neden olacağı sağlık riskleri araştırılmış ve risk
değerlendirmesi yapılmıştır.
2. ÇALIŞMA ALANI
Yapılan çalışmada Kocaeli ilinde kurulu bulunan İZAYDAŞ Düzenli Depolama Alanı
incelenmiştir. Depolama alanı 1998 yılında 363.007 m² ‘lik alana kurulmuş olup toplam
kapasitesi 3.163.000 m3 ‘tür. Deponi alanı 7 lottan oluşmaktadır. Bu lotlardan 6 tanesi
(264,842 m²) kentsel katı atık depolaması için ve bir lotta (6 nolu lot) endüstriyel nitelikli katı
atıkların (98,165 m²) depolamasında kullanılmaktadır. Depolama alanı Kocaeli ili ve
çevresinden oluşan ve günlük 400 tona ulaşan kentsel katı atığı kabul etmektedir (GK, 2005).
2002 yılı ortalarında altı kentsel katı atık lotundan ikisi olan Lot 5 ve Lot 7 (ve LOT 4)
dolduğu için kapatılma şartlarına uygun olarak üstü örtülerek kapatılmıştır. Şu anda LOT 3
alanına depolama yapılmakta olup bu lotunda yarısından çoğu dolmuştur (Şekil 1).
Şekil 1. İZAYDAŞ Düzenli Depolama Alanı.
4
Düzenli depolama alanına kamyonlarla gelen atıklar bir ayırma ve sınıflama işlemine tabii
tutulmadan, tartım yapılarak doğrudan düzenli depolama alanına iletilmektedir. Depolama
sırasında deponi alanı sıkıştırılmakta ve kötü kokuların çıkmasını, atıkların dağılmasını ve
patojen mikroorganizmaların çoğalmasını önlemek veya en aza indirmek için günlük bir
toprak örtüsü ile kaplanmaktadır. Depolama alanları süzüntü suyu ve gaz toplama (şu anda
sadece LOT 7 için bulunmakta) sistemi ile donatılmıştır. LOT 7 alanında oluşan deponi gazı
bir gaz toplama sistemi ile toplanmakta ve belli sürelerle flare noktasında yakılmaktadır.
Ülkemizde geçmişte çevre koruma veya halk sağlığına gereken önlemin verilmemesi, kentsel
katı atıkların düzensiz uzaklaştırılmasının en önemli sebebi olmuştur. Bu ise çeşitli
problemleri beraberinde getirmiştir. Örneğin, 1995 yılında İstanbul’da bulunan Ümraniye açık
çöp depolama alanında depolama gazı patlaması meydana gelmiştir (Kocasoy ve Curi, 1995).
Depolama gazı çoğunlukla CH4 ve CO2‘ten oluşmasına rağmen uçucu organik bileşenler gibi
bir çok gaz da oluşmakta ve bunların çoğu yanıcı ve zehirleyici özellik göstermektedir
(ISWA, 1993). Deponi alanında oluşan kokular çevre alanlarda oturan insanları rahatsız
etmektedir. Ayrıca bu kötü kokulara neden olan gazların çoğunun kanserojen özellik taşıdığı
da bilinmektedir. Bu nedenle özellikle depolama alanında çalışan insanların sağlığı üzerinde
istenmeyen olumsuz etkiler meydana getirebileceği düşünülmektedir.
3. MATERYAL ve METOD
Adsorban tüplere atmosferden alınan örnekler ve bu örneklerin analizleri USEPA metodu
TO-17’ye göre yapılmıştır (USEPA, 1999). Bu metot içerik olarak atmosferdeki uçucu
organik bileşenlerin adsorban tüplere aktif örneklemesini ve analizini içermektedir.
Örneklemede kullanılan adsorban tüplerin ve analiz için kullanılan Termal Desorpsiyon / Gaz
5
Kromatografisinde olması gereken özellikler ile yapılması gereken işlemler burada
tanımlanmıştır.
Örneklemede kullanılan adsorban tüpler üç yataklı sorbent malzeme içermekte olup bunlar
Carbosieve SIII, Carboxen 1000 ve Anasorb CMS’dir. Tüpler paslanmaz çelikten imal
edilmiş olup 1/2 inch çapında ve 3/2 inch uzunluğundadır. Tüpler çalışmaya başlamadan önce
şartlandırılmış ve kapatma koşullarına uygun olarak PTFE contalı kapaklarla kapatılmıştır.
