Chapter IV Environmental Pollution Control and Auditing

Transkript

Chapter IV Environmental Pollution Control and
Auditing 770
INTERNATIONAL SUSTAINABLE BUILDINGS SYMPOSIUM
26-28 May 2010 Ankara-TURKEY
PASSIVE NOISE CONTROL IN BUILDINGS BY MEANS OF NOISE MAPS
INTEGRATED WITH SOUND INSULATION REQUIREMENT
Selma KURRAa, Levent DAL b
Bahcesehir University, Faculty of Architecture, [email protected]
b
Bahcesehir University, Technology Development Center, [email protected]
a
Abstract
Noise pollution is widely concerned environmental problem
related to land use planning, layout of buildings and
building design. The paper briefly describes the concept of
noise control and the objectives of noise mapping. The EU
Directive 49 requires preparation of the strategic noise
maps followed by the action plans until 2013 and 2014
respectively, for the areas whose population above
250.000 and along major highways, railways, airports and
industrial premises. The environmental engineers, town
planners and architects have to be involved in preparation
of the action plans in which the sound insulation of
buildings should be considered. The required insulation
performances for buildings’ external elements, can be
determined based on the noise maps. This paper
discusses about using this approach as a tool for passive
noise control within the concept of sustainable buildings. A
sample study is explained for Besiktas district in Istanbul.
Keywords: Noise pollution, noise mapping, insulation
1. Introduction
The worldwide interest in community noise problems has
amplified in the 1970’s with special emphasis on the
effects of noise. Annoyance from noise which is a psychoacoustic problem has been widely investigated paralel to
the severity of noise pollution in cities. The numbers of
field studies in the past, were conducted at national and
international levels and the experience gained from these
studies was later used in developing standards,
regulations and guidelines consitituting a part in
environmental noise management that has recently been
one of the major public concern in many countries [1].
and entertainment areas with amplified music, are the
factors contributing to environmental noise pollution and
inreasing the number of the people exposed to high noise
levels.
Acoustical levels and spectral, temporal and spatial
characteristics of environmental noises are described by
using different
units, metrics and descriptors. ISO
Standards and EU Norms propose the Equivalent Energy
Level; LAeq (or Leq, dBA ) in measurement and evaluation
of environmental noises and it is given by the following
formula:
T


L AeqT  10 log 10 1 / T  10 Lp (t ) / 10 dt  dB(A)
0


(1)
Lp(t) : Instantaneous level of noise, dBA, T: Observation
time in seconds (daytime or nighttime hours or 24 h)
2.2. Noise control strategies and action plans:
Noise control is a concept mainly to minimize the negative
effects (regarding health and comfort) by means of various
techniques that can be grouped as noise source
modification, environmental control and user protection.
Technical noise abatement problems have to be
approached as multidisplinary task within “noise control
engineering”, urban planning, architectural design, building
element and component construction and material
selection. Economical and regulatory measures are
incentives, restrictions, strenghtening policies and other
enforcements. Aid of technical knowledge for sound
insulation and training people, increasing the public
awareness about adverse effects of noise, etc, have to be
organized in the national strategies and action plans.
3. Noise Mapping and Regulations
2. Environmental Noise Pollution and Control
2.1. Noise Pollution
Noise is a physical phenomenon involved in the field of
acoustics and is accepted as an environmental pollution
imposing various health effects on people. The effects are
grouped as physical (risk of hearing loss), physiological
(high blood pressure, changes in metobolism, fatigue,
stresses etc), psychological (annoyance, anger etc), and
performance effects (interference with communication,
concentration loss, etc) [2]. As a widely spread nuisance, it
is an indicator of reduced life quality and loss of amenity in
environment. Dynamic characteristics of cities, population
increase, unplaned urbanization, transportation routes
passing through the noise sensitive areas, increased
speed and traffic volumes, extended airports, recreational
Dimensions of noise pollution in a specific area in terms of
noise levels, existing and planned buildings, population
exposed, future forecasts and degree of noise impact, can
be investigated both by the field studies and by the
strategical noise maps. Noise map is defined as
establishing a digital and visual model of a physical
environment including noise sources [3,4]. Main objective
is to provide a basis for noise control action plans. Noise
conditions are shown on a geographical map containing
information about land uses, buildings, population,
meteorology, etc with respect to equal noise contours to be
presented in categories.
3.1. Objectives of maps
The noise maps are prepared for the following purposes:
771















To investigate the noise conditions whether the existing
noise limits are exceeded or not
To obtain noise zones with respect to noise levels and
hot spots
To determine the population affected by various noise
levels
To assess the noise evels on the facades of sensitive
buildings
For new land use planning and to determine building
configurations in noisy areas
To investigate noisy activities (temporary or permanent)
To compare calculated and measured noise levels
To design barriers and cost analysis
To develop noise control strategies and action plans
To investigate the performance of a measure (e.g.
noise barriers) through comparisons of the “before” and
“after”maps
To evaluate the effects of alternative solutions against
environmental noise
To obtain data for the field surveys ( i.e. noise/dose
relationships in order to derive noise control criteria or
limits)
To compare the maps prepared for other pollutions (air,
etc)
To give information for community and to provide data
for decision makers
To assess economical losses due to noise pollution
and reductions in property values (e.g. 1 dB increase
in noise level corresponds to 1% decrease in house
rents).
Noise maps generally indicate the yearly average values
or the noise levels in favorable conditions implying the
worst cases. In addition to above purposes, the noise
maps can be used for determining the required sound
insulations for buildings. This topic will be emphasized
below.
3.2. Methodology of noise maps in built up areas
The EC Directive 49 (END) issued in 2002, enforces noise
mapping, and establishing the national noise policies in
Europe to be able to determine the strategic noise levels
for the future European Noise Policy [5]. Two types of
noise maps are defined as “Noise map” for a specific
environmental noise source such as transportation or
industry and “Strategical noise map” combining all the
noise sources to indicate the total impact in an
environment. END recommends the calculation models for
each type of environmental noise and the LAeq based noise
descriptors (Lden, L day, Lnight ) by taking into account of
tolerances varying with time. An additional document
(WG-AEN guide) has been published to predict the
uncertainties for reproducability of the results and
verification of the maps [6].
In Turkey, the regulation titled “Evaluation and
Management of Environmental Noise” incorporating the
END , came into force in 2008 in place of the previous
Noise Control By-Law issued under the Environmental
Law in 1986 [7]. The new regulation obliges professionals
to receive certification for noise mapping.
Noise mapping procedure:
The procedure involves: a. Data acquiring, b.Criteria
establishment and c. Calculation of noise levels both for
772
rural and urban areas and for the areas adjacent to major
highways, railways, airports and industrial premises. The
size of area, boundaries, scale of maps, the special
zones where vertical and detailed noise analysis to be
made, the grid system with the coordinates of receiver
points, have to be initially decided. Other factors to be
taken into account are cost of study, softwares to be
employed, capacity of computers, data availability,
technical skill and number of personel, time limit, existing
regulations and building codes. Acoustical field
measurements have to be conducted in noise mapping in
order to derive the reference noise data for validation of
the model.
Input data for noise mapping:
Source data: For transportation noise sources; higway
configurations (road geometry), capacities such as speeds,
volume of traffic, heavy vehicles, road gradient and cover,
airport plan, flight operations (daily, yearly etc.), types of
aircrafts and trains, railway structure, for industrial noise
sources: layout of buildings, types of manufacturing,
equipment, operation modes, etc. The acoustical emission
data for all the noise sources ( to be determined
specifically according to the relative standards). The
acoustic emissions should include sound power (in Lw,
dBA and spectral values), source directivity, spectral
levels, temporal variations depending on the source
operations.
Physical environment: Topography, ground cover,
building locations and sizes, number of floors,
meteorological factors (wind and tempereature gradients,
humidities), natural or built barriers (obstructions), green
plants, etc.
Demographic data: Land use information, building types,
population densities, average number of residents for each
building, social characteristics of the community, seasonal
activities (in touristic areas), sensitive buildings (schools
etc.), on-going and future construction sites etc.
Calculation of noise levels. Calculations using theoretical
or empirical models , are performed by taking into account
the reflective surfaces, diffractive barriers, sound
absorptive surfaces, attenuation of noise in the
atmosphere and effects of meteorological factors. The
noise levels are obtained at each grid point and the equal
noise contours are drawn through interpolations. Noise
levels are categorized at 1, 2 or 5 dB intervals on the
horizontal and vertical planes. The building blocks, parks
and all the urban texture are visualized underneath the
contours. Softwares are available for noise mapping but
selection of appropriate software requires validation
measurements in situ.
Outputs of the study contain noise maps, tabulated data
for the calculated results (emission analysis of sources,
point and grid analyses) and an evaluation report. The
recent technology facilitates the 3D noise maps and video
animations. Dynamic noise maps for dense areas and for
the noise sensitive buildings, can be prepared by
visualizing the real time variations of noise levels via
reference microphones and a modem through integration
of the measurements and calculations. Indication of the
limit values when exceeded, is alarmed by light or sound.
Evaluation of noise maps:
Noise zoning based on the noise map is made as follows
[8]:
A. Very noisy areas (Black zone) : Leq > 65 dBA
B. Moderately noisy (Grey zone) : Leq = 55 - 65 dBA
C. Quiet (White zone) :
Leq < 55 dBA
Zoning specified in the recent Turkish By-law is somewhat
different as:
Category A :
Lday < 55 dBA
Category B :
Lday 55- 64 dBA
Category C :
Lday 64-74 dBA
Category D :
Lday > 74 dBA)
Areas in km2 and the buildings remaining at each zone
with the population are analysed with the aim of protecting
the noise sensitive areas such as cemetaries, parks,
hotels, residential areas, educational buildings through
future planning of land uses and transportation routes.
EU Directive requires identification of the “Quiet Areas”
within agglomerations. Researches and discussions are
continuing on this issue and Defra (Britain) proposes a
quiet area of about 9 hectars to be preserved in the
agglomerations [ 9 ].
Sound Insulation
While preparation of the action plans against noise, sound
insulation to be implemented on the building facades is of
importance for the buildings remaining in the black and
grey zones especially in case that their removal to outside
these zones, can not be realized due to economical
reasons.
Determination and application of sound insulation is a
process acquiring noise data, specifying the input criteria,
analysis of existing insulations, calculation of the required
values, comparisons of different alternatives, improving
existing buildings.
Sound insulation namely “ sound transmission loss” is a
widely investigated subject in building acoustics and
various calculation models were developed based on the
transmission phenomenon [10-11]. EN 12354 document
recently published by also ISO, gives a standardized
model for airborne and structure-borne sounds including
flanking transmission [12]. However sound transmission
through multilayered building elements that are generally
used on the facades, is rather complex subject involving
numbers of parameters [13]. As known, the insulation
requirements should be given as spectral values and the
single number ratings such as Rw, DnTw, STC etc, are not
sufficient for the cases where the low frequency
components are emphasized in the source spectrum.
Therefore special corrections to the measured and
calculated values are applied complying ISO 717 [14].
Softwares such as Bastian, Insul, etc. facilitate the
computations and they can be combined with the mapping
programs such as Cadna-A to check the insulation
performances of the buildings [15-17].
Sound insulation criteria: Numbers of countries have
published their insulation criteria for the indoor building
elements as single number units. However, it is necessary
to determine the required facade performance values
based on the actual facade noise levels. A past study was
performed by using Rw, for different environmental sources
such as traffic, railway and aircrafts [18]. The required
sound insulation values should be established by
considering the factors given below:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Type of noise source
Acoustical characteristics of noise
Temporal variations (steady state, impulsive,
interrupted, etc.)
Indoor criteria (Highest acceptable indoor noise levels
e.g. NCB) [19]
Type of building construction (number of floors, facade
material, etc.)
Proportion of glazed surface to total facade
Psychoacoustic surveys, e.g. noise dose / response
(noise level &annoyance) relationship and insulation
satisfaction surveys in the field
Whether the windows are open or closed in summer
time (or the buildings with and without AC system)
Background noise levels (indoor sound levels)
In order to satisfy the required insulation values, type of
constructions and the typical building materials can further
be specified by using a classification scheme and referred
in the building codes after the cost and applicability
analysis.
4. Development of Sound Insulation Maps- A
Case Study
Setting sound insulation criterion for external building
elements exposed to high level of noise, depends on a
reliable noise data on the facades. Amount of sound
insulation to be provided by the building elements can be
determined based on the noise maps that should be
prepared in both existing and future situations. However
the façade noise levels can also be obtained by acoustical
measurements according to ISO 1996-2 .
On the other hand, the “most exposed façade” and the
“quiet façade” concepts have been defined by the END to
be considered in the action plans. Quiet façade is the
façade with noise level difference more than 20 dB from
the noisisiest façade (the most exposed façade), however
this subject is under discussion.
4.1. Determination of the required insulation values for
buildings
An approach that was developed to achieve the sound
insulation maps with the purpose of their use in building
codes, is explained below. Figure 1 shows the steps of the
process.
1. Acquiring a strategical noise map in the area
concerned and the detailed contours at a selected site,
2. Obtaining noise contours on the façades of sample
buildings,
3. Computing the required façade insulations as
“standardized level difference, D nT ” by a specific
program introduced in the noise mapping software:
773
L facade : Actual façade levels with reflections (Façade
required. Two different applicable matrices are given in
Tables 1c and 1d. The latter can be used for the detailed
assessments relative to noise zoning that recommended in
the new Turkish By- Law. The required insulation value
has been simplified in Table 1d by using the Leq based
weighted standardized level difference that can be
sembolized by DnT,w,eq .
map values +6 dB)
Table1c. Insulation quality classes (Proposal 1)
T
D nT  L facade  Lin  10 log 
 T0

 dB

(2)
D nT : Standardized level difference at each octave
band or third octave bands, dB
Lin : Highest acceptable indoor noise levels at octave
bands or third octave bands, dB or indoor limits, Leq,
dBA
T : Typical reverberation time of the room, s (at each
octave band)
T0 : Reference reverberation time for dwellings, 0.5 s
4. Obtaining the weighted standard level differences,
D nT,w dB
5. Correcting the insulation values by using the
adaptation term Ctr, 50-3250 according to ISO 717 and
obtaining D nT,w + Ctr, 50-3250 (or D nT,A,2 ) for the low
frequencies which are dominant in traffic noises as well
as in other environmental noises [14],
6. Preparing the insulation maps on the façade of sample
building (i.e. equal insulation contours on the vertical
plane) in terms of the calculated D nT,A, 2 values,
7. Observing the variation of the D nT,A, 2 values
according to a classification scheme:
The required insulations can be categorized by the classes
from A to E based on 5 dB increments as can be given in
Table 1a.
Table 1a. Insulation categories
Class
D nT,w + C50-3250
A
>60
B
60-55
C
55-50
D
50-45
E
<45
Table 1b. Building categories
Class
Degree
Building types according to the sensitivity to
noise
1
NCB 2535
2
NCB 3545
3
NCB 4555
Schools, residential buildings, cultural
buildings, hospitals, hotels, meeting halls,etc
Offices, restaurants, school labs, etc.
Shopping malls, sports halls,large offices,
business centers, playgrounds, kitchens,
etc.
8. Establishing the more detailed insulation criteria by
considering the type of building and the function of the
room behind the façade (i.e. the highest acceptable
indoor noise level):
The building types are categorized in accordance with their
sensitivity to noise as given in Table 1b. The proposed
scheme comprising the classes with respect to building
category and the noise zones in a matrix system” is given
below. Low class number implies high degree of protection
774
Noise zone
White (LAeq*<
55 dBA)
Grey (65< LAeq
< 55 dBA)
Black ( LAeq >
65 dBA)
Building sensitivity class
st
nd
rd
1 degree
2 degree
3 degree
Insulation
Insulation
Insulation
Class C
Class D
Class E
Insulation
Insulation
Insulation
Class A
Class A
Class B
Insulation
Insulation
Class A
Class B
Table 1d. Insulation quality classes (Proposal 2)
Noise
zones
from noise
maps, Leq
(daytime),
dBA
Façade
values,
dBA
(Map
façade
values
+6 dBA)
Indoor criteria
NCB* and
corresponding
noise levels
NCB
Curve
Leq,
dBA
Required
insulation**,
DnT, w, eq , dB
Insulation
category
(windows
closed)
C
NCB 15 25.2
48.8
D
NCB 20 29.6
44.4
D
NCB 25 34.1
39.9
D
A: <55
< 61
NCB 30 38.7
35.3
D
NCB 35 43.2
30.8
D
NCB 40 48.1
25.9
D
NCB 45 52.7
21.3
A
NCB 15 25.2
57.8
B
NCB 20 29.6
53.4
C
NCB 25 34.1
48.9
D
B: >55
61-70 NCB 30 38.7
44.3
D
NCB 35 43.2
39.8
D
NCB 40 48.1
34.9
D
NCB 45 52.7
30.3
A
NCB 15 25.2
67.8
A
NCB 20 29.6
63.4
A
NCB 25 34.1
58.9
B
C: >64
71-80 NCB 30 38.7
54.3
B
NCB 35 43.2
49.8
C
NCB 40 48.1
44.9
D
NCB 45 52.7
40.3
A
NCB 15 25.2
72.8
A
NCB 20 29.6
68.4
A
NCB 25 34.1
63.9
A
D: >74
>80
NCB 30 38.7
59.3
B
NCB 35 43.2
54.8
C
NCB 40 48.1
49.9
C
NCB 45 52.7
45.3
* NCB values are accepted as Leq values in place of max levels to
be on the safe side.
** When the C50-3150* corrections are applied, these values are
increased by about 10 dB which is also consistant with the +10 dB
correction applicable on the measured or predicted noise levels
according to ISO 1996-2 when the low frequencies in the source
spectrum are dominant.
When the required insulations of certain façade sections
differ more than 1 class, the below assumptions can be
made:
a. The uppermost class should be taken for application
after the feasibility analysis.
b. The proportional areas can be found between the
façade sectors assigned by different insulation classes,
to the total size of the façade. When assigning the
required insulation performances for the buildings, the
proportions of the insulation categories can be
established as finding the number of flats exposed to
each of 5 dBA band of noise.
Further studies should be performed in the existing built-up
environments:
– Evaluating the actual performance of the façade
under examination and determining the additional
insulation values especially for those in critical zones.
– Specifying the constructional characteristics and the
workshop drawings for the solid and glaze parts after
the feasibility (cost/benefit) analysis.
STUDY AREA
Size- Location- borders- Population (user type)- Building
As an implementation of the above methodology, Besiktas
district where the noise map had been prepared recently
by BUTECH has been selected. The area is 1.9 km2 and
remains between Bosphorus on the south, Yldz on the
North, Ortaköy on the East and Dolmabahçe on the west.
Traffic data of the main arteries in the area was
determined prior to mapping and the physical and
demographic data mentioned above was modelled by
Cadna A software. The actual building heights were
checked in the digital maps. Figure 3 gives the noise map
(and Table 2a summarizes the population exposed to
noise levels in categories. The numbers of buildings in
density
ENVIRONMENTAL NOISE SOURCES
Physical (types, locations, operations,etc.characteristics – Acoustical characteristics- Operational characteristics
Physical
environmental data
Meteorology (winds,
temp., humidty)
Topography
Ground cover
Barriers
Reflective surfaces
Source emissions, Lw (f)
Analysis of the
physical
environment
Selection of
thecalculation method
Calculation of noise levels at
grid points
Buildings
Building types
Building locations
Dimensions
Number of flats
Quiet/most noisy
facades
Noise sensitive
rooms
Preparation noise maps
(e.g. strategical)
Validity of maps by field
measurements
Noise/dose impact studies to set
indoor and outdoor criteria
Preparation facade noise
maps
Outdoor
noise
limits
Category
Building types
Room function
Time of day
Rural /urban
Noise source
relation with the façade noise levels are given in Table 2b.
Figure 3. Noise map for Besiktas District
Indoor
noise
limits
Typical facade?
Size of facade
Glazing %
Building
elements,
components,
Materials
Room size
Calculation of required insulation
RwCtraffic, RwCtrain, RwCaircraft, RwCindustry
Building categories
(Construction classes)
Insulation categories
(Quality classes)
Preparation facade
insulation maps
Area insulation maps at average height
taking max facade values
Determination of
alternative measures
Environmental measures
(barriers, change of traffic,
operation technique,
remove the sensitive use,
change the building use,
etc.)
Proportional facade
insulation values
Evaluations?
Determination of actual
facade insulation
. Number of facades to be
improved
. Number of residents
.Occupants’evaluations
Applicabil
ity?
No
No
Legal actions
. Restrictions
. Building
specifications
. Code of practice
. Incentives
Cost?
No
S
T
O
P
Technical
Implementation
Figure 1. Flow chart of the process of noise insulation
map preparation and evaluation
4.2. A sample study in Besiktas
Table 2a. Summary of the noise analysis in Besiktas
district
Population according to EU
requirement
Sound level, dB
With
Without
quiet
quiet
General
façade
façade
50>
3308
0
3308
5386
50-55
2078
0
2078
55-60
1436
60-65
2017
65-70
11738
70-75
13188 27436
>75
Noise pollution in Turkey has been discussed in various
publications based on the field studies [20-21]. Noise
mapping were started first in the Universities, recently
been conducted by the municipalities and the certificated
companies. Some examples are given in Figure 2. There
has also been some efforts in developing the facade
insulation criteria against environmental noises [22].
[KURRA,
Software: Mithra
Figure 2. Various noise maps prepared for Istanbul (Kurra)
0
1436
394
1622
9016
2722
11476
1712
2353
158
3452
2511
Table 2b. Statistics on the façade noise levels
Building
façade
level
Frequency
Cumulative %
35
1
0.03%
40
9
0.31%
45
56
2.03%
50
642
21.82%
55
367
33.13%
60
288
42.00%
65
844
68.01%
70
703
89.68%
75
197
95.75%
80
131
99.78%
85
7
100.00%
Total
3245
775
The analysis reveals that the building facades exposed to
noise levels of 65-70 dBA is the majority group (1547
buildings). The cumulative curve in Figure 4 reveals that
the 50% of the buildings are exposed to facade noise
levels exceeding 64 dBA .
Figure 5c. Facade receiver points used in the calculations
Figure 4. Histogram and cumulative curve about
distribution of the buildings with respect to noise levels
The two sample buildings located at the sites of different
noise conditions were selected to investigate the insulation
requirements: Building A: School building and Building B:
Hotel building, both having 6 floors. The methodology
explained in Figure 1 was applied to assign sound
insulations for the facades of the sample buildings. In
calculating the required D nT values, T=0.9 s has been
taken as an average value from the results of an earlier
field study conducted in Istanbul [ 20].
The Figures 5 a-d and 6 a-d demonstrate the results.
While Figures 5a and 6a indicate the detailed noise maps
in the vicinity of the buildings obtained at the standart
height of 4 m, the façade noise maps are given in Figures
5b and 6b. Figures 5c and 6c show the receiver points
positioned on the surfaces for the computations.
Ultimately, the insulation maps indicating the calculated
D nT ,w
values, can be seen in the Figures 4d and 5d
Interval
<50
50-55
55-60
60-65
Insulation
Class
C
B
A
A
Area
2
(m )
0
438
299
42
% of Total
Area
0
56.2
38.4
5.4
Figure 5 d.Required insulations (in DnT,w) for
the facades of Building A
together with the tables presenting the insulation classes
to be implemented on the facades.
Figure 6a. Detailed noise map for Building B
Figure 5a. Detailed noise map for Building A.
Figure 5b. Facade noise map for Building A (without
facade reflections)
776
Figure 6b. Facade noise map for Building
B (without facade reflections)
-
Type of building: Living and working, public or private
buildings, elderly, old and ancient buildings, lighter
industrial structures, well maintained buildings or well
repaired, single or two storey houses, row buildings,
multistorey buildings with flats (upto 5 floors and
above 5 floors ) and highrise apartments.
-
Type of construction: Traditionally built structures with
load bearing walls, modern buildings usually light in
weight, blockwork or brickwork, timber frame,
reinforced concrete frame, etc.
-
Type of facade material: Single glass, double glazed
with thermal insulation (min.10mm airgap with equal
glass thicknesses), solid parts with thermal insulation
(foam), curtain walls of massive (glass-reinforced
concrete GRC), composite facades,
-
Type of joints (important for flanking transmission)
-
Proportions of openings and glazed parts in %
-
Importance weighting factor to be specified by the
community for some buildings
Figure 6c. Facade receiver points used in the calculations
Interval
<50
50-55
55-60
60-65
Insulation
Class
C
B
A
A
Area
2
(m )
0
392
271
78
% of Total
Area
0
52.9
36.6
10.5
Figure 6d.Required insulations (in DnT,w) for the facades of
Building B.
4.3. Results of the study and proposals
Summary of the statistical results outlined in Table 2a
reveals that the number of people living in the black zone
is 27436 corresponding to 75% of the total population. This
number for the grey zone is 3452 as 9.5%. The higher
number of people seems to be living in the white zone, is
because of that the small streets and other possible
temporary noise sources were neglected in the study. The
sample study reveals that the required insulation values in
some areas are as high as 62 DnTw and the situation can
not be improved by modifying solely the window glazing
systems, but likely by alternating the total façade
constructions of the buildings.
The result of the study urges enactment of a new code for
sound insulation in buildings to be enforced by the
municipalities. Using the insulation maps as a design tool,
the existing construction data should be simplified within a
categorization scheme that can be made by considering
the below aspects which are valid for Istanbul.
Sound insulation maps indicate the areas and buildings
with the insulation categories or otherwise to be purchased
by the government as tampon area. Required insulation
maps according to noise zones specified by the noise
maps are useful in cost/benefit analysis, assessment of
value reductions in properties or flats. This analysis leads
to determine the incentives to be provided by the
government or municipalities in terms of the amount per
dB insulation. On the other hand, the requirements may
be lowered based on the investigations if the building has
a “Quiet Façade” due to the reduced annoyance.
5. CONCLUSION
As Probst said: “Noise mapping is a continuous fight” [22].
It deserves endless struggle to attain various purposes. In
this paper based on the noise maps, a methodology to
determine the required sound insulation has been
explained. The study can be extended or used in
developing regulations by the local municipalities
integrating with the local noise maps. However the starting
point must be completion of the database in the entire city.
The main problems in Turkey are difficulty in enforcement
and coordination between the various responsible parts. It
is also important that the politicians' attention should be
drawn on “development within a sustainable environment”.
References:
[1] Kurra S., “Çevre Gürültüsü ve Yönetimi“, Bahçeşehir
yaynlar, 2009 (3 cilt) Istanbul
[2] Berglund B., Lindvall T., “ Community Noise”, Archives
of the Center for Sensory Research, vol.2, issue
1,1995
[3] Probst W. and Petz M., “Noise Mapping, Hot Spot
Detection and action Planning-An Approach Developed
777
in the Frame of the EC-Project Quiet City”, Internoise
2007, paper no. 214, İstanbul
[4]
Wing L.C., Kwan L.C, Kwong T.M, “Visualization of
Complex Noise Environment by Virtual Reality
Technologies“, Environmental Protection
Department, HongKong.
[5]
http://www.science.gov.hk/paper/EPD_CWLaw.pdf
Directive 2002/49/EC of the European Parliament
and of the Council of 25 June 2002 relating to the
assesment and management of environmental noise,
Official journal of the European Communities, L
189/12-189/25, 18.7.2002.
[6]
Anon, Good Practice Guide for Strategic Noise
Mapping and the Production of Associated data on
Noise Exposure, Version 2 , 13.01.2006, European
Commission Working Group, Assessment of
Exposure to Noise (WG-AEN).
[7]
Çevresel Gürültünün Değerlendirilmesi ve Yönetimi
Yönetmeliği, TC Çevre ve Orman Bakanlğ, Resmi
Gazete, 7 Mart 2008
[8]
Anon, “The Green Paper on Future Noise Policy”,
European Commission, Nov.1997
[9]
http: //www.defra.gov.uk/environment/noise/research/
pdf/quiet-areas.pdf .
[10] Rasmussen B.,.Rindel J.H,“Sound insulation between
buildings-Desrciptors applied in building regulations
in Europe, Applied Acoustics 71, No 3.March 2010,
171-180
[11] Rasmussen B., “Sound insulation between dwellingsRequirements in building regulations in Europe”,
Applied Acoustics vol 71, april 2010, pp.373-385
[12] EN 12354-3 Façade acoustic insulation values
[13] Kurra S, Arditi D., »Determination of sound
transmission loss of multilayered elements, Part 1:
Predicted and Measured Results”,Journal of Acta
Acustica, vol.87,n.5,2001,582-592
[14] ISO 717 Rating of sound Insulation in buildings and
of building elements », Part 1,1996
[15] Bastian, The Building Acoustics Planning
System,Datakustikhttp://www.datakustik.com/en/prod
ucts/bastian/
[16] Insul, Marshall Day Acoustics
http://www.insul.co.nz/download.html
[17] Cadna A State-of-the-art Noise Prediction
Software,http://www.datakustik.com/en/products/cad
naa/
[18] Kurra S, Tamer N, “Rating criteria for façade
insulation”, Applied Acoustics, 40, 1993, 213-217
[19] Beranek B,” Application of NCB noise criterion
curves for specification and evaluation of noise in
buildings”, Noise Control Engineering Journal,32
1989, 209-216.
778
[20] S. Kurra, N. Aksugur, A. Arik, "Analysis of
Environmental Noise and Determination of Highest
Acceptable Noise Levels with Regard to Noise
Control in Istanbul", research supported by Turkish
Scientific and Technical Research Establishment
(TUBITAK), Project no: 524/A, Feb.1981.(Turkish)
[21] Kurra S., Tamer N., Rice C., "Environmental Noise
Pollution Research Project" supported by United
Nations Development Program, under the coordination of Turkish Ministry of Environment, Project
No: TUR 90/013, Nov.1995 (English and Turkish)
[22] Probst W.,Huber B, “The Sound Power Level of
Cities”, Sound and Vibration, May 2003
SHEAR STRENGTH OF MUNICIPAL SOLID WASTE AND STABILITY OF LANDFILLS Nihat Sinan IȘIK
Gazi University, Faculty of Technology, Construction Department, Ankara, Turkey, [email protected]
Abstract Quantity of waste has increased excessively with increasing industrialization.
Some wastes are non degradable and hazardous to environment. Landfills are
very important facilities for a sustainable environment. However the
controlled disposal of municipal solid waste (MSW) is a relatively new subject.
The issue of slope stability of landfills is critical for the safety of people
working on and living near to landfill sites. In addition failure of leachate and
gas collection systems due to a slope failure is also a risk to the environment.
Therefore the assessment of slope stability of landfills is very important. In
this study slope stability analyses of typical landfill geometries were
performed using various shear strength recommendations for MSW. In
addition, effect of pore water pressure and seismic loading on the stability of
landfill slopes was also assessed.
Keywords: Municipal solid waste, landfills, landfill stability
1. Introduction Quantity of waste has increased excessively with increasing industrialization.
Depending on the source of generation, some wastes may degrade into
harmless products whereas others may be non degradable and hazardous [1].
The controlled disposal of municipal solid waste (MSW) was only recognized
as an activity falling within the sphere of the civil engineer in the early 1930s
and the first technical guide to environmentally acceptable disposal of MSW
was published by the American Society of Civil Engineers (ASCE) in 1959 [2].
The ASCE used the term “landfilling” for a controlled operation in which MSW
is deposited in layers, each layer being compacted and covered with soil
before depositing the next [2].
Modern landfills are well-engineered facilities that are located, designed,
operated and monitored to ensure compliance with federal regulations [3].
They have tight location restrictions, composite liners, leachate collection and
removal systems, operating practices, groundwater monitoring requirements,
closure and post closure requirements [3]. Landfills are very important
facilities for a sustainable environment. However prior to 1959 and in many
places to this day, MSW was and is disposed of by uncontrolled tipping or
dumping, an operation in which waste is tipped or dumped to fill in a preexisting hole, or else dumped on the side of a hill without any attempt either
to compact or cover it [2].
Between 1977 and 2005 six large-scale failures of MSW dumps and landfills
have been recorded in the technical literature, the
volumes of waste
mobilized in the failures varied from3 10 – 12000 m3 in a failure that killed
nearly 300 people to 1.5 million m in a failure that caused no deaths or
injuries [2]. The flow slide at Sarajevo, 1997; the flow slide at İstanbul, Turkey,
1993 are the examples of slope failures in uncontrolled dump sites. The failure
Rumpke landfill in Ohio, USA, 1996, failure at Bogota, Colombia, 1997 and failure
of Ano Liossia landfill, Greece, 2003 are the examples of slope failures in
engineered landfill sites. Figure 1 presents a view from the failure of Rumpke
landfill.
Figure 1. A view from Rumpke landfill failure [4].
The issue of slope stability is critical for the safety of on-site workers, the
safety of people living near the base slopes of the landfill, protection of
investments made in improving the level of engineering of the landfill,
prevention of the large remediation costs [5]. Failure of leachate and gas
collection systems due to a slope failure is also a risk to the environment.
Therefore the assessment of slope stability of landfills is very important
because the height of proposed landfills is increasing due to space limitations
and increasing waste generation.
In this study slope stability analyses of typical landfill geometries were
performed using the shear strength recommendations of Eid et al. [9], Bray et
al. [6] and Strark et al. [7]. In addition effects of pore water pressure and
seismic loading on the stability of landfill slopes were assessed.
2. Shear Strength of Municipal Solid Waste Static and dynamic slope stability assessments of MSW landfills require
accurate estimation/determination of shear strength of MSW. However there
is considerable uncertainty associated with the MSW shear strength values
currently employed in practice [6]. This is due to heterogeneous nature of
MSW and difficulty in sampling and testing. Shear strength of MSW is a
function of many factors such as waste type, composition, compaction, daily
cover, moisture conditions, age, decomposition, overburden pressure etc. [7].
The Mohr-Coulomb strength criterion is generally used to characterize the
shear strength of MSW. Stark et al. [7] indicate that reported values of MSW
effective stress friction angle () range from 10 to 53 while effective stress
cohesion (c) ranges from 0 to 67 kPa.
2.1. Factors Affecting the Shear Strength of MSW. As it was previously stated shear strength parameters of MSW dependent on
various variables such as composition, age of MSW etc.
It was observed that shear strength of MSW is stress dependent particularly
at higher confining stresses [6]. The equivalent friction angle of MSW appears
to decrease as the normal stress increases [8].
779
The shear strength of MSW is shear displacement or axial strain dependent
and tends to increase with increasing deformation [9]. Stark et al. [10]
conclude that the shear strength of MSW increases with increasing strain or
displacement; they conclude that MSW acts as a reinforced mass and
additional strain/displacement mobilizes the reinforcing effect of plastics,
rope, fabrics and other materials. Although the shear strength of MSW
increases with increasing strain or displacement, in order to obtain strain
compatibility between MSW and liner systems which have different stressstrain response a limiting value of strain for MSW should be chosen. Figure 2
displays comparison of the responses of MSW in direct shear testing for
specimens where fibers are oriented parallel or perpendicular to the horizontal
shear surface.
Bray et al. [6] recommended Eqn. 1 and 2 for the shear strength of MSW.
  c   n tan( ) .
(1)
n 
 .
P
 a
  o   . log
(2)
Where c = 15 kPa, 0 = 36,  = 5, and Pa = Atmospheric pressure.
In order to compare the shear strength envelopes of Milanov et al. [12], Eid et
al. [9], Isenberg [14], Stark et al. [7] and Bray et al. [6] recommendations were
plotted on graph (Figure 3).
Shear Strength (kPa)
450
Isenberg (2003) Low
400
Isenberg (2003) High
Milanow et al. (1997) Low
350
Milanow et al. (1997) High
Eid et al. (2000)
Stark et al. (2009)
300
Bray et al. (2009)
250
200
150
100
Figure 2. Comparison of the responses of MSW in direct shear testing for
specimens where fibers are oriented parallel or perpendicular to the horizontal
shear surface [6].
The orientation of these reinforcing particles should also influence the shear
strength of MSW. During compaction, it was observed that the long axis of the
larger fibrous particles generally became oriented in the horizontal plane
mimicking the waste structure typically observed in the field [11]. Waste
composition does greatly influence the shape of stress – strain response
observed in triaxial testing with specimens with higher amounts of waste
products, such as paper, plastic and wood, having greater tendency to exhibit
upward curvature [6].
Loading rate is also effects the shear strength of MSW. Mobilized shear
strength increased by 10 – 15 % for a log cycle increase in the displacement
rate during the series of direct shear tests [6].
The effects of waste degradation on MSW shear strength have not been
addressed to any significant extent. Based on limited testing it has been
suggested that degradation will lower the strength of MSW [6].
2.2. Recommendations of Shear Strength of MSW. There are a large number of studies regarding the shear strength of MSW in
the literature. In this section there is a brief summary of shear strength
parameters recommended for MSW from some selected references.
Milanov et al. [12] reported that reasonable shear strength parameters of MSW
are  = 35 - 40 and c = 1 – 2 kPa.
Van Impe [13] recommended a tri linear envelope for the shear strength of
MSW. For effective normal stress (n) between 0 and 20 kPa,  = 0 and c =
20 kPa, for n = 20 – 60 kPa,  = 38 and c = 0 kPa and for n > 60 kPa, 
= 30 and c > 20 kPa.
Eid et al. [9] recommended to use  = 35 and c = 25 kPa for the stability
assessments of landfills.
Isenberg [14] stated that shear strength parameters of MSW ranges between
 = 20 - 35 and c = 0 - 50 kPa.
Stark et al. [7] recommended a bi linear envelope should be used to represent
the shear strength of high normal stresses. For normal stresses less than 200
kPa, shear strength parameters of c = 6 kPa and  = 35 and for normal
stresses greater than or equal to 200 kPa, c = 30 kPa and  = 30 are
recommended.
780
50
0
0
100
200
300
400
500
600
Normal Stress (kPa)
Figure 3. Comparisons of the shear strength envelopes of Milanov et al. [12],
Eid et al. [9], Isenberg [14], Stark et al. [7] and Bray et al. [6] recommendations.
As it is clear from Figure 3, shear strength envelope recommended by Eid et
al. [9] is above from the shear strength envelopes recommended by both
Stark et al. [7] and Bray et al. [6]. Shear strength envelopes of Stark et al. [7],
Bray et al. [6] and lowest shear strength envelope recommended by Milanov