Depolama alanında örnekleme yapılan noktalar Şekil 2’de gösterilmiştir.
TESIS
GIRIS ANA
YOLU
PARK YERI
KLINIK VE TEHLIKELI ATIK YAKMA TESISI
EVSEL VE ENDÜSTRIYEL KATI ATIK DÜZENLI
DEPOLAMA ALANLARI GENEL PLANI
GIRIS
KAPISI
LOT 6
GÜVENLIK
NOKTASI
ALANI : 98.165 m2
HACIM :969890 m3
KANTAR
IRI
S SIN
TESI
LOT 7
ORNEKLEME
UNITESI
ALANI:50945 m2
HACIM:290000 m3
LABARATUAR
PARK YERI
IDARI BINA
YEMEKHANE
REVIR
k alorife r hatti
LOT 5
ALANI: 63980 m2
HACIM:1029000 m3
4
FABRIKA
SAHA ALANI: 31 841 m2
LOT 4
5
ALANI:11845 m2
HACIM:101000 m3
2
LOT 3
ALANI: 32645 m2
HACIM:95000 m3
3
LOT 2
ALANI:28586 m2
HACIM: 68000 m3
DEPONI ALANLARI
ALAN VE HACIM TABLOSU
LOT NO
ALANI
HACIM
(m2)
(m3)
4
76.841 m2 1.580.000 m3
28.586 m2
68.0 00 m3
32.645 m2
95.000 m3
11.845 m2 101.000 m3
5
6
7
63.980 m2
98.165 m2
50.945 m2
1
2
3
LOT 1
ALANI: 76841 m2
HACIM:1580000 m3
TESIS SIN
IRI
1
1.029.000 m3
969.919 m3
290.000 m3
GENEL 363.007 m2 4.132.919 m3
DAF U
NITES
I
TESIS SINIRI
IZAYDAS
Şekil 2. Numune alma noktaları.
6
Noktaların seçiminde özellikle, ölçüm noktaları civarındaki gaz çıkış bacalarında metan gazı
detektörü ile yapılan ölçüm sonuçlarına göre, gaz çıkışları göz önünde bulundurulmuştur.
Çünkü süzüntü suyu bazı bacalardan gaz çıkışını engelleyebilmektedir. LOT 7 alanında gaz
toplama sistemi olduğu için buradan sadece 1 nolu nokta yani flare (yakıcı) noktasında tek
numune alınmıştır. Özellikle LOT 5 alanında gaz toplama sistemi bulunmadığı için ve
süzüntü suyunun yükselmesi nedeniyle bacaların tıkanması dolayısıyla gaz çıkışı olan baca
çevresi tercih edilerek 2, 3, 4 ve 5 nolu noktalardan numuneler alınmıştır. Numuneler Nisan
2007’de alınmıştır. Numune alınırken EPA metot TO-17’e göre 2 farklı hacim seçilmiştir.
Buna göre;
- 1 saat içinde 1 L numune almak için 16.7 ml/dak debide,
- 1 saat içinde 4 L numune almak için 66.7 ml/dak debide numune alınmıştır.
Her ölçüm noktasında hem 1 L hem de 4 L’lik numuneler alınmıştır. Numuneler düşük akımlı
pompa (AirLite) ve flow-tracker akım ölçer (Agilent) kontrolünde alınmıştır. Numune alma
koşulları göz önüne alındığında havadaki nemin az olduğu zamanlar tercih edilmiştir.
Örnekleme noktaları GPS (Etrex Vista) sayesinde adreslenmiş ve daha sonraki ölçümlerde
aynı noktalardan numune alınması sağlanmıştır. Numune alma noktalarının detayları ve
civardaki gaz çıkış bacaları Tablo 1’de verilmiştir.
Alınan numuneler 4 0C’nin altında organik solvent barındırmayan derin dondurucuda saklama
koşullarına uygun olarak saklanmıştır. Numuneler soğutmalı aktif karbonlu kaplarda taşınmış,
nem ve diğer girişimler önlenmiştir. Analizler ise laboratuar ortamında USEPA metodu
TO-17’ye göre yapılmıştır. Termal desorpsiyon/GC-FID ile analizlere başlamadan önce
kullanılan tüplere ve cihazlara özgü kalibrasyon eğrileri elde edilmiştir. Standart BTEX
kalibrasyon karışımları kullanılarak, 5 noktalı kalibrasyon yapılmış ve ortalama %99.5’lik
7
doğruluk elde edilmiştir. Termal desorpsiyon cihazına ait çalışma koşulları Tablo 2’de
verilmiştir.