et al. [12] are very close to each other. However shear strength envelope of
Stark et al. [7] is slightly lover than that recommended by Bray et al. [6].
3. Slope Stability Assessment of a Typical Municipal Solid Waste Landfill As it was clearly presented in section two, there are various
recommendations of shear strength values of MSW. In order to assess the
factor of safeties determined using Eid et al. [9], Bray et al. [6] and Stark et al.
[7] shear strength recommendations. Slope stability analyses of a typical
landfill with heights of 20, 50, 100 and 150 meter and a slope of 2:1 were
performed using Bishop [15], Spencer [16] and Morgenstern and Price [17]
methods. Analyses were performed using Slide [18] limit equilibrium slope
stability analysis software. During calculations circular failure surfaces were
searched using auto refine search algorithm with a total of 30 slices. A total
of 4500 failure surfaces were searched for each case. Figure 4 displays the
slope geometry for 20 meter high landfill. In Figure 5 all the searched failure
surfaces are presented for a landfill having 20 meter height.
MSW
BEDROCK
Figure 4. The slope geometry for 20 meter high landfill.
The difference between shear strength recommendations is largest for a
landfill with a 20 meter height, and as height increases the difference
diminishes.
Most critical failure surfaces (i.e. surfaces having lowest factor of safety)
determined by using shear strength parameters recommended by Eid et al.
[9], Bray et al. [6] and Stark et al. [7] are compared in Figure 7.
(a)
Figure 5. All searched failure surfaces for a landfill having 20 meter height.
Table 1, 2, 3, 4 present the lowest factor of safeties for landfills having 20, 50,
100 and 150 meter heights respectively.
Table 1. The lowest factor of safeties for landfill which is 20 meter height.
Eid et al. [9]
Bray et al. [6]
Stark et al. [7]
Bishop [15]
3.050
2.668
1.986
Spencer [16]
3.045
2.660
1.983
Morgenstern and
Price [17]
3.040
2.659
1.981
Eid et al. [9]
Bray et al. [6]
Stark et al. [7]
Bishop [15]
2.239
2.047
1.712
Spencer [16]
2.234
2.043
1.711
(b)
Morgenstern and
Price [17]
2.232
2.040
1.710
Eid et al. [9]
Bray et al. [6]
Stark et al. [7]
Bishop [15]
1.919
1.764
1.600
Spencer [16]
1.915
1.761
1.599
Morgenstern and
Price [17]
1.913
1.758
1.597
Eid et al. [9]
Bray et al. [6]
Stark et al. [7]
Bishop [15]
1.792
1.537
1.644
Spencer [16]
1.791
1.532
1.641
Morgenstern and
Price [17]
1.790
1.534
1.639
(c)
For all landfill heights Bishop [15], Spencer [16] and Morgenstern and Price [17]
limit equilibrium methods yielded very close factor of safeties. However factor
of safeties determined from Morgenstern and Price [17] method are slightly
lower. Lowest factor of safeties were obtained with the shear strength
parameters recommended by Stark et al. [7]. In Figure 6 change of factor of
safeties (determined with Morgenstern and Price [17] with increasing landfill
height are presented.
3.50
Factor of Safety
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
Eid et al. [9]
Bray et al. [6]
Stark et al. [7]
0.50
0.00
0
50
100
150
Height (m)
Figure 6. Change of factor of safeties (determined with Morgenstern and Price
[17] with increasing landfill height.
Figure 7. Comparison of most critical failure surfaces (i.e surfaces having
lowest factor of safety) determined by using shear strength parameters
recommended by (a) Eid et al. [9], (b) Bray et al. [6] and (c) Stark et al. [7].
Most critical surfaces determined using the shear strength recommendations
of Eid et al. [9] and Bray et al. [6] are similar but the most critical surface
determined using the shear strength recommendation of Stark et al. İs
significantly shallower than the others.
781
3.1. Effect of Pore Pressure on Slope Stability of Landfills In general water content of MSW is lower than its field capacity. However in
the case of bioreactor landfills where leachate is recirculated to increase
decomposition of waste significant pore pressures may develop. Increase in
the MSW moisture content creates a more favorable environment for the
biological decomposition organic matter in the landfill and therefore
accelerates the decomposition of refuse [19]. There is a substantial evidence
that pore pressures do play a role in waste stability (for example the failure in
Bogota, Colombia followed the injection of leachate into wells within the
waste mass) [5].
In order to determine the sensitivity of factor of safety to pore water
pressures slope stability analyses of a landfill having 150 meter height were
performed using Morgenstern and Price [17] method and shear strength
parameters recommended by Stark et al. [7]. In these analyses pore water
pressure ratio (ru) varied between 0.1 to 0.8.
ru 
u
 .H s
.
(3)
Where u is the pore pressure,  is the unit weight of the MSW and Hs is the
height of overlaying MSW.
Figure 8 presents the results of sensitivity analyses of pore pressure ratio.
1.80
Factor of Safety
1.40
1.20
In this study slope stability analyses of typical landfill geometries were
performed using the shear strength recommendations of Eid et al. [9], Bray et
al. [6] and Stark et al. [7]. In addition to this, effect of pore water pressure and
seismic loading on the stability of landfill slopes was assessed.
For all landfill heights Bishop [15], Spencer [16] and Morgenstern and Price [17]
limit equilibrium methods yielded very close factor of safeties and lowest
factor of safeties were obtained with the shear strength parameters
recommended by Stark et al. [7].
The difference between shear strength recommendations is largest for a
landfill with a 20 meter height, and as height increases the difference
decreases.
Most critical surfaces determined using the shear strength recommendations
of Eid et al. [9] and Bray et al. [6] are similar but the most critical surface
determined using the shear strength recommendation of Stark et al. İs
significantly shallower than others.
References 1.00
0.80
0.60
[1].
2.00
Oweis, I. S and Khera, R. P., “Geotechnology of Waste Management”, ISBN:
0534945244, PWS Publishing Company, Inc., Boston, 496 (1998).
[2]. Blight, G., “Slope Failures in Municipal Solid Waste Dumps and Landfills: a
Review”, Waste Management and Research, 26: 448-463 (2008).
[3]. EPA, “http://www.epa.gov./osw/nonhaz/municipal/ landfill.htm”, (2010).
[4]. Dr. Kölsch, “http:// dr-koelsch.de/ html/rumke__gb_.html”, (2010).
[5]. Gharabaghi, B., Singh, M. K., Intratas, C., Fleming, I. R., McBean, E.,
“Comparison of Slope Stability in two Brazilian Municipal Landfills” Waste Management, 26: 1509-1517 (2008).
[6]. Bray, J. D., Zekkos, D., Kavazanjian, E., Athanasopoulos, G. A., Riemer, M. F.
“Shear Strength of Municipal Solid Waste”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ASCE, June: 709-722 (2009).
[7]. Stark, T. D., Huvaj-Sarihan. N., Li, G., “Shear Strength of Municipal Solid
Waste for Stability Analyses” Environmental Geology, 57: 1911-1923 (2009).
[8]. Pelkey, S. A., Valsangkar, A. J., and Landva, A., “Shear Displacement
Dependent Strength of Municipal Solid Waste and Its Major Constituents”,
Geotech. Test. J.,, 24: 381-390 (2001).
[9]. Eid, H., Stark, T. D., Evans, W. D., Sherry, P., “Municipal Solid Waste Slope
Failure i: Waste and Foundation Soil Properties” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ASCE, 126 (5): 397-407 (2000).
[10]. Stark, T. D., Eid, H., Evans, W. D., Sherry, P., “Closure to “Municipal Solid
Waste Slope Failure i: Waste and Foundation Soil Properties”” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ASCE, 127 (9): 812-815
(2000).
[11]. Matasovic, N., Kavazanjian, E. Jr., “Cyclic Characterization of OII Landfill Solid
Waste” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ASCE, 124 (3): 197-210 (1998).
[12]. Milanov, V., Corade J. M., Bruyat-Korda, F., Falkenreck, G., “Waste Slope
Failure Analysis at the Rabastens Landfill Site. Sardina 97.” In: Proceedings 6th International Landfill Sympossium, 3: 551-557. Cagliari, Italy (1997).
[13]. Van Impe, W. F., “Environmental
Geotechnics: ITC 5 Activities State of Art.
rd
1.80
[14]. Isenberg R. H., “Landfill and Waste Geotechnical Stability. Presantation at
1.60
[15]. Bishop, A.W. and Morgenstern, N., 1960. “Stability coefficients for earth
slopes”. Geotechnique, 10 (4), 164-169.
[16]. Spencer, E., “A method of Analysis of the Stability of Embankments,
Assuming Parallel Inter-slice Forces”, Geotechnique, 17, 11-26.
[17]. Morgenstern, N. R., and Price, V. E., “The Analysis of the Stability of General
Slip Surfaces” Geotechnique, 15, 79-93.
[18]. SLIDE, “2D Limit Equilibrium Slope Stability for Soil and Rock Slopes” Users
Guide, ROCSCIENCE Inc., (2003).
[19]. Townsend T. G., Miller W. L. Earle, J. F. K., “Leachate Recycle Infiltration
Ponds”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ASCE, 121: 465-471 (1995).
0.40
0.20
0.00
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Pore Pressure Ratio, ru
Figure 8. Results of sensitivity analyses of pore pressure ratio.
According to Figure 8 effect of ru on the factor of safety is very significant and
factor of safety decreases almost linearly with increasing pore pressure ratio.
3.2. Effect of Earthquake Loading on Slope Stability of Landfills Increased loading – displacement increases mobilized shear strength by 10 – 15
% for a log cycle increase in the displacement rate [6]. Since earthquake
loading is much faster than static loading, dynamic shear strength of MSW
should be higher than the static conditions. Bray et al. [6] recommends that
the conservative dynamic shear strength can be taken 1.2 times its static
shear strength.
In order to determine effect of earthquake loading on the factor of safety,
pseudo static slope stability analyses of a landfill having 150 meter height
were performed using Morgenstern and Price [17] method and shear strength
parameters 1.2 times static shear strength recommended by Bray et al. [6]. In
these analyses seismic coefficient (kh) varied between 0.05 and 0.4. In these
analyses dynamic increase of pore pressure was not considered. Figure 9
displays change of factor of safety with seismic coefficient.
Factor of Safety
7. Conclusions Effect of pore pressure on the factor of safety is very significant and factor of
safety decreases almost linearly with increasing pore pressure ratio. Similarly
effect of seismic coefficient on the factor of safety is very significant and
factor of safety decreases with a concave upward fashion with increasing
seismic coefficient.
1.60
In: Proceedings, 3 International Congress on Environmental Geotechnics, 4: 1163-1187, Lisbon, Portugal (1998).
US EPA Bioreactor Workshop, Arlington-VA” (2003).
1.40
1.20
1.00
0.80
0
0.1
0.2
0.3
Seismic Coefficient, kh
Figure 9 Change of factor of safety with seismic coefficient.
782
According to Figure 9 effect of seismic coefficient on the factor of safety is
very significant and factor of safety decreases with a concave upward fashion
with increasing seismic coefficient. It is also interesting to note that for a
seismic coefficient of 0.05 factor of safety (1.755) is higher than that of static
case (1.639).
0.4
0.5
A PRELIMINARY FEASIBILITY STUDY OF A FUEL CELL BASED COMBINED COOLING HEATING AND POWER SYSTEM Suat SEVENCAN a, Gökçen Alev ALTUN ÇİFTÇİOĞLU b, Neșet KADIRGAN c
Royal
Institute
of Technology Applied Electrochemistry, Stockholm, Sweden, [email protected]
b*
Marmara
Üniversitesi
Mühendislik
Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Turkey, [email protected]
c
Marmara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Turkey, [email protected]
a
Abstract Combined cooling, heating and power (CCHP) systems, provide an alternative
for the world to meet and solve energy – related problems, such as energy
shortages, supply security, emissions, the economy, and conservation of
energy, etc. CCHP systems do not just provide electricity and heating but also
cooling for space air conditioning or processes. Recent studies points out that
the overall efficiencies of CCHP systems that exploit an advanced thermally
activated technology are superior.
In this study a CHP coupled with a Desiccant cooling system, which supplies a
six floor office building in Ankara is investigated. After the load calculations
and prime mover selection the feasibility study showed that the payback time
for the system is approximately 13 years.
Keywords: CCHP, Desiccant cooling, Sustainability, Fuel cell, Feasibility
1. Introduction A big proportion of the world's energy demand caused by built environment. In
Turkey, the commercial buildings consume about one-third of the total energy
produced is at [1]. Fully air-conditioned office buildings are important energy
end-users since mid 90s [2]. Reduction of energy use in space air
conditioning will be a key feature of energy saving and environmental
protection in Turkey.
Energy performance, which is one of the important aspects of energy
conscious design, needs greater attention especially for office buildings [2-4].
As a derivation of combined heat and power (CHP, also called cogeneration)
systems – a proven and reliable technology with a history of more than 100
years – combined cooling, heating and power (CCHP) systems, provide an
alternative for the world to meet and solve energy – related problems, such
as energy shortages, supply security, emissions, the economy, and
conservation of energy, etc. Especially fuel cell based systems are very
attractive as decentralized energy resources (DER), since they are quiet,
efficient and environmentally friendly way to produce electricity, heating, and
cooling [5-7].
In this study, the average temperature and relative humidity data taken from
National Meteorological Institution were used [10].
2.1.2. Description of the Building The building studied is a six floor office building located in Ankara with the
rough dimensions
of 15m x 15m x 20m. External walls have an overall U-value
of 2.86 W/m2K. The window2 to wall ratio accepted as 40% and the windows
overall U-value is 5.82 W/m K.
2.1.3. Cooling and Heating Load Cooling and heating loads of the building are calculated by the methodology
described by Özkol, which is based on heat transmission, infiltration and
ventilation losses [11]. The thermal energy needed to meet the cooling load in
the warm months and heating load in the cold months of the building
calculated as 107 kW and 112 kW respectively.
2.1.4. Power Load The electricity
consumption of office buildings in Europe are between 48 - 85
kWh/m2.year [3]. In the analysis, the power load of the building assumed to be
35kW without A/C.
2.1.5 Analysis and Prime Mover Selection There are several types of fuel cell based CCHP prime movers available on
the market with different heat-to-power ratios. Heat-to-power ratios of fuel
cells vary between 0.9 and 1.1.
There are various options to match the electrical power and thermal demand
of the building with a prime mover. Figure 1 shows electrical power as a
function of thermal energy. The diagonal lines are the heat-to-power
characteristics of some fuel cell systems available on the market. Electrical
power and thermal energy demands of the building are shown as the
horizontal and vertical lines, respectively.
The most important difference between CCHP systems and conventional
cogenerations is that CCHP systems do not just provide electricity and
heating but also cooling for space air conditioning or processes. As CCHP
systems can utilize traditional cooling and dehumidification systems coupled
with a traditional CHP, it is also possible to employ advanced thermally
activated technologies. Recent studies point out that the overall efficiencies of
CCHP systems which exploit an advanced thermally activated technology are
superior. Other than the high primary fuel efficiency, low emissions and net
cost reduction also can be accomplished by the utilization of thermally
activated technologies [5].
There are several types of thermally activated technologies such as
absorption chillers, adsorption chillers and desiccant dehumidifiers etc. This
work aims to analyze the feasibility of a fuel cell based CHP system coupled
with an open cycle desiccant cooling by realizing a preliminary feasibility.
2. System Description 2.1 Load Analysis The selection of proper size and operating mode of the prime mover for the
energy system depends on the thermal and electrical loads of building [9].
For a thorough matching, these loads are needed on an hourly, daily, monthly,
and yearly basis. However, in this preliminary study only the highest loads for
yearly basis are calculated by the means of average weather data and
simplifications of the buildings features.
2.1.1. Weather Data The key climatic variables affecting the thermal loads for building design and
energy use analysis include dry bulb, wet bulb, wind speed, wind direction,
and solar radiation.
Fig 1. Prime mover selection
Electrical power demand or thermal energy demand can be chosen as the
base for the operation mode. If the electrical power demand chosen as base
then supplementary boilers should be used to supply the additional thermal
energy, If the thermal energy demand is chosen as the base then there will be
excess electrical power which may be sold to an external customer such as
electrical utility company. For both options having a high heat-to-power ratio
is essential.
In this study 1.1 heat-to-power ratio and thermal energy based operation mode
is selected.
783
3. Open Cycle Desiccant Cooling Desiccant cooling systems (DCS) are an established know-how for airconditioning buildings, mainly suitable for the applications of solar thermal
energy, and CHP systems with low waste heat temperatures, due to the low
temperature demands of around 60–80°C [4].
The technology is based on the principle of outside air dehumidification by an
adsorbent such as silica gel or LiCl. After pre-cooling, the dried air with
maximally humidified room exhaust air subsequent evaporative
cooling
produces the desired supply air temperatures of 16 – 18 oC The desiccant
cooling process can be continuously operated with slowly rotating sorption
wheels, where the outside air humidity taken up in the adsorbent is
transferred to the exit air heated by waste heat from a low temperature heat
source like a polymer electrolyte fuel cell. [8]
3.1. Desiccants Desiccants are widely used to control the humidity by absorbing moisture
from the atmosphere. They have a high affinity for water. During the
absorption process, a heat of adsorption is released, which is equals to the
latent heat of vaporization, so the output dry air is at a higher temperature
than the input air. A desiccant that has adsorbed moisture can be regenerated
by bringing it into contact with air of low relative humidity. There are several
types of desiccants such as silica gel, activated carbon, LiCl, etc [12]. Silica gel,
which is a solid desiccant, embedded in a sorption wheel is considered as
dehumidification material is chosen for the system being analyzed.
Fig 3. Open cycle desiccant cooling working principle
The returned air coming from the conditioned space is cooled down as much
as possible by the means of humidification. Then it cools the process air in
rotating heat exchanger. After getting heated up to the necessary
regeneration temperature of the desiccant in air heater, which in this study is
the cooling of fuel cell, goes to the sorption wheel to regenerate the desiccant
by taking the moisture from it.
3.2. Sorption Wheel Sorption wheels are slowly rotating hygroscopic storage masses that are
flowed through on one side by outside air and on the other by heated
regeneration air. Figure 2 is a schematic representation of a sorption wheel.
Fig 4. Mollier diagram of the system [8]
Thermodynamical statuses of the air flows are determined by using the
mollier diagram (Figure 4). The mass flow of air needed is calculated using the
heat load and thermodynamical data, calculated according to approximation
equations mention in [16], for feed air to the conditioned space. Table 1 shows
the thermodynamical statuses of air flows. The size of sorption wheel,
humidifiers, heat exchanger and blower are selected according to the mass
flow of feed air.
Table 1. Thermodynamical statuses for air flows
T(oC)
φ
x (g vapour/kg dry
air
h (Wh/kg)
30
45
25
15
26
19
40
70
54
0,45
0,1
0,32
0,95
0,5
0,95
0,28
0,06
0,19
12
6
6
9,8
10,5
13,2
13,2
13,2
19,2
16,860
16,827
11,465
11,363
14,714
14,586
20,357
27,857
27,821
Fig 2. Schematic representation of a sorption rotor [4]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
As solid sorption materials, silica gel, and hygroscopic salts such as lithium
chloride are commonly used. They are applied in continuously operating
systems to a rotating substrate or used as fixed bed systems for intermittent
operation. Typical dehumidifying performances at regeneration temperatures
of 70°C are around 4–6 g/kg of dry air. [8]
To obtain optimal dehumidifying performance, the number of revolutions of
the sorption wheel must be adapted to the regeneration air temperature and
to the respective humidity conditions. Too high regeneration temperatures
warm up the rotary sorption wheel after desorption so strongly that the
sorption material at first can hardly take up moisture on the supply–air side,
but has to be cooled down first (so-called heat inhibition) [4].
3.3. Working Principle of Open Cycle Adsorption Cooling The temperature of outside air increases while being dried in the sorption
wheel. Then the air goes into the heat exchanger where it meets the returned
air which is cooled by the humidifier and pre-cooled. Then by evaporative
cooling it is set to desired temperature. Figure 3 shows the operating principle
of cycle desiccant cooling.
4. Fuel Cell Based CHP System Fuel cells are compact, quite power generators without moving parts that
creates electrical energy by the means of electrochemical reaction of
hydrogen and oxygen.
The fuel cell based CHP system selected for this study has a PEM fuel cell
with a nominal capacity of 100kWel, a fuel processing unit, which reform
natural gas and 1.1 heat-to-power ratio.
784
[3] Eicker, U., “Low Energy Cooling for Sustainable Buildings”, ISBN: 978-0-47069744-3, John Wiley & Sons Ltd, West Sussex, United Kingdom, (2009).
5. Feasibility Study A feasibility study was carried out to analyze the potential impact of the
proposed project. In this feasibility study technical development and project
implementation was preceded. The assessment was based on an outline
design of system requirements in terms of capital costs and operational costs
in order to estimate whether the new system will be feasible or not.
Technological feasibility, which is not taken into consideration in this study,
can also be carried out to determine whether a specific company has the
capability, in terms of software, hardware, personnel and expertise, to handle
the completion of the project.
Economic analysis was chosen for being the most frequently used method for
evaluating the effectiveness/feasibleness of a new system, more commonly
known as cost/benefit analysis. Cost based study was taken into account by
identifying the cost factors, which can be categorized as follows: 1) Capital
costs 2) Operational costs.
Table 2. Capital costs comparison
Capital Costs (€)
CHCP Total
_FC based CHP
_Desiccant cooling
Conventional System Total
_Boiler system for heating
_AC
342.500 €
257.000 €
85.500 €
23.000 €
7.000 €
16.000 €
[4] Eicker, U., “Solar Technologies for Buildings”, ISBN 0-471-48637-X, John
Wiley & Sons Ltd, West Sussex, United Kingdom, (2003).
[5] Wu, D. W. and Wang. R. Z., “Combined cooling, heating and power: A
review”, Progress in Energy and Combustion Science, 32: 459-495 (2006).
[6] Onovwiona, H. I. and Ugursal, V. I., “Residential cogeneration systems:
review of current technology”, Renewable and Sustainable Energy Reviews,
10: 389-431 (2006).
[7] Gigliucci, G. et al., “Demonstration of a residential CHP system based on
PEM fuel cells”, Journal of Power Sources, 131: 62-68 (2004).
[8] Sevencan, S., Ylan, G., “Bir İș Merkezinin Güneșle Soğutulmas”, Graduation
Thesis, Marmara University, Engineering Faculty, Chemical Engineering
Department, İstanbul, Turkey, (2008). (Advisor: N.Kadrgan).
[9] Kreith, F. and Goswami, D. Y., “Handbook of energy efficiency and
renewable energy”, ISBN: 978-0-8493-1730-9, Taylor & Francis Group, Boca
Raton, USA, (2007).
[10]
Turkish
National
meteorological
Institution
http://www.meteor.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceleristatistik.aspx?m=ANKARA , (2010).
(DME),
As it seen in tables 2 and 3 the installation costs of the fuel cell based CHP
system and open cycle desiccant cooling are much higher than the
conventional systems. In the other hand, the operational, maintenance, and
fuel costs are less than the conventional systems electricity even when the
electricity sold to the utility company included [6,8,13 – 15]. The system will
pay itself back in approximately 13 years.
[11] Özkol N., “Uygulamal Soğutma Tekniği”, TMMOB MMO Yaynlar No: 115,
Ankara, Turkey, (1988).
Table 3. Operational costs comparison
[13]
Bașkent
Doğalgaz
Dağtm
http://www.baskentdogalgaz.com.tr , (2010)
Operational (€/year)
CCHP Total
_FC based CHP maintenance
_Desiccant cooling maintenance
_Fuel Cost
_Avoidance by selling electricity
Conventional System Total
_Fuel cost for heating
_Electricity (Including A/C)
20.350 €
5.900 €
1.250 €
31.100 €
17.900 €
45.500 €
22.900 €
22.600 €
[12] Babus’haq, R. F., Olsen, H., and Probert, S. D., “Feasibility of Using an
Integrated Small-Scale CHP Unit plus Desiccant Wheel in a Leisure Complex”,
Applied Energy, 53: 179-192 (1996).
Anonim
Șirketi,
[14] Ulukavak, G., “Ankara'da Bir Banka Binasinin Simülasyon Programi Ile Enerji
Performansinin Değerlendirilmesi”, 22. Enerji Tasarrufu Haftas Etkinlikleri,
(January 2003)
[15] TEDAȘ 2010 yl tarifeleri, http://www.tedas.gov.tr/265,2010tarifeleri.html ,
(2010)
[16] Glück, B., “Zustands- und Stoffwerte (Wasser, Dampf, Luft),
Verbrennungsrechnung”, Verlag für Bauwesen, Berlin, 1991.
6. Conclusion The results can be summarized as follows:

The system investigated pays itself back in 13 years. Probable and
effective rises in the energy costs might cause a more rapid payback in
the imminent future.

Fuel cell systems are not mature enough to be used as prime movers in
CCHP applications.

No incentives were taken into account when comparing the capital
costs. Government incentives may improve the payback time.

Selling of excess electricity is essential for encouraging the investors.
Without electricity buying of the government, the payback of the
systems takes approximately 16 years, which is economically
unacceptable.

Using fuel cell based CCHP systems might be a great help to Turkey on
meeting the demands of the newly signed Kyoto Protocol.

Open cycle desiccant cooling is not enough for places with high relative
humidity; the system needs an auxiliary unit such as Absorption chiller.
References [1] World Energy Council, Turkish National Committee (WECTNC) Energy
Report, (2002).
[2] Eskin, N. and Türkmen, H., “Analysis of annual heating and cooling energy
requirements for office buildings in different climates in Turkey”, Energy and
Buildings, 40: 763-773 (2008).
785
HUMAN HEALTH EFFECTS OF BASE STATIONS NEAR BUILDINGS
Didem ÖZÇİMEN a, Sevil YÜCEL a, Pınar TERZİOĞLU a
Yıldız Technical University, Faculty of Chemical-Metallurgical Engineering, Bioengineering Department, İstanbul, Turkey, [email protected]
a
Abstract
In recent years, we frequently use electrical devices and wireless devices with
the development of technology in daily life. The electromagnetic fields formed
by these devices affect human health. Many devices and systems that work with
electrical energy spread electromagnetic energy. Particularly, the effects on
human health created by electromagnetic fields are increasing rapidly with
intensive use of new technologies such as cellular phone (mobile phone)
technology in daily life. Recently, the concern of damages to health has
increased the studies about the harmful effects of electromagnetic field on
health. In addition, the awareness of the public has increased in possible adverse
effects of electromagnetic waves on human health recently. Cellular phones
and their base stations creating electromagnetic fields affect to living organisms
in the environment. The deterioration of existing biological and physiological
structures and the increase of electromagnetic pollution are causing disruptions
in electromagnetic field in the human body and our natural environment. In this
study, especially the effects of base stations on the human health were
discussed and studies conducted on this subject have been compiled as a whole.
Keywords: Base stations, electromagnetic radiation, cellular phones, human
health.
1. Introduction
There are different kinds of environmental pollution such as air, water, noise and
soil pollution. Electromagnetic pollution is also a different kind of pollution that
affects human life in recent years. Electromagnetic pollution is a result of
electromagnetic fields that are caused by electromagnetic radiation. Cellular
phones and base stations, home appliances as television, microwave oven, and
also shavers, hair dryer can spread electromagnetic radiation.
Especially, cellular phones have the highest ratio of electromagnetic pollution
among sources of electromagnetic radiation due to very common usage in
recent years. In 2007, about 3.3 billion people used cellular phones and 60% of
the world’s citizens have access to cellular phones in 2009 [1].
Taiwan, Italy, Norway, Iceland, Israel, Austria, Luxembourg, United Kingdom and
Finland are mainly countries that have a highest ratio of cellular phone users per
inhabitants in the world [2]. Also Africa and the Middle East are the two fastest
growing regions with yearly growth expected to reach, respectively, 27% and
25%, followed by Asia-Pacific on 23.6%. Operators in India, Bangladesh, Iran,
Uganda and Afghanistan have recorded the fastest growth in 2008 [3].
The number of base stations increased due to common use of cellular phones
since 1990s and the number will increase more due to developed new
technologies as 3G (3rd generation). The number of base stations depends on
several factors as the number of network providers, the number of users and
the topography. Since base stations are often situated close to houses, they
have become the reason for concerns of the population in recent years [4].
There are about 40,000 base stations in Turkey [5]. Statistical researches
showed that the total number of cellular base stations will exceed 3.1 million by
2011 worldwide [6].
Recently, the concern of damages to health has increased the studies about the
harmful effects of electromagnetic field on health. In addition, the awareness of
the public has increased in possible adverse effects of electromagnetic waves
on human health. It is considered that electromagnetic radiation has short and
long term health effects on human being and on other living cells. Long term
health consequences of electromagnetic radiation are not known in detail, but
available data indicate that development of non-specific health symptoms is
possible. Researchers investigated the effects of electromagnetic fields on
health problems such as depression, learning and memory problems, asthenia,
cancer, headaches, childhood leukemia and more. In this study, especially the
effects of base stations on the human health were discussed and studies
conducted on this subject have been compiled as a whole.
2. Base Stations and Electromagnetic Fields
Base stations are radio transmitter and radio receiver devices that include an
antenna which spreads or takes electromagnetic signals, thus, provide coverage
area for cellular phones [7,8]. With the introduction of digital cellular phone
systems cell sizes got much smaller and base stations were erected in densely
populated areas [9].
An radio frequency electromagnetic waves has both an electric field and a
magnetic field, the unit "volts per meter" is used to express the strength of the
electric field (For example: The mean values of the electric field in the houses
are in the range of several tens of volts per meter and electric fields up to
several thousand volts per meter near power lines [10] ) and the unit "amperes
per meter" is used to express the strength of the magnetic field. The flux density
of electromagnetic radiation is measured in “tesla” for magnetic fields (For
example: The mean magnetic field in houses ranges between 0.025 and 0.07
μ T in Europe and 0.055 and 0.11 μ T in the USA, but magnetic fields reach
approximately 20 μ T near power lines [10] ). The amount of radiofrequency
power absorbed in the body is measured in watts per kilogram, known as
specific absorption rate (SAR). It is related to the power density in watts per
square meter [11]. The Specific absorption rate depends on three parameters:
tissue conductivity, tissue density and the electrical field strength [12]. There are
some studies going on about specific absorption rate modeling in a few
institutes of Turkey (e.g. at Modeling and Simulation Laboratory of Doğuş
University) [12].
Electromagnetic radiation or electromagnetic fields are the terms that broadly
describe exposures created by the vast array of wired and wireless technologies
that have altered the landscape of our lives in countless beneficial ways [13]. In
the electromagnetic range, gamma rays given off by radioactive materials,
cosmic rays, and x-rays are all dangerous to humans and other organisms
because of the relatively high-energy quanta, they carry via high frequency or
short-wavelength waves [14]. Such rays lead to dangerous ionizing radiation with
an ability to break intermolecular bonds [14]. The other kind of rays is microwave
or radiofrequency which has low frequency and known as non-ionizing. Nonionizing radiation has been considered safe by many scientists and without
adverse effects at common exposure levels [15]. Recently, however, increasing
evidence suggests that some frequencies of non-ionizing radiation may have
potential to cause biological harm (Figure 1) [15].
Cellular phones and their base stations produce radio frequency radiation.
Exposures from them are generally low and they spread non-ionizing radiation
[16]. But, cellular phones operate with radiofrequencies mainly ranged 900 and
1800 MHz and these frequencies excite the rotations of the water and some
organic molecules and have been also attributed to thermal and non-thermal
effects [17].
There are national and international safety guidelines for exposure of the radio
frequency radiation produced by cellular phone base station antennas [16]. One
of the widely used guideline is International Commission on Non-Ionizing
Radiation Protection (ICNIRP). Telekom Corporation is authorized and responsible
for this issue in Turkey. Telekom also accepts the limited values of ICNIRP as
exposure standard. ICNRP exposure standard is 42 V/m at 900 MHz and 59 V/m
at 1800 MHz. But recently, exposure standard decreased to 10 V/m for one base
station network and it was allowed 42 V/m for total of base station networks in
a region [12].
Non–Ionizing Radiation
Low Frequency
Radio Frecuency
Microwave
Non Perceptible
Ionizing Radiation
Infrared
Visible Light
Ultraviolet
Perceptible
Possible Biological Damage at Some Frequencies
Figure 1. Electromagnetic spectrum and types of radiation [15].
786
X-Rays
Gamma Rays
Non Perceptible
Destructive to Living Tissue
3. Health Effects of Electromagnetic Radiation
Electrical devices to provide standard of living and also base stations to benefit
from cellular phones are very necessary for human life in today. But they have
some damages as well as benefits. Although the safety of base stations is the
subject of extensive scientific debate, there is growing scientific evidence that
the electromagnetic radiation emitted from base stations (even at low levels) is
dangerous to human health.
In daily life, people can be exposed to two types of electromagnetic fields: low
frequency electromagnetic fields from electrical, electronic appliances and
power lines, and radiofrequency radiation from wireless devices such as cell
phones, cordless phones and cellular antennas [13].
Electromagnetic waves penetrate to human body at different rates by
depending on its frequency, and they cause two types of effects: thermal and
non-thermal effects. Thermal effects are defined as conversion of
electromagnetic energy absorbed in the body to heat. Non-thermal effects can
be classified as chemical, biological, genetic and psychological effects.
There is also a different classification for effects of base stations in literature.
The effects of base stations can be classified as health and safety effects, visual
effects and effects on the neighborhood etc. [11].
In the literature, there are several researches on different effects of
electromagnetic radiation and on a relationship between electromagnetic
radiation and health. For example, a health questionnaire survey has been
conducted in Switzerland among persons complained about illness symptoms,
ascribed to exposure of electromagnetic fields. 74% of complainants are related
to symptoms based on base stations of cellular phones. Sleep disorder (60%) and
headache (40%) were very specific symptoms and less specific symptoms are
like dizziness, nervousness/distress or concentration difficulties and tinnitus
(20%) [18].
Another questionnaire was distributed in a small town in Murcia, Spain to about
145 inhabitants and inhabitants were subdivided into those living less than 150 m
from the base station and living more than 250 m away. The majority of
symptoms showed a relationship by comparison of the groups according to
distance from the base station. Strongest effects were observed for headaches,
sleep disturbances, concentration difficulties and discomfort [9].
There is the possibility for electromagnetic fields effects on the brain [19].
Also, electromagnetic field can make changes in endocrine or nervous systems
[20]. It is well established that specific absorption rate of electromagnetic
field with 1-4 W/kg produces pathological reactions in mammals [20].
The energy of electromagnetic fields can also cause breakage of DNA strands in
vivo. In fact, no single-strand DNA breaks were observed in cells exposed to
electromagnetic fields. But, an action, that modulates ion influx and efflux
through cellular membranes, could possibly affect intracellular signaling and
intracellular regulatory mechanisms in the DNA replication process [21].
There are allegations that intense exposure to some frequencies of
electromagnetic radiation may be carcinogenic [15]. So countless studies on this
subject have been made. An important study on the link between childhood
leukemia and magnetic fields in Japan was published in 2008 [22]. By assessing
magnetic field levels in children’s bedrooms, the researchers confirmed that high
electromagnetic field exposure was associated with a significantly higher risk of
childhood leukemia [22]. Also, there were some researches about female breast
cancer in adults [23] due to extremely low frequency magnetic field exposure.
These studies have not the conclusive evidence for an association between
magnetic field exposure and the risk of female breast cancer. But it is
considerably possible [10].
Abdel et.al. [28] reported a different study to identify the possible
neurobehavioral deficits among inhabitants living nearby cellular phone base
stations in Shebin El-Kom City, in Egpyt. Headache (23.5%), memory changes
(28.2%), dizziness (18.8%), tremors (9.4%), depressive symptoms (21.7%), and sleep
disturbance (23.5%) were significant neuropsychiatric complaints among
inhabitants living nearby base station. These results agree with Santini et al. [29]
who found that the frequency of headache, loss of memory, irritability, dizziness,
depression and sleep disturbance was significantly higher among people living
near cellular phone base stations. In study of Santini, it is advisable that cellular
phone base stations not be sited closer than 300 meters to populations. Gerd
et.al. [30] also found significant ill-health effects in those living in the vicinity of
two GSM cellular phone base stations. The five strongest associations found are
depressive tendency, fatigue, sleeping disorder, difficulty in concentration and
cardiovascular problems.
There is also possible effect of cellular phones on ear, because the ear of the
phone users is very close to the electromagnetic field of the cellular phone. This
may lead to relatively high specific absorption and deposition in the ear
compared to other parts of the body. It can penetrate into organic tissue and be
absorbed and converted into heat [30,31].
Due to the low number of immunological and hematological studies in humans,
no health-related conclusions can be drawn from the data on immunological and
hematological effects after exposure to extremely low frequency electric and
magnetic fields [32].
There are also experimental studies about long term and short term exposure
effects of electromagnetic radiation on cardiovascular system. Although various
cardiovascular changes have been reported in the literature, generally, the
evidence does not support an association between extremely low frequency
exposure of electromagnetic radiation and cardiovascular disease [10].
As can be seen from studies summarized above, there are many researches
which indicate the harmful effects of electromagnetic radiation or not. But, long
term health consequences of electromagnetic radiation are not known in detail
yet. It is possible that the long term effects can be also observed very clearly in
the coming years.
4. Precautions against electromagnetic radiation
Some safety precautions can be taken to minimize the possible impacts of
electromagnetic radiation.
•
•
•
•
Wolf et. al. [24] investigated whether there is an increased cancer incidence in
populations, living in a small area, and exposed to radio frequency radiation from
a cellular phone transmitter station. Also, Eger et. al [25] made a study to
examine whether people living close to cellular transmitter antennas were
exposed to a heightened risk of taking ill with malignant tumors. The result of
the study showed that the proportion of newly developing cancer cases was
significantly higher among those patients who had lived during the past ten
years at a distance of up to 400 meters from the cellular transmitter site
compared to those patients living further away. Meyer et.al. [26] also
researched the incidence of malignant cancer in Bavaria. But, there was no
strong relationship between cellular phone base stations and cancer occurrence
in this study, contrary to Eger’s research.
Sakuma et.al. [27] focused on the effects of low level radio frequency fields
from mobile radio base stations in order to test the hypothesis that modulated
radio frequency fields may act as a DNA damaging agent. The result of this
large-scale in vitro study showed that low level exposures do not act as a
genotoxicant up to a specific absorption rate of 800 mW/kg.
•
Special precautions should be taken to keep base stations away from
living areas. If there is necessity to use base station antennas, they should
be keeping away from the areas, where people are most likely to be, as
far apart as possible.
Devices which produce electric and magnetic field must be limited
operated and under control, and electric fields may be enclosured by a
metal covering (e.g. Faraday Cage) to reduce the effect of low frequency
radiation. If it is not possible to wipe out by metal covering, different
active systems technologies must be improved to reduce the effect of
electrical and electromagnetic fields.
As an easy way to minimize electromagnetic stress is taking a shower.
Stress and exhaustion, due to electrostatic accumulation which is caused
by the electromagnetic exposure of electronic equipments, may be
overcame by touching to the metals or taking a shower. Water is
conductive as a metal so taking a shower every night or washing hands
frequently can prevent effects of electrostatic accumulation at least. Also
pushing to soil with barefoot may create the same effect as taking
shower.
Some apparatus which researchers developed to prevent the invasion of
electromagnetic waves, can be used for technological devices exposured
electromagnetic radiation [33]. Moreover, devices exposured
electromagnetic radiation can be covered with some coating compositions
produced from special polymers. These polymers by producing irregular
waves disrupt the regular electromagnetic radiation waves that are
harmful to human body [34]. They can be used to eliminate the negative
effects of electromagnetic radition although these new materials can be
expensive for common usage.
To avoid from electromagnetic effects, electrical devices used in daily life
should not be placed especially at bedrooms [35]. Especially children
should be kept away from electrical devices (mostly cellular phone) since
the effect of electromagnetic waves on the brain of children is stronger
than adults.
5. Conclusion
The use of electrical devices as cellular phones, computers, microwave oven,
and television is unavoidable for people and it has a rapid increasing popularity
with developing technologies in our daily life. As a result of much more usage of
787
cellular phones, a necessity for more base stations has been increasing day by
day.
Studies about electromagnetic fields are ongoing in many science fields, such as,
medicine, biology, bioelectromagnetic, engineering etc. But, there are not enough
reported studies about cellular phone base stations which include long term
measurements. Also, many of the studies to date suggest that it is very difficult
to demonstrate significant effects of cellular phone and its base stations in the
living environment in a short period of time. Strong models on the interaction
between electromagnetic radiation and vivos can not be improved since the
effects can not understand completely. Statistical or epidemiological studies also
require long time, great budget and exhausting work. Thus, the comprehension
of electromagnetic radiation and vivos intreactions absolutely will take a long
time.
However, there is currently a high level of concern in many countries that
electromagnetic radiation from cellular phone and its base stations can be
hazardous to health. There are also some protests and legal regulations about
this issue in Turkey. Inhabitants lived around base stations has become more
conscious on this issue. People sue some companies at law in some provinces
and cities such as Polatlı, Sakarya etc. As a result of these law suits, some of
GSM companies were adjudged and the some base stations had to be removed
to locations away from living areas. Publics concern for this issue is also
increasing in other settling areas of Turkey. The 2000 signature to remove of
base stations were gathered in Didim. In Buca, teenagers found a different way
to protest against base stations and played a drama named as ‘Base Kills’. Also,
so many protests in Balıkesir, İzmir, İstanbul and Antalya were made from time
to time. And lastly, Çankaya municipality had a brochure made about base
stations and their health effects.
In conclusion, many devices exposured electromagnetic radiation are
indispensible for people, and also base stations for cellular phones, but new and
economically available materials can be developed to decrease the effects of
electromagnetic radiation by cooperating nanotechnology, polymer technology
and composite material areas. And, it is the most important that people must be
more informed about electromagnetic pollution and its effects, and detailed
information about base stations, radiation exposured from base stations and
standard precaution guidelines from its effects must be given by authorities
concerning this issue. Additionally, researches examining the effects of
electromagnetic fields and especially base station effects on organisms should
be promoted cooperating with different disciplines of science.
6. References
“4.1
Billion
Mobile
Phone
Subscribers
Worldwide”
,
http://www.mocom2020.com/2009/03/41-billion-mobile-phone-subscribersworldwide, Access Date: February 8, 2010.
[2].
“World Top Ten Countries with Highest Ratio of Mobile Phone Users”,
http://www.mapsofworld.com/world-top-ten/countries-with-highest-ratio-ofmobile-phone-users.html, Access Date: February 10, 2010.
[3].
“Half world’s population will have mobile phone by end of year”,
http://www.guardian.co.uk/technology/2008
/sep/26/mobilephones.unitednations, Access Date: February 12, 2010.
[4].
Neubauer, G., Überbacher, R., Preiner, P., Wiart, J., Schmid, G.,
Lamedschwandner, K., Haider, H., and Giczi, W., “Reliability of the Exposure
Assessment Next to Base Stations”, Cost 281 MCM and Workshop, Mobile
phone base stations and health, Dublin (2003).
[5].
http://www.tumgazeteler.com, Keyword: Baz istasyonları,
February 12, 2010.
[6].
“Worldwide
Cellular
Base
Station
Forecast“,
http://dhdeans.blogspot.com/2007/07/worldwide-cellular-base-station.html,
Access Date: February 10, 2010.
[7].
“Elektromanyetik
Dalgalar
ve
Sağlığımız”,
http://www.tk.gov.tr/sas/sas_anasayfa.htm, Access Date: February 14, 2010.
[8].
“Base Station”, http://en.wikipedia.org/wiki/Base_station Access Date:
February 17, 2010.
[9].
Kundi, M. and Hutter, H.P. , “Mobile phone base stations—Effects on wellbeing
and health”, Pathophysiology ,16: 123–135 (2009).
Access Date:
[10]. World Health Organization, “Environmental Health Criteria, Extremely Low
Frequency Fields”, (2007).
Bond, S., Mun, S.Y., Sakornvanasa, P., and McMahon, N. , “ The Impact Of
Cellular Phone Base Station Towers On Property Values”, Ninth Pacific-Rim
Real Estate Society Conference, Brisbane, Australia (2003).
[12]. Sevgi L., “Cep Telefonları ve Baz İstasyonları Ekseninde Elektromanyetik Kirlilik
Tartişmaları ve Sağlığımız”, Endüstriyel & Otomasyon, (2004).
788
Standard for Electromagnetic Fields Release (2007).
[14]. Khurana, V.G., Teo, C., Kundi, M., Hardell, L., and Carlberg, M., “Neoplasm Cell
phones and brain tumors: a review including the long-term epidemiologic data
Surgical Neurology”, 72 : 205–215 (2009).
[15]. Genuis, S. J., “Fielding a current idea: exploring the public health impact of
electromagnetic radiation”, Public Health, 122:113–124 (2008).
[16]. Talal, M., “Cellular Communications, Base Stations and RF Radiation Health
Hazard”, Scientific Research Outlook &Technology Development In The Arab
World.
[17].
Szentpali, B. “Human exposure to electromagnetic fields from mobile
telephones”, IEEE; 47:222-231 (1999).
[18]. Moser, M. and Rösli, M. ,“Epidemiological Studies on Mobile Phone base
Stations and Health Possible Biological Outcomes and Study Designs”,Cost 281
MCM and Workshop,Mobile phone base stations and health, Dublin (2003).
[19]. Havenaar, J.M., “Neuropsychiatric and psychological effects of exposure to
electromagnetic fields”, Cost 281 MCM and Workshop, Mobile phone base
stations and health, Dublin (2003).
[20]. Kizilay, A., Ozturan, O., Erdem, T., Kalcioglu, M. T., and Miman, M. C., “Effects of
chronic exposure of electromagnetic fields from mobile phones on hearing in
rats”, Auris Nasus Larynx, 30: 239-245 (2003).
[21]. Miyakoshi, J., “ Biological responses to extremely low-frequency
electromagnetic fields”, Journal of Dermatological Science Supplement, 2:
23—30 (2006).
[22]. Kabuto, M., Nitta, H. and Yamamoto, S., “Childhood leukemia and magnetic
fields in Japan: a case–control study of childhood leukemia and residential
power-frequency magnetic fields in Japan”, Int J Cancer 119:643–50 (2006).
[23]. Feychting, M. and Forssen, U., “Electromagnetic fields and female breast
cancer”, Cancer Causes Control 17:553–8 (2006).
[24]. Wolf, R. and Wolf, D., “ Increased incidence of cancer near a cellphone
transmitter station”, Int. J. Cancer Prev, 1:123-128 (2004).
[25]. Eger, H., Hagen, K.U., Lucas, B. , Vogel, P., and Voit, H. ,“Influence of the spatial
[1].
[11].
[13]. BioInitiative Report: A Rationale for a Biologically-based Public Exposure
proximity of mobile phone base stations on cancer rates (article in German) ”,
Umwelt-Medizin-Gesellschaft, 17:273-356 (2004).
[26]. Meyer, M., Gärtig-Daugs, A., Radespiel-Tröger, M. “ Cellular telephone relay
stations and cancer incidence (article in German) ”, Umweltmed. Forsch. Prax,
11: 89-97(2006).
[27]. Sakuma, N., Komatsubara, Y., Takeda, H., Hirose, H., Sekijima, M. , Nojima, T.
and Miyakoshi, J., “DNA Strand Breaks Are Not Induced in Human Cells Exposed
to 2.1425 GHz Band CWand W-CDMA Modulated Radiofrequency Fields
Allocated to Mobile Radio Base Stations”, Bioelectromagnetics, 27:51-57 (2006).
[28]. Abdel-Rassoul, G., Abou El-Fatech, O., Abou Salem, M., Michael, A., Farahat, F., El
Batanouny, M. and Salem, E. , “Neurobehavioral effects among inhabitants
around mobile phone base stations”, Neurotoxicology, 28: 434-440 (2007).
[29]. Santini R, Santini P, Danze J, Le-Ruz P, Scigne M. “Investigations on the health
of people living near mobile telephone relay stations”, Pathol. Biol. 50:369–73
(2002).
[30]. Oberfeld G, Navarro E A, Portolés M, Maestu C, Gómez-Perretta de Mateo C.
“The Microwave Syndrom – further Aspects of a Spanish Study”, the 3rd
International Workshop on Biological Effects of EMFs, Kos-Greece, (2004).
[31]. Byrne, D. and Burwood, E. “The Australian experience: global system for
mobile communications wireless telephones and hearing aids”, J. Am. Acad.
Audiol. 12:315-321 (2001).
[32]. World Health Organization Internatıonal Agency For Research On Cancer,
“IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, NonIonizing Radiation, Part 1: Static and Extremely Low-Frequency (ELF) Electric
and Magnetic Fields Summary of Data Reported and Evaluation”, 80: (2002).
[33]. “Elektro Stop”, http://elektrostop.com/ elektrostop+ hakkinda , Access Date:
February 16, 2010.
[34]. “Biopro Technology”, http://www.biopro.com.tr, Access date: March 25, 2010.
[35]. “Elektromanyetik
Kirlilik
ve
Standartlar”,
http://www.iso.org.tr/tr/documents/cevre/elektromanyetik kirlilik rapor.pdf,
Access Date: February 11, 2010.
RECYCLING OF CONSTRUCTION WASTES AND APPLICATION OF ENVIRONMENTAL MANAGEMENT SYSTEM Ayșen TÜRKMAN a, Vedat CAĞANAĞA b
European University of Lefke, Faculty of Architecture & Engineering, Department of Civil Engineering, Gemikonağ Northern Cyprus, Turkey,
[email protected]
b
European University of Lefke, Faculty of Architecture & Engineering, Department of Architecture, Gemikonağ Northern Cyprus, Turkey, [email protected]
a
Abstract Construction and demolition wastes can be observed in many places,
especially in developing countries although they can be recycled and used as
raw material. These raw materials can be used as for the construction of new
roads and buildings.
In this paper, information is given about the recycling of construction wastes
in different countries and contribution of applying to the environmental
management principles to the economy and environment.
When Environmental Management System principles are applied in
construction sector, impacts are reduced considerably. In Turkey and also in
Northern Cyprus recycling of construction waste is not at a desirable level but
new developments are taking place.
Keywords: Construction wastes, environmental management system
1. Introduction Construction waste, or construction and demolition (C&D) waste, is generally
dened as a mixture of inert and non-inert materials arising from
construction, excavation, renovation, demolition, road work and other
construction-related activities. The inert materials comprises of inert materials
such as soil, earth and slurry, and hard inert materials such as rocks and
broken concrete. The non-inert materials include wastes such as metals,
timber, plastics and packaging wastes [1].
C&D waste materials that can be salvaged, reused or recycled include, but are
not limited to, the following [2]:
Acoustical ceiling tiles
Asphalt
Asphalt shingles
Bricks
Cardboard
Carpet and pad
Concrete
Dirt
Drywall
Fluorescent lights & ballasts
Insulation
Land clearing debris
Metals
Paint
Porcelain
Wood
Plastic film from packaging
Window glass
Wood
Field office waste (paper, cans, glass
& plastic bottles, cardboard)
The composition of C&D debris varies depending on the type of activity and
material used. In the USA, average C&D debris composition generated in 2003
is given in Figure 1.










 



Figure 1: C&D debris average in United States [3].
Considering the categories of Figure 1, the only construction materials left
unaccounted for is concrete and brick. That is more than 50% of the total
C&D debris unused annually.
Construction and demolition wastes create serious environmental problems in
many large cities in the world. The minimisation of construction wastes has
become a pressing issue especially in developed countries. Therefore,
recycling studies are becoming much more important than before.
According to statistical data, C&D debris frequently makes up 10–30% of the
waste received at many landll sites around the world [4].
US industries generate 450 million tons of C&D debris annually with over 50%
of the debris sent to landfills. Disposing of C&D debris comes at a
considerable cost (tipping fees and transportation) and consumes valuable
landfill space [3].
Regarding to the waste management within the European Union, more than
450 million tonnes of construction and demolition waste is generated
annually, this being the largest waste stream in quantitative terms, apart from
mining and farm wastes [5].
About 13-29% of solid waste in cities originate from construction and
demolition waste in Turkey. After natural catastrophe in 1999 this ratio has
increased up to 50% [6].
In this study, sources and environmental impacts of construction and
demolition wastes and importance of applying environmental management
system in construction industry are discussed. The present situation in Turkey
and North Cyprus related to construction waste management is evaluated.
The advantages of applying environmental management system are
mentioned and the recommendations are given to minimize environmental
impacts of construction and demolition wastes.
2. Environmental Impacts of Construction Wastes Construction and demolition (C&D) wastes are generated on building sites
and during demolition. C&D wastes include a wide range of materials
depending on the source of the waste: excavation materials (e.g. earth, sand,
gravel, rocks and clay), road building and maintenance materials (e.g. asphalt,
sand, gravel and metals), demolition materials (debris including earth, gravel,
sand, blocks of concrete, bricks, gypsum, porcelain and lime-cast), as well as
other worksite waste materials (e.g. wood, plastic, paper, glass, metal and
pigments) [7].
Environmental impacts of construction wastes may be grouped as;
atmospheric pollution, groundwater pollution, soil pollution. Air pollution is
caused mainly by dust particles during the construction, demolition and
transportation of materials or wastes.
The impact on groundwater quality may be classified as two types: The first
type is from contamination with trace amounts of hazardous chemicals,
primarily organic compounds or heavy metals. These chemicals are believed
to be the result of small amounts of hazardous chemicals either applied to the
construction materials, or by the improper disposal of residues or bulk
chemicals in the C&D waste stream.
A second type of contamination results from larger amounts of generally nontoxic chemicals that may result in the degradation of groundwater quality.
These chemicals, such as chloride, sodium, sulphate, and ammonia, may result
from the leaching of primary C&D waste materials. They do not always result
in exceeding of primary drinking water standards, but they may exceed some
secondary standards for taste, odour and aesthetics [8].
Soil pollution mainly arises due to illegal dumping of wastes on land and
affects the beneficial use of soil, also causing aesthetic pollution.
An important part of solid wastes originate from construction and demolition
wastes. C&D wastes as percentage of all solid waste entering in various
countries are given in Table 1 [9].
789
Table 1: C&D waste as percentage of all solid waste in various countries
Country
The Netherlands
Australia
United States
Germany
Finland
United Kingdom [10]
Turkey [6]
C&D waste (by weight)
(%)
26
20-30
20-29
19
13-15
50
13-29
3. Recycling of Construction Wastes Recycling of C&D waste is much below than theoretically possible. Although a
very high percentage of construction waste is reusable, unfortunately
recovery rates are much below. But many countries are presently directing
their efforts towards waste minimization and reuse.
There is a big trend in recycling especially in European Union. Because by laws
on environment are being revised, and the joining procedure is ongoing, this
trend also affects Turkey and North Cyprus that are in the process of joining
EU.
The US industries generate 450 million tons of construction and demolition
(C&D) debris annually with over 50% of the debris sent to landfills. Disposing
of C&D debris comes at a considerable cost (tipping fees and transportation)
and consumes valuable landfill space. As landfills continue to close and
restrict the materials deposited, the cost associated with landfill use will grow
[3].
In France the use of aggregates in civil engineering is 380 million tonnes per
year, of which 90 are for building, 290 for road construction etc. Figures
related to recycling of construction wastes are given in Table 2.
Table 2: Recycling of construction wastes in France
Construction Waste
Possible Reusable
Amount
Effective Reuse
24 million tonnes per year
16 million tonnes per year
4-5 million tonnes per year
Denmark provides a positive picture about recycling and reuse.
Recycling of construction waste in Denmark increased from around 10% in
1985 to around 80% 1993. Danish estimates indicated that it produced around
2.4 million tonnes of construction waste in 1993, of which demolition waste
accounted for the largest proportion (70-80%). Despite concerns that around
100,000 tonnes to 300,000 tonnes of construction waste were not covered
by the survey, the largest part of this waste was recycled mainly on site. By
contrast, in Portugal although are there already a few firms for the recycling
of demolition waste, they are not yet properly licensed [8].
Before recycling construction waste, it is important to designate type of
waste to separate, and in making arrangements for drop-off or delivery of
materials. Materials that can be recycled include:









Appliances and fixtures
Brush and Trees
Cardboard and Paper
Lumber and Plywood (in reusable form)
Masonry (in reusable form or as fill)
Metals
Plastics - numbered containers, bags and sheeting
Roofing (in reusable form)
Windows and Doors [10]
Recycling of construction waste requires additional cost to make the material
available for reuse. Like in some developed countries, cost saving can be
realized with donations to organizations who apply construction waste
recycling.
The research conducted by Construction Industry Research and Information
Association indicates that the environmental benefits of waste minimisation
include prolonging the life of landfill sites and reducing primary resource
requirements. The social benefits include the avoidance of creating new and
undesirable landfill sites, stemming potential environmental health risks
associated with waste and its disposal reducing the cost of construction.
790
Reduction is the best and most efficient method to minimise the generation of
waste and eliminating many of the waste disposal problems. However,
recycling of construction materials may also have its limitations. The recycling
requires an aggressive marketing effort to locate markets and sell materials
at the highest possible prices. The current rather low level of market
developments mean that significant time and money must be invested in
establishing relationships, keeping track of pricing changes and becoming a
reliable supplier of materials, in order to ensure a continuous intake of
construction materials. The operator also has to locate and develop
relationships with demolition and general contractors with projects in the
area, to market their construction recycling business as the disposal option of
choice for the contractors [4].
The reuse and recycle possibilities of C&D wastes are explained below.
3. 1. Reuse One example of reuse is soil and rubble. This can be used as subsoil for
landscaping. Rubble can be processed and used for a number of purposes
including aggregate for roads. Leftover masonry material can be crushed on
site and reused in driveways.
With regard to demolition waste, wood products such as doors, can be
salvaged and collected, then reused or sold for future use. During renovation
projects, many items can be salvaged and used later on. Typical items that
can be reused are plumbing fixtures, doors, cabinets, windows, lighting
fixtures, decorative items including fireplaces and stonework, ceiling and floor
tiles [11].
3.2. Recycle Almost all construction and demolition waste is capable of being recycled,
providing the waste is segregated and separated. The recycled materials can
then go on to be used for things like landscaping and in road construction [11].
In the 1970s, early recycling efforts identified the possibility of using landfill
solid waste to use in roadway construction as a way of reducing soaring
landfill usage. For a multitude of reasons, these projects were not a properly
controlled use of solid waste and became known as linear landfills. Using C&D
debris as part of roadway construction should not be confused with the linear
landfill concept. The possible use of C&D debris is instead a process of
selecting high quality material from the solid waste stream, removing it to
prevent landfill occupation, and further gaining engineering benefit with the
same material.
Using industrial by-products to replace natural soils aggregates, and cements
can be highly desirable. While in some cases a by product is inferior to natural
earthen materials, its lower cost makes it an attractive alternative if adequate
performance can be obtained. Although many DOTs (Department of
Transportation) currently use Recycled Concrete Aggregate (RCA), this is
vastly different from using recycled concrete from the C&D debris stream [3].
The possible use of C&D debris is a process of selecting high quality material
from the solid waste stream, removing it to prevent landfill occupation, and
further gaining engineering benefit with the same material.
Using industrial by-products to replace natural soils aggregates, and cements
can be highly desirable. While in some cases a by-product is inferior to natural
earthen materials, its lower cost makes it an attractive alternative if adequate
performance can be obtained.
Recycle rates are generally high within European Union countries. Highest
recovery rates are observed in Scandinavian and Benelux countries. For
example, in the Netherlands, re-used or recycled waste percentage reaches to
90% followed by Belgium (87%) and Denmark is the third country in the
highest recovery rates (81%).
Table 3 gives information about the construction sector and waste
management within European context [12].
Table 3: Construction sector and waste management within European context
Member State
‘Core’ C&DW
Arising
(tons)
% Re-Used or
Recycled
% Incinerated
or
Landfilled
%
Recovery
Rate
Germany
59
17
83
70
UK
30
45
55
96
France
Italy
24
20
15
9
85
91
66
Spain
Netherlands
Belgium
Austria
Portugal
Denmark
Greece
Sweden
Finland
Ireland
Luxembourg
EU-15
13
11
7
5
3
3
2
2
1
1
0
180
<5
90
87
41
<5
81
<5
21
45
<5
n/a
28
>95
10
13
59
>95
19
>95
79
55
>95
n/a
72
25-30
90
75
80
92
41
65
45
In the United States, although many Department of Transportation currently
uses Recycled Concrete Aggregate (RCA), this is vastly different from using
recycled concrete from the C&D debris stream.
While meeting all of the 500 million tons of material needed for annual
roadway construction, rehabilitation, and maintenance with recycled materials
is unlikely, by using C&D debris whenever feasible, it is possible to replace
some of the demand and reduce landfill use at the same time [3]. 4. Benefits of Applying Environmental Management System in Construction Sector Many construction industry companies apply ISO 14001 which includes
environmental management system (EMS), environmental auditing,
environmental labelling, environmental performance evaluation and life cycle
assessment. The ISO 140001 EMS is a voluntary standard enabling
organisations to control the impact of their activities on the environment. It
contains 17 key elements grouped into 5 areas: environmental policy, planning,
implementation and operation, checking and correcting action and
management review. It improves regulatory compliances requirements,
reduces liability and risk, prevents or reduces pollution and waste, improves
site and project safety, generally saves money, and establishes a system for
continued environmental improvement. Additionally, it increases credibility
and communication with stakeholders such as government agencies,
community groups and investors. Within less than a decade large construction
companies around the world using EMS have demonstrated improved
efficiency in occupational health and arise in the market share [13].
Today, all over the world, many firms are seeking ISO 14001 certification.
According to statistics published by ISO, by the end of 2006, 129,199
certificates have been issued in 140 countries, an increase of 18,037
certificates since the end of 2005 when the total number was 21,225 in 138
countries.
Table 4 gives information about the regional share of ISO certification in
construction sector.
Table 4: Regional share of ISO certification in construction sector [14].
Country
Europe
Far East
North America
Africa/West Asia
Central and South America
Australia and New Zealand
Percentage (%)
44.05%
41.24%
5.94%
3.74%
3.37%
1.66%
The top 10 countries for growth in ISO 14001 certification were China (6159),
Italy (2745), Spain (2505), Germany (975), Korea (938), Sweden (729), Romania
(702), Turkey (505), and Switzerland (503) by 2006. In Turkey, while 918 firms
were registered at the end of 2005, the number of certifications increased to
1423 at the end of 2006. This is an increase of 64.5% in one year in the
number of ISO 14001 certificates in Turkey. This growth is rather striking [14].
In many countries, including Turkey and North Cyprus, application of EMS
principles brings high prestige for the company.
The approach of C&D waste management is different for each country and
region. Application of management instruments determines the degree of
waste management. Some construction companies implement Environmental
Management System (EMS) in accordance with ISO Standard 14001, which
contributes to the control of construction waste.
The interpretative Guide of Standard ISO 14001, which serves to facilitate
implementation of EMS by companies in the construction sector, places special
stress on this environmental aspect and establishes a criterion for the specific
management of different types of waste generated on the construction site:
used oil, hazardous wastes, wastes derived from containers and packaging
and inert waste [15].
5. An Evaluation for Turkey and North Cyprus Especially construction industry has been a major resource for recycling to
preserve and protect the environment. Unfortunately all these kinds of
preservation policies have no effective implementation in Turkey. But new
developments are taking place about applying environmental management
system and recycling of wastes.
No detailed data regarding construction waste amounts exist in Turkey.
However after the “Regulation on the Control of Excavation, Construction and
Demolition Wastes” was issued in 2004 by the Ministry of Environment and
Forestry, positive developments have been started related to control and
recovery of construction wastes.
In fact, in 2008, Istanbul Metropolitan Municipality has started construction
and demolition waste recovery plant.
After the 1999 Marmara earthquake, a significant (approximately 13 million
tons) amount of debris occurred. As a result of the daily demolition of illegal
construction, a continuous formation of waste occurs too. Besides these
reasons, during the period of usage of residences in Turkey, for various
reasons quite frequent modifications are done to the building material and
components, thus resulting in the formation of construction waste. This leads
to not only economic and labour losses, but also can have a negative impact
on the environment.
Construction and demolition debris that are dumped into forest, streams,
ravines and empty lots causes erosion, contaminates wells, water tables and
surface waters, attracts pests, create fire hazards and detract from the
beauty of natural areas. In many countries, the large volumes of construction
waste strain landfill capacities and leads to environmental concerns. It is also
much more difficult to dispose of construction waste that may contain such
hazardous matters such as asbestos, heavy metals, persistent organic
compounds, and volatile organic compounds (VOCs) than household waste
[16].
In Turkey, collection and recycling of construction wastes have not yet come
to a satisfactory point. On the other hand there are new developments for the
implementation of EMS and recycling.
6. Results and Discussion According to a study, conducted in 2005 in construction firms, detailed case
studies indicate that some direct and indirect financial benefits arise as a
result of implementation of ISO 14001. The case studies showed that an
average saving of around 41% could be achieved on costs associated with
waste disposal, landfill tax, energy consumption and timber used, compared
with the monthly costs of those items before ISO 14001 was implemented on
the sites [17].
In the Turkish construction sector, the most significant reason for certified
firms to obtain ISO 14001 is the interest of access into the international
markets. Turkish construction firms want to obtain the certificate in order to
get a competitive edge. Having a competitive advantage was found to be
important in obtaining ISO 14001. Significant reasons are the desire of the firm
to develop its EMS and the desire for a positive change in firm positively along
with the development and the meeting of obligations in tender specifications.
As for benefits gained, according to the results of the analysis, the most
essential one is “improving the environmental awareness of company”. Other
important benefits are: “providing standardization in environmental
management”, “decreasing the adverse impacts on environment”, “providing
sustainable development in environment” and “enhancing company's image”.
The certified firms declared that environmental benefits and internal
operations are more important [14].
In North Cyprus not much data is available about the amount of C&D waste.
Generally they are stored together with other solid waste, since there is no
recovery and recycle system. Since North Cyprus is adapting environmental
regulations according to the European Union Directives, in the long term new
developments about the recovery and recycle of waste are expected.
The recommendations about the management of C&D wastes are given
below:
 Recovery of substances like asphalt and marble can reduce the cost of
road construction.
 Construction waste should be collected and stored separately for the
recovery process to be applied.
791
 In order to reduce the amount of construction and demolition waste,
municipalities should make an organisation. For example, İstanbul Metropolitan
Municipality has started “Debris Line Call Service” in 2001. When the number
is dialled, municipality service reaches the area to remove debris with a
standard payment from the owner. If this application is started in other cities,
there will be an increase in the amount of construction waste collected.
Therefore recycling would be possible.
 Waste in construction is a problem not only for construction industry,
but also influences the overall economy of the country. Eliminating waste in
both material and time would improve project performance namely enhancing
value for individual costumers, and would also have a positive impact in the
national economy [18].
 Improving construction sector’s environmental performance is important
from a national point of view and requires government leadership in the
formation of government, industry, and university cooperation.
 There should be a fruitful cooperation between the waste management
authorities’ management initiatives especially in big cities where construction
industry is very effective.
 Governments can apply tax reduction to companies applying recycle and
reuse of construction waste, since reduction of wastes is highly beneficial for
the community.
 The ISO 14001 can be integrated within the present education system in
the related departments of universities like architecture, civil engineering,
environmental engineering, etc.
Separate directorate which must be established under the Department of
Environmental Protection so that it can consider this issue with its
environmental dimensions and this type of waste can be managed with other
types. A separate unit under the mentioned directorate should be formed for
construction wastes and control and monitoring activities should be focused
on in order to prevent illegal dumping.
Actions with regard to this issue should be taken in cooperation with the
Directorate of Municipal Police and even with other security forces. Especially
coordination and cooperation with central district and lower grade
Municipalities should be attached importance [19].
7. References [1]. Editorial, “Reducing Construction Waste”, ScienceDirect, Waste
Management 27 1715–1716 (2007).
[2]. http://www.resourceventure.org
[3]. Derocchi, M.J., “Recycled construction and demolition debris materials in
Roadway base/subbase applications”, BS, United States Military Academy,
May, 2008.
[4]. Begum, R.A., Ara R.A., Siwar, C., Pereira, J.J., Jaafar, A.H., “A benet–cost
analysis on the economic feasibility of construction waste minimisation: The
case of Malaysia”, Resources, Conservation and Recycling 48 (2006) 86–98.
[5]. Ortiz, O., Pasqualino, J.C. ve Castells, F. “Environmental performance of
construction waste: Comparing three scenarios from a case study in
Catalonia, Spain, Waste Management 30 (2010) 646–654.
[6]. Öztürk, M., “İnșaat/Yknt Atklar Yönetimi” Çevre ve Orman Bakanlğ
Raporu, 2005 Ankara.
[7]. Rodriguez, G. (2006) http://www.sciencedirect.com [8]. Townsend, T.G., and Kibert, C., “The management and environmental
impacts of construction and demolition waste in Florida”, Florida Center for
Solid and Hazardous Waste Manage, Report #97-7, June 1998.
[9]. Bossink, B.A.G., and Brouwers, H.J.H., “Construction waste:
quantification and source evaluation”, Journal of Construction Engineering and
Management, March 1996.
[10]. http://constructionwaste.sustainablesources.com/
[11]. http://www.surreycc.gov.uk/sccwebsite/
[12]. Desmyter, J., “Initiatives for a sustainable plastic Initiatives for a
sustainable plastic C&D waste management in Europe C&D waste
management in Europe”, 2004.
792
[13]. Lazarevic, S.P., “ISO 14001-Improving the Construction Industry’s
Competitiveness”, Department of Management Working Paper Series, ISSN
1327-5216, 2006
[14]. Turk, A.M. “The benefits associated with ISO 14001 certification for
construction firms: Turkish case”, Journal of Cleaner Production Volume 17,
Issue 5, March 2009, Pages 559-569.
[15]. Rodríguez, G., Alegre, F.J., and Martínez, G., “The contribution of
environmental management systems to the management of construction and
demolition waste: The case of the Autonomous Community of Madrid (Spain)”,
ScienceDirect, Volume 50, Issue 3, May 2007, Pages 334-349.
[16]. Esin, T., Coșkun, N. “A Study conducted to reduce construction waste
generation in Turkey” Building and Environment, ScienceDirect, Volume 42,
Issue 4, April 2007, Pages 1667-1674.
[17]. http://www.earthscanjournals.com
[18]. http://constructionwaste.sustainable sources.com/ [19]. Köse, H.Ö., Ayaz, S., Köroğlu B., “Waste Management in Turkey National
Regulations and Evaluation of Implementation Results”, 2007.
SPATIAL AND TEMPORAL VARIABILITY OF ECOLOGICAL PROPERTIES OF DEEP RESERVOIR, KARAKAYA, TURKEY a
Didem Gökçe OĞUZKURT a, Duygu ÖZHAN a Inonu University Arts and Science Faculty, Biology Department, Malatya, Turkey, [email protected]
Abstract In order to use the energy (hydro-electric power) and irrigation potential of
the Euphrates River, a series of dams have been designed (upstream to
downstream): Keban, Karakaya, Atatürk, Birecik and Karkamș. Karakaya
Dam is the third largest dam lake in Turkey. In the study area, six sampling
points were selected and taken in order to define the character of the water
system. In October 2005-November 2006 samples were taken sampling
sites by monthly. In every sampling period, the physical-chemical parameters
of water were measured vertically. The Karakaya Dam Lake is deep
mesotrophic reservoir, and has special characteristics with respect to its
limnological properties. One of the characteristics is the alkaline to high
alkaline water of reservoir. While the level of nitrite and ammonium of
nitrogens was high especially in st 1 and st 4. The level of orthophosphate
phosphorus was low in ecosystem.
The effects of selected environmental factors on the composition and
structure of benthic macroinvertebrate communities in the dam lake were
investigated. From sampling sites, species were determined representing the
major taxa, Gastropoda, Oligochaeta and Insecta.
The relative contribution of ecological factors in explaining the variation
observed in macroinvertebrate assemblages was quantified using canonical
correspondence analysis (CCA). The main environmental factor influencing
the composition of communities was habitat heterogeneity, water chemistry
particularly hardness, N and P concentrations. UPGMA cluster analysis
(unweigthed pair-group method using arithmetic averages) separates main
groups based on different characteristics of the communities. Diversity level
was found to be low. Zebra mussel, Dreissena polymorpha which is
biofouling organism, has been found to be the dominant species in the lake
and some metal concentrations were measured on this species. Keywords: limno-ecology, monitoring, water quality, Karakaya Dam Lake,
Turkey
1. Introduction Improving Turkey’s water resources, which has hydrostrategic significance,
is very important for the protection of the natural balance of ecosystems, as
well as for the socio-economic development of our country.
Turkey is gradually drawing away from having rich natural water resources.
Various problems emerge in several regions due to irregular precipitation
and the effect of geographical conditions. Building dam lakes is considered
as the primary solution to these solutions. Dam lakes are generally
established for purposes like energy generation (HEPP), irrigation, providing
drinking water and protection from flood. On the other hand, dam lakes have
the property of being constantly receptive environments. In other words,
they are affected from environmental pollution in the first degree. These
pollutants have a negative effect especially on the living beings in water,
and come in contact with humans through food chain [1]. The most important rivers are the Euphrates and Tigris, both of which are
transboundary rivers originating in Turkey and flowing into the Persian Gulf.
The Euphrates River is the most important river in south-eastern part of
Turkey. Karakaya Dam (HEPP), which came into activity in 1987 [2], is one of
the important water reservoirs on the Euphrates River Basin. After Atatürk
Dam, it is the second biggest electric generation plant. City center and other
settlement areas located near the dam lake, and the direct transfer of
sewer and industry wastes as well as pollutants from agricultural areas into
the lake until opening of treatment plant constitute the main reasons of
pollution.
There are several reasons for using biological surveys in monitoring water
quality. Conventional water quality surveys do not integrate fluctuations in
water quality between sampling periods. Therefore, short-term critical
events may often be missed. The biota, especially benthic
macroinvertebrates, reflects both long and short term conditions [3-5].
Macroinvertebrates are useful biological monitors because they are found in
all aquatic environments, are less mobile than many other groups of
organisms, and are of a size which makes them easily collectable. Moreover,
chemical and physical analysis for a complex mixture of pollutants is
generally not feasible. The aquatic biota, however, shows responses to a
wide array of potential pollutants, including those with synergistic or
antagonistic effects. Additionally, the use of benthic macroinvertebrates has
been shown to be a cost effective monitoring tool. The sedentary nature of
benthos ensures that exposure to a pollutant or stress reliable denotes local
conditions, and allows for comparison of sites that are in close proximity.
In this study, water quality and benthic invertebrate community structure of
Karakaya Dam Lake were examined. Heterogeneous areas in the study area
were compared in terms of both water quality variables and trophic level
and biological diversity, and ecosystem quality was evaluated.
2. Material and methods The effects of selected environmental factors on the composition and
structure of benthic invertebrate communities in the Karakaya Dam Lake
were investigated in October 2005-November 2006. Samples were taken
sampling sites by monthly. In every sampling period, the physical-chemical
parameters of water were measured vertically. In the study area, six
sampling points were selected and taken in order to define the character of
the water system.
Sampling points demonstrating the ecological characteristics of the lake
were selected from upper basin to down basin (Table 1). Stations 1 and 4
were near settlement shore line of the lake. St 2 is demonstrated as the
centre of ferry boat transportation between Malatya to Elazğ. Sts 3 and 5
were located far of settlements and the central line of the dam lake. St 6
was located on the upper basin of the dam lake. Thus the sampling stations
were shown with respect to their different water qualities in the lake.
Table 1. Sampling stations and coordinates in the study area.
Sampling stations
st 1
st 2
st 3
st 4
st 5
st 6
GPS coordinates
N 38° 28".866
E 38° 23".498
N 38° 28".742
E 38 27".749
N 38° 29".315
E 38° 26".744
N 38° 29".680
E 38° 21".353
N 38° 30".618
E 38° 24".861
N 38° 34".075
E 38° 21".744
Maximum depth of Karakaya Dam Lake was 45 m in the study period. Water
samples were collected using a Ruttner water sampler (Hydrobios, Kiel) at 5
m depth intervals from the surface to 0.5 m from the bottom. Dissolved
oxygen (oxygen meter, YSI 55), temperature, pH (pH meter YSI 56), and
conductivity (conductivimeter, YSI 30) were measured in situ. Water
samples were filtered by GF/F 2+paper 2+ immediately in the laboratory.
Phosphate, nitrate, ammonium, Ca , Mg were determined according to
Merck-Wasseruntersuchung [6], nitrite according to Snel and Snel [7],
sulphate according to Rump and Krist [8].
For each sampling point, macroinvertebrate species were collected from the
top layer (10 cm) of the sediment in the lake by Eckman grab [9].
Macroinvertebrates in the lake were sampled in triplicates per sampling
point for faunal analysis. Each core was carefully sieved (mesh sized 500
μm) and preserved in 85% alcohol [9-10]. In the laboratory, the organisms
were identified into species –genus level where possible using the standard
literature and nomenclature described.
793
For the analysis of the groups Shannon-Weaver diversity index was applied
to estimate the population structure and species changes in the sampling
stations [11]. The effect of the environmental variables on the species
abundances were investigated by CCA (canonical correspondence analysis)
using the CANOCO 4.5 software [12-13]. To detect the relationship between
communities and the environmental factors Jaccard’s Coefficient test of
unweigthed pair group mean averages, UPGMA method and NTSYS 2.10
software were used [14] to generate cluster dendogram plots.
3. Results and Discussion 3.1. Water quality variables pH value, which is close to neutral in the winter season, was found to be at
a high level of alkali (pH 7.55 in st.1,winter - pH 9.24 st.2, summer). Dissolved
oxygen amount was observed to be high in every season (6.944 mgL-1 in st.3,
In st 1, its values measured as PO4-P,
summer –-111.516 mgL-1 in st.1, spring).
0.435 μgL and NH4-N 0.597 mgL-1 in the winter season were found to be
higher compared to other sampling points. This observation was distinctive
in December. In this period, NO2-N amount for st.1 is within the limits of class-1
III-IV water quality (in February, NO2-N level was measured 0.124-0.130 mgL
in st.1 as IV water quality class), and the amount of NO2-N for st.4 was
measured 0.05 mg/l within the limits of class II water quality [16].
Fig 1. UPGMA classification based on benthic macroinvertebrate community
reported during study period.
The influence of 10 environmental variables on the distribution of
macroinvertebrate in Karakaya Dam Lake was assessed using canonical
correspondence analyses. The CCA scores for species and sites were
observed to be similar to UPGMA results. Polluted sts 1 and 4 were
separated in CCA triplot (Fig 2). Chironomus sp. was closely related to NO2-N
and DO. D. polymorha and Tubifex sp were located in the centre of CCA
diagram due to their abundancy and high frequency behaviour.
0.6
According to results of the physical and chemical analysis conducted during
the study period, water quality of the area was evaluated with regard to the
classification of surface waters. Nitrate nitrogen (NO3-N), nitrite nitrogen
(NO2-N), ammonium nitrogen (NH4-N) and orthophosphate phosphorus (PO4P), which have a restrictive effect on aquatic organisms and which are the
main nutrient salts, were determined as water quality criteria [15].
1
NO2-N
V.pulchella
PO4-P
In the autumn season, EC values were
found to be 510.00 mScm-1, PO4-P
values-1 were found to be 0.241 μgL-1 and NH4-N were measured
to be 0.504
mg L in st 1. NO2-N amount was found to be 0.034 mg L-1 in water quality
class III in st.1 (In November it was found to be * in water quality class IV),
and 4, 0.015 mg/l in quality class II in st.4.
-1
5
Tubifex
pH 2
mScm in
In the spring season EC values (419.056 mScm in st 1 and 418.978
st 4) were detected to-1 be high and PO4-P value of (0.884 μgL-1) and NH4-N
value of (0.665 mgL ) was found to be distinctive in st.1. NO2-N ion
concentration in st.5 was determined
to be within the limits of water quality
class II with a value of 0.010 mgL-1.
NO3-N, which enters into aquatic systems generally by surface precipitations,
is found in low concentrations. NH4-N amount in water increases usually in
anaerobic conditions, and its presence is an indicator of the water pollution.
The presence of NO2-N indicates an active biological activity towards
pollution in the environment. A general look at the ecosystem of Karakaya
Dam Lake reveals that Secchi disc measurements vary depending on periods
with rain and mixture (45 m depth in st.3 in March was measured as 3.09 m,
and Secchi disc depth was found to be 5.8 m in November).
3.2. Biological variables R.ovata
Chironomus.sp2
Sertlik
NO3-N
ÇO
4
SO4
-0.8
In the summer season PO4-P (0.141 μgL-1) and NH4-N (0.267 mgL-1) amounts
were found to be high in st.1 as in other seasons due to the increase in
pollutant amount and temperature (especially the measurements of June
were high). In all stations NO2-N ion was found-1 to be within the water
quality class II with a value of 0.004 - 0.008 mgL .
P.fontinalis
D.polymorpha
-1
NH4-N
6 Chironomu.sp1
3
-0.6
T°C
EC
1.0
Fig 2. CCA triplots of macroinvertebrate and physicochemical variables (TºC,
DO, EC, pH, NO3-N, NO2-N, NH4-N, PO4-P, SO4, hardness) showing the species
with the highest scores in the axes and the triplot scores of variables.
Dam lakes in agriculturally used catchment areas are subject to various
stressors. During heavy rainfall, runoff from agricultural fields may introduce
soil, nutrients and pesticides, and increases the discharge. Also sewage and
boat traffic emerges as another important pollution factor [17]. It has been
shown that the impact of pollutant is an important parameter which
influences the aquatic fauna [3, 4].
In the study area a total of 7 macroinvertebrate taxa were identified with
Oligochaeta, Bivalvia, Gastropoda and Insecta. Most dominant and
abundance species were Dreissena polymorpha and Tubifex sp. The diversity
of macroinvertebrates was calculated based on the Shannon-Weaver
diversity index. These results indicate that the highest diversity order to st 2
> 5 > 4 > 3 > 6 > 1.
The indication of non-point source contamination via chemical analysis is
costly. Hence, the indication via benthic macroinvertebrate biomonitors could
give evidence over a longer period and therefore would be more costefficient. Furthermore, it would indicate not only the concentration of
chemicals, but also the toxicity of the contamination [18].
Cluster analyses based on macroinvertebrate species distribution divided the
stations into 2 main groups with macroinvertebrate assemblages varying in
density, composition and tolerance to environmental variables (Fig 1).
Species with similar characteristics tended to cluster with these from similar
habitats; for instance, st 1 was differenced from the other stations. The CCA
results also revealed similar relationships. Other stations belong Group II.
Stations 3 and 5, which have similar sedimental structure, were found to
belong to the same branch due to their similar species composition.
Environmental effects of Dreissena polymorpha, the most intensely found
species, on dam lake ecosystem are directly related to its bio-ecological
characteristics: being a fouling organism, having high potency of
reproduction, being easily transported, having free-floating larvae, having
high ecological tolerability. D. polymorpha is a species frequently seem in
natural lakes and dam lakes in our country. It causes big problems in the
Euphrates river basin especially in Atatürk and Birecik Dam plants. Thus, it
was determined as a monitor organism as it would reflect the water quality
of Karakaya Dam Lake.
In the study
period, analysis of amounts of Zn (mgL-1), Cu (mgL-1), Pb (mgL-1),
Fe (mgL-1), Cd (mgL-1) and Cr (mgL-1) were obtained from water samples
taken once from sampling points in the sediment and the water layer above
due to the high cost of analysis. Concentrations of pollutants in monitor
organism in the habitat were determined (Table 2).
794
Table 2. Metal concentration (mgL-1) of sediments and D. polymorpha
(sample in st 6 could not taken).
Samples
Zn
Cu
Pb
Cd
Fe
Cr
(mgL-1) (mgL-1) (mgL-1) (mgL-1) (mgL-1) (mgL-1)
st 1
st 2
st 3
st 4
st 5
43
26
20,3
28,1
32,5
16,2
15,8
14,7
16
17,9
20,1
17
33,2
21,8
42
11,2
11,3
10
13,4
5,6
9555
9700
9400
10110
10160
52
62
56
81
101
D.polymorpha
15,6
7,2
11,1
6,3
1420
2
According to the results, there was a high level of metal pollution in the
ecosystem and the organisms living in the sediment were directly affected
by this pollution. The accumulation of heavy metals in mussels is
determined by the supply from the sediment. In study area, the major input
comes from the boat traffic, near lake settlement, and city, whose load
strongly influences the enrichment of heavy metals in D. polymorpha. The
results achieved so far indicate a balance between the heavy metal
concentrations in the food and breathing water on the one hand and those
found in the mussel bodies on the other hand. In addition, the dam lake was
observed to be getting polluted also in terms of concentration of
nitrogenous compounds.
living beings should be followed by long term monitoring studies, and
necessary measures should be taken by comparing the results of these
studies with those of available studies.
Acknowledgements This study is a part of project was supported Inonu University Research
Foundation (Project no: 2003/71).
References [1]. Straskraba, M. and Tundisi J.G., “Reservoir Water Quality Manegement”,
ILEC, (2000).
[2]. DSİ IX. Bölge Müdürlüğü, “Karakaya Baraj Gölü limnolojisi”, Ankara (1991).
[3]. Kerovec, M., Tavcar, V. and Mestrov. M. “Macrozoobenthos as an Indicator
of the Level of the Trophy and Saprobity of Lake Jarun”, Acta Hydroch.
Hydrob. 17, 1, 37-45 (1989).
[4]. Johnson, R.K., Wiederholm, T., and Rosenberg, D.M., “Freshwater
Biomonitoring Using Individual Organisms, Population, and Species
Assemblages of Benthic Macroinvertebrates”. In: Freshwater
Biomonitoring and Benthic Macroinvertebrates. eds. Rosenberg D.M. and
V.H. Resh. pp 40-158. Chapman and Hall London (1993).
[5]. Moreno, P. and Callisto, M., “Benthic Macroinvertebrates in the
Watershed of an Urban Reservoir in Southeastern Brazil”, Hydrobiologia,
560, 311-321 (2006).
[6]. Merck E., “Die Untersuchung Von Wasser”, 11th Edition, Darmstadt, (1986).
[7]. Snel, F.D. and Snel, C.T, “Colorimetric Methods of Analysis” 3rd Edition,
Van Nostrand, Princeton, (1957).
4. Conclusion In water quality studies, the changes in nitrogen and phosphor amounts are
used in determining the trophic level of the lake [19, 20]. Karakaya Dam Lake
has ultraoligotrophic level of phosphate amount, mesotrophic level of nitrate
amount, and oligotrophic level of ammonium.
-1
-1
It was detected that PO4-P (μgL ) and NO3-N (mgL ) concentration of the
lake was low, and NH4 ion amount was within the limits of water quality
class I and II although it periodically increases depending on surface rainfalls.
NO2-N ion concentration was found to be high in all sampling periods with
amounts falling within the limits of water quality classes II – IV. Several
villages benefit economically from the dam lake. Moreover, there are
agricultural areas situated parallel to the lake shore. Therefore, the
pollutants coming from the villages and agricultural areas caused NO2-N
values to be high.
Water quality was identified as class I for PO-34-P, class I for NO-3-N and
class I-II for NH+4-N, which shows parallelism with the trophic level.
Saprophic level of aquatic organisms is the most important factor affecting
the trophic level of ecosystems. Similarly, patterns in species diversity were
better explained by intra-lake habitat variables than by water chemistry [4,
21]. More dominant and abundant species were found at β-mesotrophic level
in the lake. According to these findings, Karakaya Dam Lake was established
as a β-mesotrophic point.
In Karakaya Dam Lake, sewer wastes of Boran (st1) and Hasrclar (st 4)
villages are deposited to the dam lake (interview with the villagers).
Limnological studies conducted in Karakaya Dam Lake have revealed that
Boran and Hasrclar Villages carry a pollution load. Due to its ecological
tolerance values and superiority of spreading to the habitat, D. polymorpha
as a monitor species is essential in terms of providing healthy results in long
term studies conducted in the dam lake [3, 4, 9, 10].
Karakaya Dam (HEPP), which is situated on the Euphrates River that is one
of the rare river basins in the world, is an important aquatic ecosystem used
for irrigation, fishing and recreation purposes by the province of Malatya and
surrounding settlements. It is also one of the dams included within the
scope of the Southeastern Anatolia Irrigation Project (GAP). Thus, the
protection of the area gains further significance.
Based on the results obtained, it was confirmed that benthic
macroinvertebrate communities are strongly affected by the occurrence of
highly polluted conditions. Urbanization and anthropogenic activities,
whether industrial chemical productions or agricultural processes, can have a
marked effect on the quality of the Karakaya Dam Lake’s waters. Inevitably,
these effects influence the dam lake communities. The results confirm that
the role of macroinvertebrate monitoring as a means of evaluating the
impacts of anthropogenic activities could be regarded as a good method for
freshwater and sediment biomonitoring.
[8]. Rump, H.H. and Krist, H., “Laboratory Manual for the Examination of
Water”, Waste Water and Soil. VCH, (1988).
[9]. van Heel H.C., Reinhold-Dudok and den Besten. P.J., “The relation
Between Macroinvertebrate Assemblages in the Rhine Meuse Delta (The
Netherlands) and Sediment Quality”, Aquat Ecosys Health Manage. 2, 1938, (1999).
[10]. Stewart, P.M., Butcher, J.T. and Swinford, T.O., “Land Use Habitat and
Water Quality Effects on Macroinvertebrate Communities in Three
Watersheds of a Lake Michigan Associated Marsh System”, Aquat
Ecosys Health Manage. 3, 179-189, (2000).
[11]. Krebs, C.J., “Ecological Methodology”, Second Edition, Benjamin and
Cumming Series, (1999).
[12]. ter Braak, C.J.F., “Canonical Correspondence Analysis: a New Eigenvector
Technique for Multivariate Direct Gradient Analysis”, Ecology, 67:5, 11671179 (1986).
[13]. Jongman, R.H.G., ter Braak C.F.G. and van Tongeren, O.F.R., “Data
Analysis in Community and Landscape Ecology”, Cambridge University
Press (1995).
[14]. Sokal, R.R. and Rohl, F.J, “Biometry, Principles and Practice of Statistics
in Biological Research”, Third Edition, W.H. Freeman and Company,
(1997).
[15] Wetzel, R.G., “Limnology, Lake and River Ecosystem”, Elsevier Academic
Press, (2001)
[16]. Resmi Gazete, “Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği”, say 25687, (2004).
[17]. Özmen, M, Güngördü, A., Küçükbay, Z. and Güler, E., “Monitoring the
effects of water pollution on Cyprinus carpio in Karakaya Dam Lake,
Turkey”, Ecotoxicology, 15:2, 157-169 (2006).
[18] Neumann, M., Liess, M., Schulz, R., “An Expert System To Estimate The
Pesticide Contamination of Small Streams Using Benthic
Macroinvertebrates As Bioindicators Part 1. The Database of LIMPACT”
Ecological Indicators 2, 379–389, (2003).
[19] Moss, B., “Ecology of Fresh Waters”, Third Edition, School of Biological
Sciences University of Liverpool, UK, (1998).
[20]. Wetzel R.G. and Likens, G.E., “Limnological Analyses”, Second Edition,
Springer Verlag, (1991).
[21]. Pinel-Alloul, B., Méthot, G., Willsie, A., “Macroinvertebrate community as
a biological indicator of ecological and toxicological factors in Lake
Saint-François (Québec)”, Environmental Pollution, 91, 1, 65- 87, (1996).
Moreover, to determine the future position of the dam lake, aquatic
ecosystem quality as well as the qualitative and quantitative composition of
795
AGREGA ÜRETİMİNDE ENERJİ TÜKETİMİNİN KONTROLÜ VE CO2 EMİSYONLARININ İNCELENMESİ THE CONTROL OF ENERGY CONSUMPTION AND THE INVESTIGATION OF CO2 EMISSIONS IN THE PRODUCTION OF AGGREGATE a
Ataç BAȘÇETİN a, Deniz ADIGÜZEL a, Serkan TÜYLÜ a, Abdulkadir KARADOĞAN a, Mehmet ÇAĞLAYAN b
İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Maden Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye, deniza@İstanbul.edu.tr
b
Nisan Yap ve Madencilik Șirketi, İstanbul, Türkiye Özet Keywords: Aggregate, CO2 emission, Aggregate production, efficient energy
consumption
Nüfus yoğunluğu ve șehirleșmeye bağl olarak hzla artș gösteren ihtiyaçlarn
tam anlamyla karșlanabilmesi, sanayileșmenin giderek büyümesine neden
olmuștur. Bu artșn etkisiyle sera gazlarnn atmosfere salnmlarnn artș
sonucu küresel snma belirtileri yavaș yavaș ortaya çkmștr ve günümüzde
de bu etkiler artarak devam etmektedir. Bu nedenle üretimin her alannda sera
gaz etkileri kontrol edilmelidir.
1. Giriș Bu çalșma agrega üretimindeki CO2 emisyonlarn (CO2-e) ve enerji
tüketimlerini belirleme metotlarn vermektedir. Agrega, dünyada yap
malzemesi olarak yaygn kullanma sahip olup betonun hacimce yaklașk
%70’ini olușturur. Agrega üretiminde günümüz șartlarnda en önemli
unsurlardan biri kaynaklarn sürdürülebilir kullanm ve üretimin her
așamasnda minimum sera gaz salnm değerleri, bașka bir deyișle CO2
emisyonunu (CO2+CO+NOx+CH4.vb..) verecek standartlarn uygulanmasdr. Buna
bağl olarak agrega üretimi așamasnda malzemeyi iyi tanmak ve ona göre
üretim yöntemi seçebilmek enerjinin optimum kullanm ve dolaysyla sera
gaz etkileri açsndan oldukça önemlidir. Bu çalșmann amac farkl
formasyonlarda agrega üretimi sonucu açğa çkan birim CO2-e değerini
ülkemiz șartlar açsndan belirlemektir. Böylece agrega üretim planlamasnda
sera gaz etkileride malzemenin özelliklerine göre değerlendirilebilir.
Bașta fosil yakt kullanm olmak üzere insan faaliyetleri sonucu açğa çkan
sera gaz salnmlar, dünyamz için büyük tehlike olușturan küresel snmaya
neden olmaktadr. Genel anlamda küresel snma; insanlarn faaliyetleri
sonucunda olușan sera gazlarnn atmosferde birikmesiyle, dünyadan yansyan
güneș șnlarnn uzay boșluğuna verilmesi yerine, tekrar dünyaya dönmesi
sonucu yeryüzü scaklğnn giderek artmasdr. Sera gazlar ile küresel
snmann meydana gelișini açklayan șematik görünüm Șekil 1’de verilmiștir [1].
Bu çalșmada İstanbul Cendere bölgesinde bulunan bir taș ocağnda agrega
üretim ișlemleri srasnda harcanan enerjiler, yaplan saha çalșmalar ile ocak
içerisinde bulunan farkl formasyonlar da dikkate alnarak incelenmiștir. Bu
incelemeler sonucunda, 1 ton agrega üretimi srasnda ortaya çkan birim CO2
emisyon değerleri hesaplanmștr. Ayrca sözkonusu taș ocağnda geçmiș
aylara ait enerji tüketim miktarlar alnmș ve buna bağl olarak açğa çkan
birim CO2 emisyon değerleri hesaplanmștr.
Anahtar kelimeler: Agrega, CO2 emisyonu, Agrega üretimi, Verimli Enerji
Tüketimi
Abstract The human requirements have increased rapidly depending on population
density and urbanization thus industrialization has grown steadily. As a result
of the situation, the greenhouse gas emissions into the atmosphere and the
global warming have increased slowly. Today this effect has continued to
increase. Therefore, the effects of greenhouse gases in all areas of production
must be controlled.
The study presents the methods of determination the CO2 emissions (CO2-e)
and energy consumption in aggregate production. The aggregate constitute
approximately 70% by volume of concrete that has widespread use as
construction material in the world. One of the most important elements in
today's terms are sustainable use of resources and minimum CO2 emissions
(CO2 + CO + NOx + CH4.vb..) at every stage of production of aggregate.
Therefore, these elements must be taken into consideration in the aggregate
production standards. The choose of production method of aggregate is very
important for optimum use of energy and effects of greenhouse gas
emissions. So the properties of the aggregate material must be known well to
obtain the target. Within the scope of this study, the unit value of CO2-e that
release when the production of aggregate in different formations is
determined for our country. Thus, the effects of green house gas emission can
be evaluated according to the characteristics of material in aggregate
production planning.
In this study, energies consumed during the production of aggregates at a
quarry in Istanbul Cendere region were investigated by taking the different
formations encountered at the quarry into consideration. The unit CO2
emission values per ton of produced aggregates were calculated as a result of
this investigation. Besides, energy consumption values of previous months at
this quarry were taken and the unit CO2 emission values were also
calculated.
796
Șekil 1. Sera gazlar ile küresel snmann meydana gelișini açklayan șematik
görünüm [1]
Sanayileșmenin bir gereği olarak artan enerji tüketimi sonucu ortaya çkan
sera gaz salnmlar üretim faaliyetlerinin her așamasnda kontrol altna
alnmal ve enerji kullanmn optimize edecek metotlar geliștirilmelidir. CO2
emisyonlar yada ksaca gösterimiyle CO2-e değeri; CO2, CO, NOx, CH4 gibi
çevresel açdan zararl gazlarn toplam miktardr [2].
Türkiye’de, 2007 yl CO2 emisyonunda 1990 ylna göre, enerji sektöründe
%123, endüstriyel ișlemlerde ise %71 artș gözlenmiștir. 2007 ylnda toplam
CO2 emisyonlarnn yaklașk olarak %93’ü enerji kaynakl, %7’si endüstriyel
ișlemler kaynakldr. 2007 ylnda enerji kaynakl CO2 emisyonu incelendiğinde,
toplam CO2 emisyonunun %35’inin çevrim ve enerji sektöründen kaynaklandğ,
%26’snn sanayiden, %17’sinin ulaștrma sektörü, geri kalan %15’inin ise diğer
sektörlerdeki enerji üretiminden kaynaklandğ görülmüștür [3].
Bu çalșmann amac, farkl formasyonlardaki agrega üretimi srasnda,
kullanlan enerji miktarn ve açğa çkan birim CO2-e değerini ülkemiz șartlar
açsndan belirlemektir. Böylece agrega üretim planlamasnda sera gaz
etkileride malzemenin özelliklerine göre değerlendirilebilir.
2. Çalșma Sahas Çalșma sahas olarak İstanbul Cendere bölgesinde, beton üretimine yönelik
agrega malzemesi üreten bir tașocağ seçilmiștir.
2.1. Çalșma Sahas Jeolojisi Cendere bölgesi ve yakn çevresi tamamen İstanbul Paleozoyik istifi içerisinde
kalmaktadr. Bu istif, yașlar Ordovisiyen ile Karbonifer aras dönemde gelișmiș
çökel kayalarn kapsar. İstanbul Paleozoyik istifi ve üzerindeki birimlerin
genelleștirilmiș stratigrafi kesiti Șekil 2’de verilmiștir [4].
Çizelge 1. Tesis makina park ve model yllar
Araçlar
Adetleri 6
5
Kamyonlar 2
2
3
Loderler 1
1
Ekskavatörler 2
1
1
Deliciler 1
Diğer
2(Jeneratör)
Model yllar
2009
2007
2001
1994
2008
2007
2009
2008
2006
2006
1998
3. Araștrmada Uygulanan Yöntem Tașocaklarndaki agrega üretimi genellikle, daha önceden olușturulmuș
basamaklarn patlayclarla patlatlmas ile bașlar. Böylece kaya orta
büyüklükteki kaya parçalarna ufaltlmș olur. Daha sonra Dizel gücü ile çalșan
ekskavatörler ve tașyclar bu parçalanmș yğn elektrikle çalșan krma ve
eleme tesisine boșaltrlar. Son olarak yine dizel gücü ile çalșan tașyclar,
snflandrlmș ürünleri stok alanna tașrlar. Ksaca agrega üretimi patlatma,
kaz, nakliye ve krma așamalarndan olușur.
CO2 emisyonu (CO2-e) salnmlar açsndan bakldğnda inceleme yaplan
ocaktaki enerji tüketimleri 3 grupta toplanmștr.
Șekil 2. İstanbul Paleozoyik istifi ve üzerindeki birimlerin genelleștirilmiș
stratigrafi kesiti [4]
İstanbul Paleozoyik istifinin tabannda Orta Ordovisiyen ve öncesi yașl
Kurtköy Formasyonu bulunur. Kurtköy formasyonu mor renkli, çoğunlukla
kaotik iç yapl, tabakalanmas belirsiz çakltașlar ile mor renkli, çapraz
tabakal kumtaș-çamurtaș ardalanmasndan olușur. Kurtköy formasyonu
üzerinde bulunan çapraz tabakal șeyl-silttaș ara tabakal pembe-alacal ve
beyaz renkli feldspatça zengin kuvars arenitler Aydos Formasyonunu meydana
getirir. Orta Ordovisiyen yașl olan Aydos Formasyonu, üstten uyumlu bir ilișki
ile orta Ordovisiyen -Landoveriyen yașl Gözdağ Formasyonuna geçer. Gözdağ
Formasyonu alt kesimde ince laminal ve yeșilimsi-koyu gri renkli dilingen
șeyller, bunlarn aralarnda görülen feldspatik kumtaș tabakalar ile șamozit
ara katklarn kapsar. Gözdağ Formasyonu'nun kuvars arenit mercekli șeylleri
ile girik, koyu mavi-mavimsi koyu gri renklerde ve çeșitli karbonat
fasiyeslerinden olușan birim Dolayoba Formasyonu olarak bilinmektedir.
Dolayoba Formasyonu içerisinde gri-koyu gri resifal kireçtașlar, ince șeylli ara
tabakal, koyu mavimsi, gri pembemsi gri renklerde merceksi ve tabakal
kireçtașlar, laminal, koyu mavimsi gri miktirik ile pembemsi renkli laminal
çamurtaș ardalanmalan yer almaktadr. Birim Alt Silüriyen-Alt Devoniyen
yașndadr. Dolayoba formasyonu üzerine sarms kahve-gri renkli, iyi
yapraklanmal, bol fosilli, mikal ve feldspatl silttaș ile kumtaș ara katkl
șeyllerden olușan Alt-Orta Devoniyen yașl Kartal Formasyonu gelmektedir.
Kartal formasyonu içindeki krntl kireçtaș ara tabakalarnn kalnlașmas ve
sayca artmas, șeyllerin de giderek yok olmasyla birim sarms-mavimsi-gri
renkli masif kireçtașlarna geçer. Ayn kireçtașlar üste doğru mikritik kireçtaș
ile alacal-sarms kahve renkli șeyi ardalanmas haline gelir ki bu birim İstanbul
Palezoyik istifi içerisinde Tuzla formasyonu olarak tanmlanmștr. Tuzla
formasyonunu takiben yeșilimsi gri renkli, ince tabakal ve paralel laminal șeyi,
merceksel çakltaș ve türbiditik kumtaș ardalanmasndan olușan Trakya Formasyonu yer almaktadr [4]. Söz konusu tașocağndaki ana kaya kumtaș
olarak tanmlanmștr. Sahada kumtașnn yansra önemli bir miktarda grovak
ve dolerit türü sokulumlar da mevcuttur.
2.2 Çalșma Sahas Hakknda Genel Bilgi Söz konusu çalșma sahasnda kaya birimlerinin sert ve sağlam yaps
dolaysyla kaz ișlemi delme-patlatma yöntemiyle yaplmaktadr. Patlatma
ișlemini takiben ekskavatörler vastasyla kamyonlara yüklenen parçalanmș
malzeme, krma-eleme tesisine getirilerek endüstrinin kullanmna uygun
boyutlara indirilir. Söz konusu tașocağnda iki adet krma-eleme tesisi
bulunmaktadr. Bu tesislere ait genel akm șemas Șekil 3’de verilmiștir. Ayrca
tașocağna ait makina park bilgileride Çizelge 1’de verilmektedir.