Deponi Alanı:
Debi (mL/dk)
Hacim (L/h)
Süre (h)
LOT 7
Flare (LOT 7'deki
Tüm Bacalar)
Ölçüm 1 Ölçüm 2
MI08820 MI08820
1
2
16,67
66,67
1
4
1
GPS
Koordinatları
Kot (m)
Sıcaklık (C◦)
Baca No:
Tüp No
Hava Durumu
CH4 (%)
CO2 (%)
O2 (%)
N2 (%)
CO (%)
H2S (%)
LOT 5
LOT 5
LOT 5
LOT 5
1
26
10
25
Ölçüm 1
Ölçüm 2
Ölçüm 1
MI088205
MI088206
MI088205
16,67
1
66,67
4
16,67
1
Ölçüm 2
MI08820
6
66,67
4
Ölçüm 1
MI08820
7
16,67
1
Ölçüm 2
MI08820
8
66,67
4
1
1
N 40 47 04.7
E 030 0.1 15.3
N 40 47 06.7
E 030 01 18.5
N 40 47 06.7
E 030 01 18.5
1
N 40 47 13.5
E 030 01 14.3
127
14
Az
Bulutlu
63
157
13
Parçalı
Bulutlu
35,5
23
8,1
33,3
0
36
157
13
Parçalı
Bulutlu
35,5
23
8,1
33,3
0
36
126
12
Az
Bulutlu
58
33
2,6
6,3
0
0
31
16,7
72,4
0
0
Ölçüm 1
MI08820
9
16,67
1
Ölçüm 2
MI088210
66,67
4
1
N 40 47 07.9
E 030 01 18.2
127
10
Az
Bulutlu
40,5
0
6,2
26,2
0
97
Tablo 1. Numune alma noktalarına ilişkin detaylar.
Tablo 2. Termal Desorpsiyon cihazı çalışma programı.
Termal Desorpsiyon Cihazı Çalışma Programı
Primary Desorb (dak)
Tube Desorb (dak)
Tube Desorb Temp. (0C)
Trap Desorb (LOW) (0C)
Trap Desorb (HIGH) (0C)
Trap Desorb Hold Time (dak)
0,5
10
300
-10
300
3
Termal desorpsiyon işlemi ile alınan numuneden desorbe olan gazlar taşıyıcı He gazı
sayesinde GC-FID ’ye aktarılmaktadır. Sistem Splitless modda çalışılmıştır. GC’ye detektör
olarak FID, back-inlet kısmından bağlanmıştır. GC’de analizde kullanılan fırın programı ve
8
FID’ye ait program sırasıyla Tablo 3 ve 4’te verilmiştir. Kullanılan GC kolonu DB-VRX
kolonudur (30 m x 0.25 mm, 0.25 µm film kalınlığı).
Tablo 3. GC Fırın Çalışma Programı.
0
GC Oven Programı
Next (0C)
45
240
Toplam: 24,5 dak
C/dak
10
Hold (dak)
0
5
Tablo 4. Detektör (FID) Çalışma Programı.
GC FID (Detector) Programı
0
Heater( C)
H2 Flow (ml/dak)
Air Flow (ml/dak)
Make-up Flow (N2) (ml/dak)
250
30
350
7
Yapılan analizler sonucunda elde edilen örnek bir GC-FID çıktısı Şekil 3’te verilmiştir.
Şekil 3. GC-FID analiz çıktısı.
9
4. SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME
Laboratuar çalışmaları sonucu elde edilen 1 L ve 4 L’lik numuneler ait ortalama BTEX analiz
sonuçları Tablo 5’te verilmiştir. Çalışmada elde edilen maksimum ortalama Benzen, Toluen,
Etilbenzen, mpKsilen ve oKsilen konsantrasyonları olarak 0.77, 7.83, 3.72, 2.94 ve 1.24 mg/
m3 olarak bulunmuştur. Elde edilen bu sonuçlar literatür verileriyle karşılaştırılmıştır.
Tablo 5. Ortalama BTEX analiz sonuçları.