1.grup patlayc madde kullanm srasnda ortaya çkan CO2-e,
2. grup dizel yaktla çalșan araçlarn yarattğ CO2-e,
3. grup ise elektrik tüketimi sonucu ortaya çkan CO2-e ‘dur.
1. enerji tüketim grubu içerisinde, ocakta patlatmal kaz ișlemlerinde kullanlan
ANFO ve Dinamit türü patlayclar yer almaktadr. 2.enerji tüketim grubunda
Çizelge 1’de verilen tüm araçlarn kullandğ yakt yeralmaktadr. 3. enerji
tüketim grubunda ise söz konusu ocakta bulunan 2 adet krma – eleme
tesisinin, ocaktaki suyun tahliyesinde kullanlan pompann ve yönetim
binalarndaki elektrik kullanmlar yer almaktadr.
Șekil 3.Tesis akm șemas
Bu çalșmada ilk olarak söz konusu ocaktan alnan 2009 ylna ait enerji
tüketim değerleri ve agrega üretim değerleri CO2-e açsndan
değerlendirilmiștir. Hesaplamalarda kullanlan yöntemler, her enerji grubu için
detayl olarak açklanmștr. Ayrca sahada yaplan ölçümler ve gözlemler ile
farkl formasyonlardaki enerji tüketim değerlerinin nasl değiștiği
hesaplanmștr. Sahada gözlem yaplan 7 gün boyunca, 3 adet farkl
formasyondan üretim yapldğ belirlenmiș ve bu belirlenen formasyonlar
tanmlamak için yoğunluk ve nokta yükleme dayanm deneyleri, İstanbul
Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü’ne ait Kaya
Mekaniği Laboratuar’nda yaplmștr. Laboratuarda yaplan deneyler
797
sonucunda, kaya mekaniği açsndan tanmlanan farkl formasyonlarn üretimi
srasndaki harcanan elektrik miktar, patlayc madde tüketimi ve dizel yakt
tüketimi gözlemlenmiștir. Sahada gözlem yaplan periyotlar boyunca tüm
enerji tüketim gruplar detayl olarak incelenmiștir.
3.1.Patlatma İșlemleri Sonucu Açğa Çkan CO2-e Değerini Hesaplama Yöntemi Patlatma srasnda ortaya çkacak CO2 emisyonlar kullanlan patlayc madde
ile doğrudan ilgilidir. Patlayc madde türlerine göre emisyon faktörleri
değișiklik göstermektedir. Çizelge 2’de farkl patlayc türlerine göre emisyon
faktörleri verilmiștir [5]. Patlayc türüne göre Çizelge 2’den bulunan CO, CH4
ve NOX için emisyon faktörleri, kullanlan patlayc madde miktar ile çarplarak
her gaz türü için ayr ayr hesaplanr ve daha sonra hesaplanan bu değerler
toplanarak C02–e değeri bulunur.
Çizelge 2. Patlayclar için C02 –e faktörleri [5]
Patla.
Bileșimi
CO
NOX
Türü
kg/m kg/
g
mg
Kara
Barut
Dinamit
Jelatinit
Dinamit
Anfo
Potasyum nitrat /
sülfür
Nitrogliserin/
sodyumnitrat
kalsiyum
karbonat
Nitrogliserin
bileșimi
Amonyum nitrat/
fuel oil
CH4
kg/m
g
Diğer
gazlar
kg/
mg
85
-
21
12 (H2S)
141
-
1,3
3 (H2S)
52
26
0,3
2 (H2S)
34
8
-
1 (SO2)
3.2. Dizel Yaktla Çalșan Araçlardan Kaynaklanan CO2-e Değerini Hesaplama Yöntemi Dizel yaktla çalșan araçlardan kaynaklanan CO2-e değerlerini belirlemek için
1996 IPCC Klavuzu, karayolu emisyonlarnn hesabnda yeralan metotlar ve
katsaylar incelenmiștir. Burada Tier 1,2,3 olmak üzere 3 farkl metottan
bahsedilmektedir Tier 1 metodu genel olarak daha az veri içeren basit bir
yöntem iken, Tier 3 metodu ise daha karmașk olan ve uzmanlk gerektiren bir
yöntemdir. Genel olarak Tier 1 ve diğer Tier yöntemleri șeklinde de bir ayrm
yapmak mümkündür. Çünkü daha yüksek kademe denilebilen Tier 2 ve Tier 3
yöntemleri temel olarak ayn mantkla kullanlmaktadr. Kullanlacak
kategorileri daha detayl hale getirdikçe yeni bir Tier așamasna geçiliyor gibi
de düșünülebilir. Tier 1 yöntemiyle, Tier 2 ve 3 arasndaki temel fark, yaktn
kullanldğ yanma teknolojisi hakknda bilgi sahibi olmaya gerekmeksizin
rahatlkla elde edilebilen yakt tüketim veya dağtm değerlerinin
kullanlmasdr. Tier 2 ve 3 arasndaki fark belirlemek ise daha zordur. Çünkü
emisyon hesap ișlemlerinin iyileștirilmesi sonucu bir yaklașmdan diğerine
geçilmiștir. Genel olarak Tier 2 yaklașmyla, uygun emisyon faktörleri
kullanlabilecek șekilde yakt tüketim gruplarn ayrmak amaçlanmaktadr. Bu
nedenle bu çalșmada Tier 2 metodu tercih edilmiștir. Avrupa Birliği
standartlarna göre hesaplanmș emisyon faktörleri așağdaki çizelgede
verilmiștir [6]. Dizel yaktla çalșan araçlarn emisyon hesabnda Tier 2
yaklașmnda belirtilen așağdaki formül kullanlacaktr (Eșitlik 1).
CO2-e = Emisyon faktörü (g/kg) x Harcanan yakt (lt)
(1)
İncelenen sahada dizel yaktla çalșan araçlarn motor güçleri incelendiğinde,
tüm araçlarn motor gücünün 200 Hp’nin üzerinde olduğu tespit edilmiștir. Bu
yüzden Avrupa Birliği standartlarnda ağr dizel araçlar için belirlenen emisyon
faktörü değerleri hesaplamalarda kullanlmștr. Çizelge 3 ‘de Ağr dizel
araçlarn (200 Hp ve üzeri motor gücüne sahip araçlar) emisyon faktörleri
verilmiștir.
Çizelge 3. Ağr dizel araçlara ait emisyon faktörleri [6]
Birimler
NOx
CH4
CO
N2 O
CO2
g/kg yakt
42
0,2
36
0,1
3140
3.3.Elektrik Tüketimi Sonucu Açğa Çkan CO2-e Değerini Hesaplama Yöntemi İncelenen çalșma sahasnda elektrik enerjisiyle çalșan ekipmanlar 3 ana
katagoride değerlendirilmiștir. 1.grup krma – eleme tesisi, 2.grup ocak içi su
tahliye pompalar, 3.grup ise idari bina ve yardmc ekipmanlardr.
Elektrik enerjisi kaynakl C02 –e değerini bulabilmek için öncelikle toplam
elektrik tüketimi bulunur. Söz konusu sahada kullanlan elektriğin doğalgazla
üretilmesi nedeniyle tesise elektrik sağlayan santralin 1 kwh elektrik üretmek
için harcadğ doğalgaz miktar belirlenmelidir. İlgili3 elektrik firmasndan alnan
bilgilere göre 1 kwh elektrik üretimi için, 0,175 m doğalgaz yaklmaktadr (bu
değer elektrik üretimi yapan santralin türüne göre belirlenmiș firma standart
798
değeridir) [7]. Çizelge 4’de baz yaktlarn yanmas sonucu olușan emisyon ve
enerji faktörleri değerleri verilmiștir.
Çizelge 4. Çeșitli yaktlarn yanmas sonucu olușan emisyon faktörleri [8]
Yakt Tipi
Enerji 3Faktörü
Emisyon Faktörü kg CO2 – e / Gj
(Gj/m )
CO2
CH4
N2O
-3
Doğalgaz
39,3*10
51,2
0,1
0,03
-3
Kömür
37,7*10
51,1
0,2
0,03
-3
Biogaz
37,7*10
0
4,8
0,03
Doğalgazn yanmas sonucu olușan C02 –e miktar eșitlik 2 kullanlarak
hesaplanr [8].
Eij=(QixECi:xEfi)/1000
(2)
Eij :gaz tipinin emisyon miktar
(CO2-e ton).
Qi : Yakt tipinin miktar (m3 ) 3
ECi: Yakt tipinin içerdiği enerji (m bașna gigajul)
Efi : Emisyon faktörü (kg CO2 – e / Gj)
Not: Eğer Qi gigajul olarak ölçülürse ECi “1” olarak alnr.
4. Bulgular İncelenen taș ocağnda geçmiș yllara göre alnan enerji tüketim değerleri ile
sahada yaplan gözlemler ve ölçümler sonucu bulunan enerji tüketim değerleri
ayr ayr hesaplanp karșlaștrmas yaplmștr. Fakat ișletme kaytlarnda
sadece enerji tüketim ve agrega malzemesi üretim değerleri olduğundan,
formasyon farkllklarna bağl enerji tüketim değișimleri ișletmeden alnan
2009 yl verilerine göre değerlendirilemeyecektir.
4.1. Laboratuar Deney Sonuçlar Sahada gözlem yaplan 7 gün boyunca 3 adet farkl formasyondan üretim
yapldğ belirlenmiș ve bu belirlenen formasyonlar tanmlamak için yoğunluk
ve nokta yükleme dayanm deneyleri İstanbul Üniversitesi Mühendislik
Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü’ne ait kaya mekaniği laboratuarnda
yaplmștr.
Çalșma sahasnda üretimin büyük bir ksmnn yapldğ formasyonun kumtaș
olduğu belirlenmiștir. Kumtaș formasyonunun yansra sahada grovak ve
dolerit sokulumlar da üretimde kullanlmștr. Bu formasyonlara ait laboratuar
deneyleri așağda verilmiștir.
4.1.1. Yoğunluk deneyi Sahada gözlemlenen her üç formasyondan alnan 10’ar adet numuneye yaplan
yoğunluk deneyleri sonucunda malzemelerin yoğunluklar belirlenmiș ve
Çizelge 5 ‘de ortalama sonuçlar verilmiștir.
Çizelge 5. Farkl formasyonlardaki yoğunluk deneyi sonuçlar
Formasyon
Ortalama Kuru Yoğunluk (gr/cm3)
Ad
Kumtaș
2,87
Dolerit
3,14
Grovak
2,92
4.1.2. Nokta yükleme deneyi Sahada gözlemlenen her üç formasyondan alnan 10’ar adet numuneye yaplan
nokta yükleme deneyleri sonucunda, malzemenin tek eksenli basma dayanm
ve tek eksenli çekme dayanm değerleri dolayl olarak hesaplanmș ve Çizelge
6’ da ortalama değerler verilmiștir.
Çizelge 6. Farkl formasyonlardaki nokta yükleme deneyi sonuçlar
Formasyon Ad
Ortalama
Ortalama Tek
Ortalama Tek
Is (50)
eksenli basma
eksenli çekme
(Mpa)
dayanm (Mpa)
dayanm (Mpa)
Kumtaș
4,4
96,9
5,51
Dolerit
8,15
179,36
10,19
Grovak
5,45
119,99
6,82
Deneyler sonucunda bulunan basma ve çekme dayanm değerlerinin
Uluslararas Kaya Mekaniği Derneği (ISRM) tarafndan önerilen sertlik
skalasndaki yerleri belirlenerek kaya sertliği tasvirleri yaplmștr. Buna göre
dolerit ve grovak formasyonlar yüksek dayanml, kumtaș formasyonu ise
normal dayanml olarak tasvir edilmektedir.
4.2. Patlatma İșlemleri Sonucu Açğa Çkan CO2-e Değeri Söz konusu sahada uygulanan patlatmal kaz çalșmalarnda formasyon
farkllklar dikkate alnmamaktadr. Belirlenen 3 farkl formasyon türü için ayn
atm paternleri uygulandğndan, her üç formasyonun üretimi așamasnda ayn
miktarda patlayc madde kullanlmștr. Patlatma kaynakl CO2-e salnmlar
hesaplamalar srasnda Çizelge 2’de verilen emisyon faktörleri değerleri
kullanlmștr.
4.2.1 Gözlem yaplan dönemlerdeki patlayc madde tüketimi sonucu açğa çkan CO2-e değeri Ocak içersinde gözlem yaplan dönemlerdeki patlatma ile kazlan toplam
malzeme miktar, kullanlan patlayc tüketimi ve bu tüketimler kullanlarak
hesaplanan CO2-e değerleri Çizelge 7’de verilmiștir.
Çizelge 7. Gözlem yaplan dönemlerdeki patlayc madde tüketimi ve kazlan
malzeme miktar
Patlayc
CO2-e değerleri
Patlatma ile
madde
kg
Kazlan Malzeme
tüketimi
miktar (ton)
kg
Dolerit
Grovak
43647
12601
16050,05
4634,58
19911
8244
Gözlem yaplan dönemlerdeki dizel yakt tüketimi sonucunda bulunan toplam
CO2-e değerleri, buna karșlk kazlan toplam malzeme miktaryla oranlanmș
ve ton bașna birim CO2-e (kg) değerleri bulunmuștur. Ayrca formasyon
farkllklarn ortaya koyabilmek açsndan sahada gözlemlenen 3 farkl
formasyon içinde dizel yakt tüketimlerinden kaynaklanan birim CO2-e (kg)/ton
değerleri hesaplanmștr (Çizelge 10).
Çizelge 10. Sahada gözlemlenen 3 farkl formasyona ait birim CO2-e (kg) /ton
Formasyon
Birim CO2-e değeri kg/ton
Kum Taș
Dolerit
Grovak
1,44
2,19
1,52
Toplam CO2-e (kg) / Toplam Kazlan Miktar (ton) = 457,33/51273 = 0,0089
kg/ton CO2-e
Çizelge 10’da görüldüğü gibi kumtaș ve grovak formasyonlar birim CO2-e
değerleri birbirine yakn iken, basma ve çekme dayanm değerleri daha yüksek
olan dolerit formasyonunda bu değer oldukça fazladr. 4.3.2 2009 yl mazot tüketimi sonucu açğa çkan dizel yaktla çalșan araçlardan kaynaklanan CO2-e değeri İșletme makina parknda bulunan tüm araçlarn 2009 ylna ait yakt
tüketimleri 1.376.460 lt olarak ișletme kaytlarndan alnmștr. Bu değer
kullanlarak yaplan hesaplamaya göre toplam 2.602.093 ton malzeme
üretmek için 3.743.232 kg CO2-e değeri bulunmștur.
Bu değer 1 ton malzemenin patlatma ile kazlmas srasnda ortaya çkan kg
CO2-e değerini vermektedir.
Bu değerlere göre 1 ton agrega üretimi srasnda dizel yaktla çalșan
araçlardan kaynakl birim CO2-e değeri;
4.2.2 2009 yl patlayc tüketimi sonucu açğa çkan CO2-e değeri 2009 ylna ait patlayc madde tüketimi ve ayn dönemlere ait patlatma ile
kazlan malzeme miktar değerleri söz konusu ișletmenin kaytlarndan temin
edilmiștir. Patlatma ile kazlan toplam malzeme miktar, kullanlan patlayc
tüketimi ve bu tüketimler kullanlarak hesaplanan CO2-e değerleri Çizelge 8’de
verilmiștir.
Toplam CO2-e değeri (kg) / Üretilen malzeme miktar (ton) = 3743232 /
2602093 = 1,438 kg/ton olarak bulunmuștur.
Sahadaki ana formasyon olan kumtașnn, 2009 yl verileri kullanlarak
hesaplanan birim CO2-e değeri ile gözlemler sonucu hesaplanan birim CO2-e
değerinin oldukca uyumlu olduğu söylenebilir. 4.4. Elektrik Tüketimi Sonucu Açğa Çkan CO2-e Değeri Söz konusu ișletmede elektrik tüketen cihazlar arasnda 2 adet krma – eleme
tesisi, ocaktaki suyun tahliyesinde kullanlan pompa ünitesi ve yönetim
binalarndaki elektrik tüketimleri yer almaktadr. Söz konusu İșletmede
incelenen dönemdeki elektrik tüketimleri ve 2009 yl elektrik faturalarndan
derlenen tüketim değerleri ayr ayr değerlendirilmiș ve CO2-e hesaplamalar
yaplmștr.
Dinamit (kg)
Anfo(kg)
Toplam
155
10600
459000
12
445,2
457,33
51273
Patlayc madde tüketimi sonucunda bulunan toplam CO2-e değerleri, buna
karșlk kazlan toplam malzeme miktaryla oranlanmș ve ton bașna birim
CO2-e (kg) değerleri bulunmuștur.
Çizelge 8. 2009 ylna ait patlayc madde tüketimi, CO2-e değerleri ve kazlan
malzeme miktar
Patlayc
CO2-e
Patlatma ile kazlan
madde
değerleri
malzeme miktar
tüketimi
kg
(ton)
kg
Dinamit (kg)
Anfo(kg)
Toplam
9000
450000
459000
704
18900
19605
2602093
Patlayc madde tüketimi sonucunda bulunan 2009 ylna ait toplam CO2-e
değerleri, buna karșlk kazlan toplam malzeme miktaryla oranlanmș ve ton
bașna birim CO2-e (kg) değerleri bulunmuștur.
Toplam CO2-e (kg) / Toplam Kazlan Miktar (ton) = 19605/2602093 = 0,007534
kg/ton CO2-e
Bu değerin gözlem yaplan dönemdeki birim kg CO2-e değeriyle uyumlu olduğu
görülmektedir.
4.3. Dizel Yaktla Çalșan Araçlardan Kaynaklanan CO2-e Değeri Dizel yaktla çalșan araçlardan kaynaklanan CO2-e değerinin bulunmas
srasnda özellikle ekskavatör ve delicilerin çalșma süreleri ve tükettikleri
mazot miktar formasyon türüne göre değișmektedir. Hesaplamalar yaplrken
formasyon türlerine göre yakt tüketimleri gözlem yaplan periyotlarda
kaydedilmiștir. İșletmeden alnan 2009 ylna göre yaplan hesaplamalarda ise
böyle bir kayt tutulmadğndan formasyon etkisi dikkate alnamamștr. CO2-e
değeri hesaplamalarnda Çizelge 3’deki ağr dizel araçlara ait emisyon
faktörleri kullanlmștr.
4.3.1 Gözlem yaplan dönemlerdeki dizel yaktla çalșan araçlardan kaynaklanan CO2-e değeri Gözlem yaplan dönemlere ait formasyon türlerine göre harcanan dizel yakt
tüketimi, bu tüketim değerleri kullanlarak hesaplanan CO2-e değerleri ve
malzeme üretim miktarlar Çizelge 9’da verilmektedir.
Çizelge 9. Gözlem yaplan dönemlere ait formasyon türlerine göre yakt
tüketim ve malzeme üretim değerleri
Üretilen
Formasyon
Dizel yakt tüketim
CO2-e değeri
(kg)
malzeme
değerleri
miktar
(7 günlük toplam)
(ton)
(lt)
Kum Taș
7353,371
13844
19996
Formasyon farkllklar sadece krma-eleme tesislerinde değișimlere neden
olmaktadr. Bu değișim miktarlar sahada ölçüm yaplan periyotlarda genel
sayacn okunmas, krclar üzerindeki sayaçlarn okunmas ve krcya beslenen
malzemelerin formasyonlarnn belirlenmesi ile hesaplanmștr. 2009 yl
verilerinde ise formasyon farkllklarn ortaya koyabilecek bir veri
olmadğndan genel hesaplamalar yaplmștr.
4.4.1 Gözlem yaplan dönemlerdeki elektrik tüketimi sonucu açğa çkan CO2-e değeri Gözlem yaplan periyotlarda İncelenen çalșma sahasndaki elektrikle çalșan
tüm cihazlara ait elektrik tüketimleri ölçülmüștür. Ölçümler srasnda krmaeleme tesislerinin tükettiği elektrik enerjisi formasyon farkllklar da dikkate
alnarak incelenmiștir. Çizelge 11’de bu ölçümler verilmektedir. Pompa ve idari
binann tükettiği elektrik miktarlar ise formasyon farkllklarndan
etkilenmediğinden sadece elektrik tüketim değerleri verilmiștir (Çizelge 12).
Çizelge 11. Gözlem yaplan dönemlere ait farkl formasyonlardaki krma-eleme
tesisi elektrik tüketim ve ayn dönemlere ait üretilen malzeme miktar
değerleri
Formasyon
Elektrik tüketim değerleri
Üretilen
(7 günlük toplam)
malzeme
(KWh)
miktar(ton)
Kum Taș
Dolerit
Grovak
6216,598
10373,33
3948,074
2670
3840
1590
Çizelge 12. Gözlem yaplan dönemlerdeki Pompa ve İdari bina elektrik tüketim
değerleri ve ayn dönemlere ait üretilen malzeme miktar değerleri
Elektrik tüketim değerleri
Üretilen
(7 günlük toplam)
Malzeme
(KWh)
miktar(ton)
Pompa
İdari bina
Toplam
621
558
1179
8100
799
Bu veriler kullanlarak elektrik tüketimi kaynakl toplam CO2-e değerleri
hesaplanmș ve Çizelge 13’de verilmiștir. Hesaplamalar srasnda Çizelge 4’de
verilen emisyon faktörleri değerleri kullanlmștr.
Çizelge 13. Gözlem yaplan dönemlere ait elektrik tüketimi sonucu ortaya çkan
emisyon değerleri
Toplam
CO2-e değeri kg
(kg)
KrmaPompa
İdari
Eleme
Ünitesi
Bina
Kum Taș
2194,596
72,26 64,93 2331,786
Dolerit
3662,014
103,92 93,38 3859,314
Grovak
1393,75
43,03 38,66 1475,44
Gözlem yaplan dönemdeki Elektrik tüketimi sonucunda bulunan toplam CO2-e
değerleri, buna karșlk kazlan toplam malzeme miktaryla oranlanmș ve ton
bașna birim CO2-e (kg) değerleri bulunmuștur. Ayrca formasyon farkllklarn
ortaya koyabilmek açsndan sahada gözlemlenen 3 farkl formasyon içinde
elektrik tüketimlerinden kaynaklanan birim CO2-e (kg) /ton değerleri
hesaplanmștr (Çizelge 14).
Çizelge 14. Sahada gözlemlenen 3 farkl formasyona ait elektrik tüketimi birim
CO2-e (kg) /ton değerleri
Formasyon
Birim CO2-e değeri kg/ton
Kum Taș
Dolerit
Grovak
(a)
0,873
1,005
0,927
4.4.2. 2009 yl elektrik tüketimi sonucu açğa çkan CO2-e değeri 2009 ylna ait toplam elektrik tüketim değerleri ve ayn döneme ait üretilen
toplam malzeme miktar değerleri Söz konusu ișletmenin kaytlarndan temin
edilmiștir (Çizelge 15).
(b)
Çizelge 15. 2009 ylna ait toplam elektrik tüketim değerleri ve ayn dönemlere
ait üretilen toplam malzeme miktar değerleri
Dönem
Elektrik tüketim değerleri (KWh)
Üretilen
(01/01/2009Malzeme
31/01/2009)
miktar
KrmaPompa
İdari Bina
(ton)
Eleme
Ünitesi
Tesisleri
12 aylk Toplam
7001898
316800
256320
2602093
Bu veriler kullanlarak elektrik tüketimi kaynakl toplam CO2-e değeri
hesaplanmștr. Hesaplamalar srasnda Çizelge 4’de verilen emisyon faktörleri
değerleri kullanlmștr. 2009 döneminde kullanlan elektrik sonucu ortaya
çkan emisyon değerleri hesaplanmș ve Çizelge 16’da verilmiștir.
Çizelge 16. 2009 ylna ait kullanlan toplam elektrik tüketim değerlerine ait
CO2-e değerleri
Dönem
CO2-e değeri kg
Toplam
(01/01/2009(kg)
31/01/2009)
KrmaPompa
İdari Bina
Eleme
Ünitesi
Tesisleri
12 aylk Toplam
2471824
111837
90486
2674147
Elektrik tüketimi sonucunda bulunan 2009 ylna ait toplam CO2-e değerleri,
buna karșlk kazlan toplam malzeme miktaryla oranlanmș ve ton bașna
CO2-e (kg) değerleri bulunmuștur.
Toplam CO2-e (kg) / Toplam Kazlan Miktar (ton) = 2674147/2602093 = 1,027
kg/ton CO2-e
Bu değerin gözlem yaplan dönemdeki birim kg CO2-e değerlerinden fazla
çktğ görülmektedir. İșletme 2009 ylnn bir döneminde tek bir krma eleme
tesisi ile üretim yaparken daha sonra yeni bir tesis ișletmeye dahil edilmiștir.
Elektrik tüketim değerleri açsndan yeni tesisin daha az elektrik tükettiği
gözlemlenmiștir. Bu nedenle 2009 yl elektrik kaynakl birim CO2-e değerleri
gözlem yaplan dönemdeki elektrik kaynakl birim CO2-e değerlerinden yüksek
çkmștr.
4.5. Değerlendirme Yukardaki bölümlerde bulunan sonuçlara göre, incelenen sahada gözlemlenen
formasyon türlerine bağl olarak toplam birim CO2-e değeri hesaplanmștr. Bu
değer
1
ton
agrega
üretimi
srasndaki
toplam
enerji
tüketiminden(patlatma+elektrik+dizel yakt) kaynaklanan CO2-e değerini
vermektedir. Buna göre kumtaș için 2,3219 kg/ton CO2-e, dolerit için 3,2039
kg/ton CO2-e ve grovak için ise 2,4559 kg/ton CO2-e değerleri bulunmuștur. Bu
değerlerin enerji kaynaklarna göre yüzdesel dağlm kumtaș, dolerit ve
grovak için Șekil 4 a,b ve c ‘de verilmiștir.
800
(c)
Șekil 4. Gözlemlere dayal birim CO2-e değerlerinin yüzdesel dağlm
Șekil 4 a,b ve c incelendiğinde tüm formasyonlara göre CO2-e değerlerinin en
önemli kaynağnn yakt tüketimi olduğu görülmektedir. Ayrca kumtaș ve
grovak formasyonlarndaki enerji türlerine göre CO2-e dağlm yüzdelerinin
birbirine çok yakn olduğu görülmüștür. Fakat dolerit formasyonunda ise yakt
tüketimi kaynakl CO2-e yüzde değeri diğer formasyonlara göre daha fazladr.
Çünkü yaplan kaya mekaniği deneylerinde doleritin tek eksenli basma
dayanm diğer formasyonlara göre daha fazla olmuștur. Buda dizel yaktla
çalșan araçlarn dolerit formasyonu için daha fazla yakt ve zaman
harcamalarn gerektirmektedir.
Bu değerlerin literatürdeki 1 ton agrega üretiminden kaynakl CO2-e
değerleriyle kyaslamas yapldğnda düșük kaldğ görülmektedir. İnceleme
yaplan bölgedeki elektriğin doğalgaz ile elde ediliyor olmas bu sonucun en
önemli nedeni olarak gösterilebilir. Ayrca gözlem yaplan dönemlere ek olarak
ișletmeden alnan 2009 yl verileriyle formasyon türleri gözetmeksizin söz
konusu saha için genel bir birim CO2-e değeri hesaplanmștr. Bu değerlerin
enerji kaynaklarna göre yüzdesel dağlm Șekil 5 ‘de verilmiștir. Buna göre,
söz konusu çalșma sahasndaki 1 ton agrega üretiminden kaynaklanan birim
CO2-e değeri 2,4725 kg/ton CO2-e olarak bulunmuștur.
[4].
[5].
[6].
[7].
[8].
Uz, B., “ Ayazağa Köyü Cendere Mevkinde Yer alan Malzemenin
Jeolojik/Yapsal, Mineralojik-Petrografik ve Fiziko-Mekanik Özelliklerinin
Etüd ve Değerlendirme Raporu”, ,İ.T.Ü Maden Fakültesi, İstanbul,(2007).
AP-42 Section 13.3, Explosives Detonation, EPA Contract No. 69-D0-0123,
Midwest Research Institute, Kansas City, MO, (1993).
Pekin, A., “Ulaștrma Sektöründen Kaynaklanan Sera Gaz Emisyonlar”,
İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği
Anabilim Dal Yüksek Lisans Tezi , İstanbul, (2006).
Türkiye Elektrik İletim A.Ș. Genel Müdürlüğü Apk Dairesi Bașkanlğ,
Türkiye Elektrik Enerjisi üretim Planlama Çalșmas,(2005 – 2020),
(2004).
Australian Goverment Department of Climate Change, National
Greenhouse Accounts (Nga) Factors, ( 2009).
Șekil 5. 2009 yl birim CO2-e değerlerinin yüzdesel dağlm Șekil 5’de de görüldüğü gibi tüm formasyonlara göre CO2-e değerlerinin en
önemli kaynağ yakt tüketimi olmaktadr. Ayrca elektrik tüketimi kaynakl
birim CO2-e dağlm değeri gözlem yaplan dönemlerdeki yüzdesel dağlmla
kyaslandğnda yüksek çktğ görülmüștür. Bunun nedeni olarakda eski tesisin
2009 ylnda daha aktif olarak çalștğ ve daha az elektrik tüketen yeni tesisin
sonradan devreye girmesi gösterilebilir.
5. Sonuçlar Bașta fosil yakt kullanm olmak üzere insan faaliyetleri sonucu açğa çkan
sera gaz salnmlar, dünyamz için büyük tehlike olușturan küresel snmaya
neden olmaktadr. Bu nedenle sanayileșmenin bir gereği olarak artan enerji
tüketimi sonucu ortaya çkan sera gaz salnmlar üretim faaliyetlerinin her
așamasnda kontrol altna alnmal ve enerji kullanmn optimize edecek
metotlar geliștirilmelidir.
Bu çalșma dünyada yap malzemesi olarak yaygn kullanma sahip olan
betonun, hacimce yaklașk %70’ini olușturan agrega üretimindeki CO2
emisyonlarn (CO2-e) ve enerji tüketimlerini belirleme metotlarn vermektedir.
Agrega üretiminde günümüz șartlarnda en önemli unsurlardan biri kaynaklarn
sürdürülebilir kullanm ve üretimin her așamasnda minimum sera gaz salnm
değerleri, bașka bir deyișle CO2 emisyonunu (CO2+CO+NOx+CH4.vb..) verecek
standartlarn uygulanmasdr. Buna bağl olarak agrega üretimi așamasnda
malzemeyi iyi tanmak ve ona göre üretim yöntemi seçebilmek enerjinin
optimum kullanm ve dolaysyla sera gaz etkileri açsndan oldukça önemlidir
Bu çalșmada İstanbul Cendere bölgesinde bulunan bir taș ocağnda agrega
üretim ișlemleri srasnda harcanan enerjiler, yaplan saha çalșmalar ile ocak
içerisinde bulunan farkl formasyonlar da dikkate alnarak incelenmiș ve 1 ton
agrega üretimi srasnda ortaya çkan birim CO2 emisyon değerleri basma ve
çekme dayanmlar farkl 3 formasyona göre hesaplanmștr. Buna göre basma
ve çekme dayanm yüksek olan dolerit formasyonu en yüksek birim CO2
emisyon değerini vermiștir. Ayrca sözkonusu taș ocağnda geçmiș aylara ait
enerji tüketim miktarlar alnmș ve buna bağl olarak açğa çkan birim CO2
emisyon değerleri de hesaplanmștr.
Agrega üretimi srasnda olușan CO2 emisyonlarnn yüzdesel dağlm
incelendiğinde; dizel yakt kullanmnn %60-70 aralğnda bir oranla en önemli
CO2 emisyon kaynağ olduğu anlașlmștr.CO2 emisyonlarnn sonraki en
önemli kaynağ %30-40 aralğnda bir oranla elektrik tüketimi olmuștur.
Elektrik tüketimi kaynakl CO2 emisyonlarnn daha az oranda çkmasnn
bașlca nedeni elektriğin doğalgaz ile üretiliyor olmasdr. Ayrca formasyonlara
bağl olarak CO2 emisyonlarnn yüzdesel dağlm incelendiğinde kumtaș ve
grovak formasyonlarndaki enerji türlerine göre CO2-e dağlm yüzdelerinin
birbirine çok yakn olduğu görülmüștür. Fakat dolerit formasyonunda ise yakt
tüketimi kaynakl CO2-e yüzde değeri diğer formasyonlara göre daha fazladr.
Burdan da formasyonun dayanmnn artmas sonucu, yakt tüketimindeki
artșn diğer enerji tüketimlerindeki artșa oranla daha fazla olduğu sonucu
çkarlabilir. Patlayc madde tüketiminin çok fazla olmamas nedeniyle olușan
CO2 emisyonlar düșük seviyede olmuștur.
2009 yl elektrik tüketimi kaynakl birim CO2-e dağlm değeri gözlem yaplan
dönemlerdeki yüzdesel dağlmla kyaslandğnda yüksek çktğ görülmüștür.
Bunun nedeni olarak da eski tesisin 2009 ylnda daha aktif olarak çalștğ ve
daha az elektrik tüketen yeni tesisin sonradan devreye girmesi gösterilebilir.
Kaynaklar [1].
[2].
[3].
Çepel, N., “Küresel Isnma” Türkiye Erozyonla Mücadele, Ağaçlandrma
Doğal Varlklar Koruma Vakf yaynlar, (2009).
David J. M. Flower and Jay G. Sanjayan, “Green House Gas Emissions
due to Concrete Manufacture”, Int J LCA 2007,vol12,pages:282-288,
(2008)
TİK 2007, T.C Bașbakanlk Türkiye İstatistik Kurumu Haber Bülteni,
Say:111, (2009).
801
TÜRKİYE DENİZ SULARINDA KOROZYONA ETKİ EDEN FAKTÖRLERİN İNCELENMESİ INVESTIGATION OF EFFECTS OF CORROSIVE FACTORS IN SEAWATERS OF TURKEY Hüsnü GERENGİ
Düzce Üniversitesi, Kaynașl Meslek Yüksekokulu, Düzce, Türkiye, [email protected]
Özet İletkenliği oldukça yüksek olan deniz suyu, temas ettiği metal yaplar için
șiddetli bir korozif ortam olușturmaktadr. Denizlere yakn ve ky șeridinde
bulunan yaplardaki beton ve betonarme elemanlar dolayl olarak deniz suyu
ve deniz ortamnn olușturduğu koșullardan etkilenmektedir. Yap elemanlarna
nüfuz eden su; çelik elemanlar ve betonarme yaplarn tașyc ksmlarndaki
donatlar korozyona uğratarak binann yük tașma kapasitesinin azalmasna
neden olur. Bu olgu, deprem açsndan irdelendiği zaman; korozyonun
önlenmesinin, yapnn dayankllğ üzerinde ne denli etkili olduğu görülür.
Deniz suyunun stokiyometrik bileșimi, içerdiği oksijen miktar, ortamn scaklğ
ve pH değeri gibi önemli parametreler korozyon mekanizmasnn tespitinde
kullanlmaktadr. Bu değișkenlerin çok az miktarda değișmesi bile korozyon
mekanizmasn dolaysyla korozyon hzn değiștirdiği bilinmektedir. Bu
çalșma ile deniz suyunda korozyona etki eden faktörlerle, korozyon hz
arasndaki ilișki tartșlmakta ve ülkemizi çevreleyen Akdeniz, Ege ve
Karadeniz’de deniz yüzeyinden așağ doğru inildikçe korozyona etki eden
parametrelerin nasl değiștiği ortaya konulmuștur.