Analiz
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Numune Alınan Nokta
LOT 7 Flare (Ölçüm 1)
LOT 7 Flare (Ölçüm 2)
LOT 5 Baca 1 (Ölçüm 1)
LOT 5 Baca 1 (Ölçüm 2)
LOT 5 Baca 26 (Ölçüm 1)
LOT 5 Baca 26 (Ölçüm 2)
LOT 5 Baca 10 (Ölçüm 1)
LOT 5 Baca 10 (Ölçüm 2)
LOT 5 Baca 25 (Ölçüm 1)
LOT 5 Baca 25 (Ölçüm 2)
Benzen
(µg/m3)
Toluen
(µg/m3)
Etilbenzen
(µg/m3)
mpKsilen
(µg/m3)
oKsilen
(µg/m3)
60,398
276,637
36,753
14,794
9,625
273,749
7834,265
307,806
228,002
146,350
408,689
-
737,320
1032,117
492,364
771,477
-
3717,07
2942,284
1242,415
169,355
2307,059
374,625
438,474
187,626
Zou ve diğ. (2003) nin mevsimsel olarak yaptığı bir çalışmada elde ettikleri maksimum
Benzen, Toluen, Etilbenzen, mpKsilen ve oKsilen konsantrasyonları µg/m3 olarak sırasıyla
şöyledir: 167, 202, 52, 97 ve 72. Yine benzer bir çalışma Allen ve diğ. (1997) tarafından 7
farklı depolama alanında yapılmıştır. Bu çalışmada elde edilen bazı maksimum emisyon
değerleri ise şöyledir; Benzen 7 mg/m3, Toluen 287 mg/m3, Ksilen 440 mg/m3’tür.
Analizler sonucunda elde edilen verilere göre IZAYDAŞ tesisi için özellikle Toluen ve
Etilbenzen konsantrasyonları diğer BTEX bileşenlerine oranla oldukça yüksek çıkmıştır.
Literatür verileri karşılaştırıldığında ise genel olarak BTEX konsantrasyonları düşüktür.
Buradaki farkların özellikle depolamanın nasıl gerçekleştirildiği, depolanan katı atıkların
10
karakteri (C/N oranı ve nem içeriği vs.), iklim koşulları, ortam sıcaklığı ve depolama alanının
kapatılma biçimine bağlı olarak değişebileceği unutulmamalıdır.
Ölçüm sonucunda elde dilen BTEX bileşenlerinin alanda çalışan işçiler açısından oluşturacağı
sağlık riskleri ve yakın yerleşim alanlarında yaşayan insanlara ulaşabilecek konsantrasyonları
belirlemek üzere bir dağılım modeli oluşturulması bu çalışmanın diğer adımlarını
oluşturmaktadır. Ölçümler devam etmekte olup, değişik hava koşullarında yapılacak ölçümler
sonucunda mevsimsel farklılıklar belirlenecektir.
TEŞEKKÜR
Bu çalışma TÜBİTAK tarafından 104Y378 nolu proje ile desteklenmiştir. Örnekleme
sırasında göstermiş oldukları yakın ilgi sebebiyle İZAYDAŞ yönetimine ve çalışanlarına
teşekkür ederiz. Ayrıca, bu çalışmanın gerçekleşmesindeki katkılarından dolayı Gebze
Yüksek Teknoloji Enstitüsü’nden Yrd. Doç.Dr. Pınar Kuş ve Yrd. Doç.Dr. Ahmet
Karagündüz’e teşekkür ederiz.
KAYNAKLAR
Allen, M., Braithwaite, A. ve Hills, C. (1997) “Trace Organic Compounds in Landfill
Gas at Seven U.K. Waste Disposal Sites”, Environ. Sci. Technol. 1997, 31,1054-1061.
USEPA (1999) “Compendium of Methods for the Determination of Toxic Organic
Compounds in Ambient Air Second Edition, Compendium Method TO-17 Determination of
Volatile Organic Compounds in Ambient Air Using Active Sampling Onto Sorbent Tubes”,
EPA/625/R-96/010b.
GK (2005) “Kocaeli İli Çevre Durum Raporu”, Kocaeli Valiliği (GK), Türkiye, s.
182-188.
11
ISWA (1993) “International Directory of Solid Waste Management 1993/4”, The ISWA
Yearbook.
http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0049.html (September 2005).
Kocasoy, G. ve Curi K. (1995) “The Urmraniye-Hekimbasi open dump accident”,
Waste Management and Research, 13 (4), 305-314, 1995.
Zou, S.C., Lee, S.C., Chan, C.Y., Ho, K.F., Wang, X.M., Chan, L.Y. ve Zhang, Z.X.
(2003) “Characterization of Ambient Volatile Organic Compounds at a Landfill Site in
Guangzhou, South China”, Chemosphere 51 (2003) 1015-1022.
12