Anahtar kelimeler: Deniz suyu; Korozyon; Akdeniz, Ege denizi; Karadeniz
Abstract Seawater has relatively high conductivity, so it is a corrosive
environment for metal structures. Marine environment is very affective on
concrete and reinforced concrete elements close to the sea and coastline.
When the water penetrates into structure and effect steel-reinforced,
concrete elements, the building's load-carrying capacity will decrease with
corrosion. This phenomenon, (corrosion prevention) become more effective
when examined in terms of earthquake. Composition of seawater, salinity, the
amount of oxygen, environment temperature, and other important parameters
such as pH value are used to determine corrosion mechanism. Corrosion rate,
according to the corrosion mechanism, changes with these variables. In this
study, the correlation between corrosion rate and effects of corrosion in
seawater has been discussed. Also, the corrosion affecting the change of
corrosion factors in the Mediterranean, Aegean and Black Sea from surface to
down has been investigated.
Anodik ve katodik reaksiyonlar, bölgeler arasndaki serbest enerji fark
nedeniyle gerçekleșmektedir. Korozyon mekanizmas, elektrokimyasal bir pilin
mekanizmasyla ayn özelliktedir. Korozyon reaksiyonlarnda da diğer
elektrokimyasal reaksiyonlarda olduğu gibi yükseltgenme ve indirgenme
reaksiyonlar bir arada yürür [5]. Eșitlik 1-5.’te görüleceği üzere bu
reaksiyonlarn yürüme mekanizmas birbirinden çok farkl olabilir. Anodik olay,
metal atomlarn elektron kaybetmesidir. Kaybedilen elektronlar belli bir
doğrultuya iletilerek uzaklaștrlmalar mümkün değilse ya da bu ișlem yeterli
hzla gerçekleșmezse anodik olayn tamamen durmas veya hznn oldukça
azalmas söz konusu olacaktr.
Katodik olay, anodik ișlemde üretilen elektronlar tüketmektir. Katodik
ișlemin gerçekleșmesi bu kurama bağldr. Korozyon hücresinin faaliyetlerini
kontrol eden faktörleri genel olarak; (1) Metalin çözünürlüğü veya çözünüm
eğilimi; (2) Elektron indirgenebilen iyon veya moleküllerin mevcudiyeti ve
indirgenme eğilimleri, șeklinde ayrabiliriz. Korozyon biliminin ana sorunu bu
etkenlerin düzenli ve kantitatif tariflerine ulașmaktr [6].
2. Deniz Suyunda Korozyona Etki Eden Faktörler Deniz suyunun etkisiyle korozyona uğrayan bir metalin, korozyon
mekanizmas çeșitli değișkenlere bağldr [7]. Bu değișkenlerin çok az miktarda
değișmesi bile korozyon mekanizmasn, dolaysyla korozyon hzn
değiștirmektedir [8]. Deniz suyunun stokiyometrik bileșimi, içerdiği oksijen
miktar, ortamn scaklğ, pH değeri ve suyun akș hz gibi önemli parametreler
korozyon mekanizmasnn tespitinde kullanlmaktadr [1]. Șekil 2.’de sözü
edilen baz değișkenlerin, derinliğe bağl nasl değiștiği gösterilmektedir.
Deniz suyunda bulunan tuzlar, çözünen gazlar ve yașayan biyoorganizmalar korozyonu genel olarak kimyasal, fiziksel ve biyolojik etkiler
șeklinde (Tablo 1.) snflandrmamz sağlamaktadr [9].
Șekil 2. Pasifik okyanusunda, tuzluluk, pH, scaklk ve oksijen değerlerinin
Keywords: Seawater; Corrosion; Mediterranean; Eagan Sea; Black Sea
1. Giriș Korozyon reaksiyonlar Au, Pt, Ir ve Pd gibi soy metaller dșndaki
metallerin termodinamik kararszlğ sonucu veya dș akmlarn etkisiyle
gerçekleșir [1]. Korozyon olaynda yürüyen tepkimeler, elektrokimyasal bir
hücrede yürüyen tepkimelere benzemektedir [2]. Șekil 1.’de beton içerisinde
korozyona uğrayan düșük karbon çeliğinin korozyon mekanizmas
görülmektedir [3]. Eșitlik (1-5) beton içersinde donatnn korozyona uğramas
ile gerçekleșen elektrokimyasal süreci göstermektedir [4].
Katodik reaksiyon;
O2 + 2H2O +4e- → 4OH-
(1)
Anodik Reaksiyon;
Fe → Fe+2+ 2eGerçekleșen net reaksiyonlar;
Fe+2 + 2OH- → Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 → Fe2O3.H2O + 2H2O
(2)
(3)
(4)
(5)
derinliğe bağl olarak değișimi
(Ölçek 1 değeri; 1 0C, 0.333 ppm, x 0.1 + 6.4 pH, x 0.1 +33 gr/kg tuzluluk)
Șekil 1. Düșük karbonlu bir çeliğin k borunun, sulu ortamda korozyon
mekanizmas
802
Tablo 1. Deniz suyunda korozyona etki eden faktörler
Kimyasal Fiziksel
*Çözünmüș gazlar
*Tuzluluk
*pH
*Çözünmüș iyonlar
Biyolojik
*Suyun akș
hz
*Scaklk
*Basnç
Deniz suyundaki bitkisel ve
hayvansal yașam
2.1. Deniz Suyunda Bulunan Tuzlarn Miktar Deniz suyunda bütün elementler değișik oranda bulunurken, genelde
çözünen bileșenlerin büyük bir bölümü basit iyonlardan ziyade iyon çiftleri ve
kompleksler halinde bulunur. Deniz suyunun yaklașk iyonik bileșimi Tablo
2.’de verilmektedir [10]. Deniz suyu içinde bulunan tuzlarn yaklașk %70’ini
sodyum klorür olușturur. İyon olarak da en çok klorür iyonu bulunur. Ancak
stokiyometrik olarak deniz suyu içinde bulunan bileșikler Tablo 3.’te verildiği
gibi kabul edilebilir.
Tablo 2. Deniz suyunun iyonik bileșimi (d=1.023 g/cm3)
Katyonlar
Na
g/kg
+
Anyonlar
-
g/kg
10,77
Cl
+2
1,29
SO4-2
2,71
Ca+2
0,41
HCO3 -
0,14
Mg
+
K
0,40
+
Br
Șekil 3. Bakrn su içersindeki korozyonun, oksijen miktarna göre değișimi
19,35
-
Deniz suyu içinde yürüyen korozyon olaylarnda katot reaksiyonu
yalnzca çözünmüș oksijenin indirgenmesi ile yürür [1]. Korozyon hz, metal
yüzeyine etki eden oksijen difüzyon hznn kontrolü altndadr (Eșitlik 1.).
Bakrn su içerisindeki oksijen miktarna göre korozyon hz Șekil 3.’te
verilmiștir [13].
0,07
Oksijenin kaynağ atmosferdir. Bu nedenle yüzeyde maksimum olan
oksijen derișimi derinlere gidildikçe azalr. Deniz suyu içinde oksijenin
çözünürlük derecesi çözünmüș tuz derișimine ve suyun scaklğna da bağldr.
-2
0,03
22,30
Sr
0,01
B(OH)3
Toplam
12,88
Toplam
Tablo 3. Deniz suyunun yaklașk stokiyometrik bileșimi
Tuz
Derișim, g/l
NaCl
24,53
MgCl2
5,20
Na2SO4
4,09
CaCl2
1,16
KCl
0,695
NaHCO3
0,201
KBr
0,101
H3BO3
0,027
SrCl2
0,025
Diğerleri
0,002
0
10
15
20
25
30
10.22
7.89
7.05
6.35
5.77
5.28
8 g/kg 16 g/kg
9.70
7.52
6.72
6.07
5.52
5.06
9.19
7.14
6.40
5.79
5.27
4.84
24 g/kg
31 k/kg
8.70
6.79
6.10
5.52
5.04
4.63
8.27
6.48
5.83
5.29
4.84
4.45
36
g/kg
7.99
6.28
5.65
5.14
4.70
4.33
2.3. Deniz Suyunun Scaklğ Tablo 4. Deniz suyunda çözünmüș baz gazlar
%
ml/litre
% Atmosferde
Deniz suyunun Deniz
suyunda
yüzeyinde
47.5%
36.0%
15.1%
1.4%
0 g/kg
Tablo 5.’te görüldüğü üzere, deniz suyu içinde çözünmüș oksijen derișimi
scaklğn ve tuzluluğun artș ile azalmaktadr.
Korozyonu etkileyen en önemli parametre șüphesiz ortamdaki çözünmüș
oksijen miktardr. Ancak deniz suyunda çözünmüș daha pek çok gaz vardr.
Tablo 4. ’te bunlardan bazlar gösterilmektedir [12].
78%
21%
0.03%
1%
Oksijenin sudaki çözünürlüğü, ml/l
%Tuz
2.2. Deniz Suyunda Bulunan Çözünmüș Oksijen Miktar N2
O2
CO2
Ar
Tablo 5. Oksijen çözünürlüğünün scaklk ve tuzluluğa bağllğ
T (0C)
……..
Açk denizlerde toplam çözünmüș tuz derișimi 32–36 g tuz/kg deniz suyu
arasnda değișir. Kapal denizlerde ve tropikal bölgelerde tuzluluk biraz daha
yüksektir. Örneğin, Ege denizinin tuzluluğu 38 g/kg dr. Buna karșlk Karadeniz
ve Baltk denizi gibi bol nehir sular ile beslenen denizlerde tuzluluk daha azdr
[11].
Gaz
molekülleri
Tablo 5.’te oksijenin sudaki çözünürlüğünün, scaklk ve tuz derișimine
bağl değișimi gösterilmektedir.
10
5
40
-
Scaklk korozyon reaksiyonlarnn hzn artrc olarak rol oynar [14-16].
Scak denizlerde korozyon hznn soğuk denizlere göre daha fazla olmas
gerekir. Ancak scaklğn, oksijenin su içinde çözünürlüğü ve
mikroorganizmalarn hz üzerinde etkisini de göz önünde bulundurmak gerekir
[17]. Artan yașam çeșitliliği, metal yüzeyinde fouling olușumu yani koruyucu bir
kabuklașmann olușmasna olanak sağlar. Kabuklașma olay metal yüzeyine
olan oksijen difüzyonunu güçleștirir. Bu çelișkili etkiler, scaklğn korozyon hz
üzerine etkisi konusunda genel bir hüküm verilmesini güçleștirir [18]. Coğrafi
bölgelere ve mevsimlere göre deniz suyunun scaklğ 5-25 C arasnda değișir.
Mevsimsel değișmeler belli bir derinliğe kadar etkili olur. Yaklașk 50 m
derinlikten sonra meteorolojik olaylarn artk etkili olmadğ ve deniz suyu
scaklğnn 4-5 C de sabit kaldğ görülür. Scaklğn Pasifik okyanusunda
derinliğe göre değișimi Șekil 2.’de görülmektedir [1].
2.4. Deniz Suyunun pH Değeri Deniz suyunun pH derecesi normal koșullarda 8.0 ile 8.3 arasnda değișir.
Bu değer deniz suyu içinde bulunan bikarbonat iyonlar ile atmosferde bulunan
karbon-dioksitin dengesinden olușur. Deniz suyu içinde çözünmüș olarak
bulunan karbondioksit, deniz içinde yașayan bitkiler tarafndan fotosentez
olaynda kullanlr. Yüzeye yakn bölgede güneș șnlarnn etkisiyle yürüyen bu
olay karbondioksitin azalmasna ve pH derecesinin artmasna neden olur.
Derine doğru inildikçe pH derecesinde azalma görülür. Bu durum, çürüyen
organik maddelerin çkardğ karbondioksit ve hidrojen sülfürden ileri gelir.
2
803
Yüzeyde 8.2 olan pH derecesi, yaklașk 100 m derinlikte 7.6’a düșmektedir. pH
derecesinin Pasifik okyanusunda derinliğe göre değișimi Șekil 2.’de
görülmektedir.
Deniz suyunun pH derecesinin yüksek olmas deniz suyu içinde katodik
reaksiyonun hidrojen çkș ile ilgili değil, çözünmüș oksijen redüksiyonu
șeklinde yürümesine neden olur. Korozyonun biçimi pH’a göre değișir [19-22].
3. Ege ve Akdeniz‘de Korozyona Etki Eden Faktörlerin İncelenmesi Türkiye 36° - 42° Kuzey enlemleri, 26°-45° Doğu boylamlar arasnda yer
alr. Buna bağl olarak; Türkiye dört mevsimin belirgin olarak yașandğ lman
kușakta yer alr.
Akdeniz, Atlas Okyanusu'na bağl, kuzeyinde Avrupa, güneyinde Afrika,
doğusunda Asya ktalar bulunan bir denizdir. 2.5 milyon km² bir alan kaplayan
deniz Cebelitark Boğaz ile Atlas Okyanusu'ndan, Süveyș Kanal ile de
Kzldeniz'den ayrlr [23].
Ege Denizi'nin genel derinliği ortalama 1500 mt’dir. Yaklașk yüzölçümü
196.000 km2’dir. Ege Denizi üstünde genel olarak Akdeniz iklimi görülmektedir.
3.1. Ege ve Akdeniz‘de Tuzluluk Değerinin incelenmesi Șekil 5. Ege ve Akdeniz’de, 35.8 kuzey enleminde derinliğe bağl olarak
yüzeyden așağya doğru inildikçe tuzluluk miktarnn değișimi
Ege Denizi'nin tuzluluk oran Akdeniz'e yakndr. Bu oran yaklașk, ‰ 38
(binde) olup tuz oran fazla olan denizler grubunda değerlendirilir. Ege ve
Akdeniz’de tuzluluğun fazla olmasnn nedeni büyük nehir giriși olmamasdr.
Buna bir de buharlașmayla kaybedilen su eklenince tuzluluğun fazla olmasnn
nedeni ortaya çkmaktadr. Bunun yannda Kzldeniz ‰ 41(binde) tuzluluk oran
ile Akdeniz’den daha fazla tuzluluk oranna sahiptir. Süveyș Kanal araclğyla
Akdeniz’e bağlanan Kzldeniz’den de yüksek oranda tuzlu su giriși vardr [25]. Ege ve Akdeniz’in genel tuzluluk değerlerinin enlem ve boylama bağl
olarak nasl değiștiği Șekil 4.’te gösterilmiștir. Șekil 5.’te 35.8 kuzey enleminde
yl ortalamas alnmș, 3500 mt derinliğe kadar Ege ve Akdeniz’de tuzluluğun
nasl değiștiği gösterilmiștir. Șekil 6.’da 10 mt derinlikte Ege ve Akdeniz’deki
tuzluluk değerleri gösterilmektedir [26]. Bu derinlik gemilerin maruz kaldğ
korozyonu hesaplamada dikkat edilmesi gereken önemli bir ölçüttür.
Șekil 6. Ege ve Akdeniz’de 10 m derinlikte ölçülen, tuzluluk miktar
3.2. Ege ve Akdeniz‘de Çözünmüș Oksijen Değerinin incelenmesi Atmosfere yakn olan bölgede su içinde çözünmüș oksijen ile hava
Șekil 4. Ege ve Akdeniz’de, Enlem ve Boylama bağl olarak değișen tuzluluk
oranlar
oksijeni denge halindedir. Su içinde çözünmüș oksijenin difüzyon yoluyla
derinlere tașnmas son derece yavaștr. Diğer taraftan güneș șnlarnn etkili
olduğu üst bölgede fotosentez olaylar ile oksijen üretilir. Daha derin
bölgelerde ise artk çürüme olaylar bașlar ve çözünmüș oksijen gittikçe azalr
[19]. Katot bölgesindeki oksijen0 derișimi azaldkça korozyon hznda da azalma
olmaktadr. Araștrmalar 80 C ’nin üstündeki scaklklarda oksijenin sudan
ayrșarak korozyon hznn giderek düșmesine yol açtğn göstermektedir.
Oksijenin ayrșmasna olanak vermeyen kapal sistemlerde korozyon hznn
scaklkla artș süreklidir [24].
Șekil 7 ve 8.’de, 35.8 kuzey enleminde yl ortalamas alnmș, derinliğe
bağl olarak yüzeyden așağya doğru inildikçe çözünmüș oksijen miktarnn
değișimi gösterilmiștir. Șekil 9.’da ise 10 mt derinlikteki çözünmüș oksijen
miktar gösterilmektedir [26].
3
804
Șekil 7. Ege ve Akdeniz’de, 35.8 kuzey enleminde, yüzeyden 200 mt derinliğe
kadar değișen çözünmüș oksijen değerleri
kadar değișen scaklk değerleri
Șekil 11.’de ise yine ayn boylamda 3500 mt derinliğe kadar deniz suyu
scaklk değerinin nasl değiștiği görülmektedir.o Yüzeyde okunan 22 oC
değerinde çok azalma olmamș ve yaklașk 12- 14 C dolaynda sabit kalmștr.
Güneș șnlarnn etki etmediği 3500 mt derinlikte suyun daha soğuk olmas
beklenirdi. Șekil 2.’de
Pasifik okyanusunda 3500 mt derinlikte ölçülen su
scaklğ yaklașk 4 oC’dir.
Scaklk artș suda çözünen oksijen miktarn azalttğ için Șekil 8.’de
görüleceği üzere Ege ve Akdeniz’de 3500 mt derinlikte 4 ml/l değerine kadar
gerilemiștir. Yaplan çalșmalar korozyon hzn etkileyen scaklk ve ortamdaki
oksijen miktar değișkenlerinden oksijen hz parametresinin daha belirleyici
olduğunu göstermektedir [27].
Șekil 8. Ege ve Akdeniz’de, 35.8 kuzey enleminde derinliğe bağl olarak
yüzeyden așağya doğru inildikçe çözünmüș oksijen miktarnn değișimi
Șekil 11. Ege ve Akdeniz’de, 35.8 kuzey enleminde, yüzeyden 3500 mt
derinliğe kadar değișen deniz suyu scaklk değerleri
Șekil.12’de, Ege ve Akdeniz’de ilk 10 mt derinlikteki ölçülen ortalama
scaklk değerleri gösterilmiștir. Bu verilerle, Șekil 9. da elde edilen veriler
paralellik arz etmektedir. Ege denizinin Yunanistan’a yakn kylar daha soğuk
dolaysyla çözünmüș oksijence daha zengindir. Bunun sebebi denize dökülen
temiz su kaynaklarnn fazla olmasdr.
Șekil 9. Ege ve Akdeniz’de 10 m derinlikte ölçülen, çözünmüș oksijen
miktar
3.3. Ege ve Akdeniz‘de Scaklk Değerinin incelenmesi Scak denizler olarak nitelendirilen Ege ve Akdeniz Șekil 10.’da
göreceğiniz gibi ilk 200 mt 16 oC scaklğn altna düșmemektedir.
4
805
Șekil 12. Ege ve Akdeniz’de 10 m derinlikte ölçülen, deniz suyu scaklk
değerleri
3.4. Ege ve Akdeniz‘de pH Değerinin incelenmesi Buharlașmann çok olduğu Ege ve Akdeniz’de pH değeri 8 ila 8.3
aralğnda değișmektedir. Șekil 13.’te 35.8 kuzey enleminde 200 mt, Șekil 14’te
ise yine ayn boylamda 3500 mt derinliğe kadar pH değerinin nasl değiștiği
görülmektedir. Șekil 15.’te, 10 mt derinlikte ölçülen pH değerlerini
göstermektedir [26].
Kullanlan metalik malzemenin türüne bağl olarak pH değeri korozif etki
gösterir. Baz metaller için düșük pH, diğer baz metaller için yüksek pH değeri
daha korozif etkide bulunur [28].
Șekil 15. Ege ve Akdeniz’de 10 m derinlikte ölçülen, pH değerleri 4. Karadeniz‘de Korozyona Etki Eden Faktörlerin İncelenmesi Karadeniz, 8 bin 350 kilometre ky șeridine sahip, 461.000 km² alan
kaplayan, en geniș yeri doğudan batya 1.175 km, en derin noktas 2.210 m olan,
Marmara Denizi vastasyla Ege Denizi’ne bağlanan, batdan doğuya böbrek
formunda bir denizdir [23]. Dökülen akarsular ve düșen yağșlardan dolay
tuzluluk oran yaklașk ‰ 18 (binde) dir. Yükselen su seviyesi Marmara ve Ege
denizleri yönünde bir aknt olușturur. Karadeniz’e alt aknt ile Akdeniz’in tuzlu
sular ulașr [29].
4.1. Karadeniz‘de Tuzluluk Değerinin incelenmesi Karadeniz, özellikle aldğ yağșlardan dolay tuzluluk değeri Ege ve
Akdeniz’e kyasla oldukça düșüktür. Fakat Șekil 16-17.’de görüleceği üzere 100
mt’den sonra tuzluluk oran oldukça artmaktadr. Bu veriler Ege ve Akdeniz’den
alt aknt ile tuzlu su girișini doğrulamaktadr. Petrol ve doğal gaz boru hatlar
için bu değișim son derece önemlidir. Șekil 18.’de 10 mt derinlikte
Karadeniz’deki tuzluluk değerleri gösterilmektedir [26]. Karadeniz’in Kuzey Bat
sahilleri dökülen akarsulardan dolay daha az tuzlu olduğu görülmektedir.
kadar değișen pH değerleri
Șekil 16. Karadeniz’de, 42.4 kuzey enleminde, yüzeyden 200 mt derinliğe
kadar değișen tuzluluk değerleri
Șekil 14. Ege ve Akdeniz’de, 35.8 kuzey enleminde, yüzeyden 3500 mt
derinliğe kadar değișen pH değerleri
kadar değișen tuzluluk değerleri
5
806
Șekil 18. Karadeniz’de 10 m derinlikte ölçülen, deniz suyu tuzluluk değerleri
4.2. Karadeniz‘de Çözünmüș Oksijen Değerinin incelenmesi Șekil 19-20.’de, 42.4 kuzey enleminde yl ortalamas alnmș, srasyla 200
mt ve 1500 mt derinliğe kadar, yüzeyden așağya doğru inildikçe çözünmüș
oksijen miktarnn değișimi gösterilmiștir. Șekil 21.’de, 10 mt derinlikte
Karadeniz’deki çözünmüș oksijen miktar gösterilmektedir.
kadar değișen çözünmüș oksijen miktar
kadar değișen çözünmüș oksijen miktar
Șekil 21. Karadeniz’de 10 mt derinlikte ölçülen, çözünmüș oksijen miktar
4.3. Karadeniz‘de Scaklk Değerinin incelenmesi Șekil 22-23.’de, 42.4 kuzey enleminde yl ortalamas alnmș, srasyla
200 mt ve 2000 mt derinliğe kadar, yüzeyden așağya doğru
inildikçe değișen
scaklk değerleri gösterilmiștir. İlk 200 mt’de yaklașk 10 oC soğumann olmas
oldukça dikkat çekicidir. Bu scaklk fark 2000 mt derinliğe kadar
korunmaktadr. Șekil 24.’te, 10 mt derinlikte Karadeniz’de ölçülen scaklk
değerleri gösterilmektedir.
807
6
Șekil 24. Karadeniz’de 10 mt derinlikte ölçülen, deniz suyu scaklk değerleri
4.4. Karadeniz‘de pH Değerinin incelenmesi pH değeri, ortamn aerobik veya anaerobik olduğu hakknda bilgi vermesi
açsndan son derece önemlidir. Canl hayatn devamnn göstergesidir. Șekil
25-26.’da görüleceği üzere 80 mt’den sonra pH değeri 7.8’e kadar
azalmaktadr. Bu durum bulanklğn artmasna ve oksijensiz koșullar nedeniyle
H2S, CH4, NH3, vb. gazlarn açğa çkmasna neden olur [24]. Șekil 17.’de, 10 mt
derinlikte ölçülen pH değerlerini göstermektedir [26].
Șekil 27. Karadeniz’de 10 m derinlikte ölçülen, pH değerleri
5. Sonuçlar Korozyonla mücadele için, yaplmas gereken en önemli çalșma
elektrokimyasal sürecin yürüdüğü ortam iyi tanmaktr. Böylece, elde edilen
veriler doğrultusunda yeni alașmlar geliștirilebilir ve korozyon ölçme
yöntemleri belirlenebilir.
Yap sistemlerine etki yönünden en tehlikeli sularn saf sular, sülfat,
klörür, nitrat gibi anorganik asitlerin tuzlarn içeren çözeltiler olduğu
bilinmektedir. Bu maddelerin hepsi deniz suyunda mevcuttur. Dolaysyla, deniz
suyundan etkilenen beton yaplarda zamann bir fonksiyonu olarak
korozyondan söz edilmektedir. Beton korozif ortam etkilerine maruz
kaldğnda, ortamdaki çözeltilerle çimento hidratasyon ürünleri Ca(OH)2 ile
3CaOAl2O3 arasndaki reaksiyonlar sonucu yeni bileșikler olușur. Bu reaksiyon
ürünleri hacim genleșmesi, yumușama ve beton yapsnn çözülmesine neden
olur. Bunun sonucu olarak beton özelliklerinde çözeltinin türüne,
konsantrasyonuna, scaklğna ve etki süresine bağl olarak olumsuz
değișmeler meydana gelir. Bu tip korozif problemleri en aza indirmek için
alnacak önlemler; özel tip çimentolar ile beton küretmek, özel katk maddeleri
kullanmak veya korozyona karș anodik-katodik koruma yapmaktr.
Bu çalșma birbiriyle bağlantlar olan Ege, Akdeniz ve Karadeniz’in
korozyon mekanizmas için önemli olan tuzluluk, çözünmüș oksijen, scaklk ve
pH faktörlerin birbirinden çok farkl olduğunu ortaya koymaktadr. Malzemenin
bulunduğu derinlikteki korozif etki, korozyon hzn ve hatta korozyon türünü
değiștirdiği için bu faktörler son derece önem arz etmektedir.
Kaynaklar Șekil 25. Karadeniz’de, 42.4 kuzey enleminde, yüzeyden 200 mt derinliğe
808
[1].
Gerengi, H., “Tafel Polarizasyon (TP), Lineer Polarizasyon (LP), Harmonik
Analiz (HA) ve Dinamik Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopisi (DEIS)
Yöntemleriyle Düșük Karbon Çeliği (AISI 1026), Pirinç-MM55 ve Nikalium118 Alașmlarnn Yapay Deniz Suyunda Korozyon Davranșlar ve Pirinç
Alașmlarna Benzotriazol’ün İnhibitör Etkisinin Araștrlmas”, , Doktora
Tezi, Eskișehir Osmangazi Ünv. Fen Bil. Enst., (2008). (Danșman: G.
Bereket).
[2].
Zeren, M.A., “Elektrokimya”, Birsen Yaynclk, ISBN: 975-511-156-5, (1999).
[3].
Broomfield, J. P., “Corrosion of Steel in Concrete” ISBN 0-419-19630-7, E
& FN Spon Press, (1995).
[4].
Wilkins, N.J.M., Lawrence, P.F. (1980) Concrete in the Oceans:
Fundamental Mechanisms of Corrosion of Steel Reinforcements in
Concrete Immersed in Sea Water, Technical Report 6, CIRIA/UEG
Cement and Concrete Association, Slough, UK. (1997).
[5].
Jones, D.A., “Principles and prevention of corrosion”, Prentice Hall
Publication, ISBN: 0133599930, (2004).
[6].
Atkins, J.T.N., “Corrosion and its control/ Physical Chemistry”, Oxford
Unv. Pres, ISBN: 0198501021, (1971).
[7].
Melchers, R. E., Jeffrey, R. “Early corrosion of mild steel in seawater”
Corrosion Science, 47, 1678–1693, (2005).
[8].
Paik, J. K., Thayamballi, A. K., Park, Y. I., Hwang, J. S., “A time-dependent
corrosion wastage model for seawater ballast tank structures of ships”,
Corrosion Science, 46, 471–486, (2004).
7
[9].
Sukhotin, A., Tereshchenko, G., “Corrosion Resistance of Equipment for
Chemical Industry”, Begell House Publication, ISBN 978-1567001051,
(2005)
[10]. Gerengi, H., Darowicki, K., Bereket, G., Slepski, P., “Evaluation of
corrosion inhibition of brass-118 alloy in artificial seawater by
benzotriazole using dynamic EIS”, Corrosion Science, Volume: 51; Issue:
11; Page: 2573–2579, (2009).
[11].
Gerengi, H. “Investigation of the effect of benzotriazole on corrosion
behaviour of brass-118 and brass-mm55 alloys in artificial seawater by
harmonic analysis method” ISSN 1302/6178 Journal of Technical-Online,
Volume 8, Number:3, (2009).
[12]. Report of the Royal Society, Excellence science, ISBN 0 85403 617 2,
(2005).
[13]. Maughan, E.V., “The Basics of Stator Coolant Water Chemistry”,
International Chemistry On-Line Process, Instrumentation Workshops in
Clearwater, Florida, (2000).
[14]. Uhling, H., “Corrosion in Action”, ISSN 0003-5599, The International
Nickel Company, (2006).
[15]. Cheng, Y.F., Steward ,F.R. “Corrosion of carbon steels in hightemperature water studied by electrochemical techniques” Corrosion
Science, 46, 2405–2420, (2004).
[16]. Ghaz, M. P., Isgor, O. B., Ghods, P., “The effect of temperature on the
corrosion of steel in concrete” Corrosion Science, 51, 415–425, (2009).
[17]. Féron, D., “Corrosion behaviour and protection of copper and aluminium
alloys in seawater”, ISBN 978-1-84569-241-4, woodhead publishing
limited, Boston, (2007).
[18]. Melchers, R. E., Wells, T., “Models for the anaerobic phases of marine
immersion corrosion” Corrosion Science, 48, 1791–1811, (2006).
[19]. Doruk, M., Korozyon ve Önlenmesi, ODTÜ, (2005).
[20]. Portero, M. J. M., Antón, J. G., Guiñón, J.L., Herranz, V. P., “Pourbaix
diagrams for chromium
in concentrated aqueous lithium bromide
solutions at 25 oC”, Corrosion Science 51, 807–819, (2009).
[21]. Üneri, S., Korozyonun Temel İlkeleri, Türkiye Korozyon Derneği SAGEM,
Ankara Üniversitesi (2000).
[22]. Cetin, D., Aksu, M. L., “Corrosion behavior of low-alloy steel in the
presence of Desulfotomaculum sp.” Corrosion Science, 51, 1584–1588,
(2009).
[23]. Güngördü, E., “Türkiye`nin Coğrafyas” ISBN: 975-8784-12-9, ASİL YAYIN
DAĞITIM, (2006).
[24]. Forsberg, C., “Which policies can stop large scale Eutrophication”, Water
Science and Technology, 37, 193-200, (1998).
[25]. “Akdeniz tuzluk oran/ Merak etikleriniz”
http://www.biltek.tubitak.gov.tr/, (2010).
[26]. Türkiye Deniz Kuvvetleri Komutanlğ, Seyir Hid. Ve Oși. D. Bașkanlğ,
56342 nolu izin, Medatlas, (2002)
[27]. Hamed, E. “Studies of the corrosion inhibition of copper in Na2SO4
solution using polarization and electrochemical impedance
spectroscopy” Materials Chemistry and Physics, MAC-13713; No. of Pages
7; Article in Press, (2010).
[28]. Zaid B., Saidi, D., Benzaid, A., Hadji, S., “Effects of pH and chloride
concentration on pitting corrosion of AA6061aluminum alloy”, Corrosion
Science 50, 1841–1847, (2008).
[29].
“Denizlerimizin Temel Özellikleri” http://www.biltek.tubitak.gov.tr/,
(2010).
809
8
SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK AÇISINDAN KOMPAKT FLÜORESAN LAMBALARIN İNCELENMESİ INVESTIGATION OF THE COMPACT FLUORESCENT LAMPS IN TERMS OF SUSTAINABILITY Damla ALTUNCU
Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Mimarlk Fakültesi, İç Mimarlk Bölümü,
İstanbul, Türkiye, [email protected],
Özet Günümüzde enerji kaynaklarnn tasarruflu olarak kullanm ve yenilenebilir
kaynaklarn geliștirilmesi, sürdürülebilirlik anlayșna paralel olarak
gelișmektedir. Sürdürülebilirlik merkezinde geliștirilen politikalarda, mevcut
enerji kaynaklarnn etkin olarak kullanlmas srasnda gelecek nesillerin
kaynaklarn tüketmemek önemlidir. Bu noktada enerji kaynaklarnn tasarruflu
kullanm srasnda tercih edilen araç, gereç ve malzemelerin kullanm ömürleri
sonunda ne kadarnn geri dönüștürülerek ekosisteme kazandrldğ, ‘çevre
kirliliği kontrolü ve denetimi’ ve ekosistemin sürekliliği bakmndan önem
kazanr. Günlük hayatta kullandğmz her ürünün, ekolojik ayak izi (ecological
footprint); modern dünyann ihtiyaçlarn karșlayabilmek için gerekli görülen
enerji kaynaklarnn tüketilmesinin, tüm ekosistemin sürdürülebilirliği açsndan
değerlendirilmesinde önemli bir ölçüttür. Günümüzde enerji etkin ve doğa
dostu olarak nitelendirilen pek çok ürünün, ekolojik ayakizleri nedeniyle
aslnda sürdürülebilir olmadğ bilinmektedir. Özellikle aydnlatma enerjisinin
etkin kullanmnda tercih edilen kompakt flüoresan lambalar (KFL) bu tür
ürünlere örnektir. Bu poster bildiride, enerji etkin olarak nitelendirilen
aydnlatma araç ve gereçlerini çevresel sürdürülebilirlik bakmndan
değerlendirerek; doğa dostu olup olmadklar çevreci örgütler tarafndan halen
tartșlan kompakt flüoresan lambalarn (KFL), kullanm ömürleri sonunda
çevreye verdikleri zarara dikkat çekmek hedeflenmektedir.
21.yy’n bașnda, teknolojideki ve endüstrideki gelișmelere paralel olarak
çevresel dengenin bozulmas ve doğal kaynaklarn yitirilmesiyle, alternatif
kaynaklarn geliștirilmesi hzlanmș, bununla birlikte sürdürülebilirlik kavram
ortaya çkmștr. 1987 ylnda İngiltere’de Dünya Çevre ve Gelișme Komisyonu
tarafndan yaynlanan Brundtland Raporu’nda,“sürdürülebilir gelișme; gelecek
nesillerin kendi ihtiyaçlarn karșlama güçlerine mani olmakszn, günümüz
neslinin ihtiyaçlarn karșlayan gelișme”[1] olarak tanmlanmștr. Tanmdan da
anlașlacağ gibi sürdürülebilirlikte, insan merkezli bir çevrecilik anlayș
vurgulanmaktadr. Bu bakmdan sürdürülebilirlik kavramnn, bölgesel ya da
ksa süreli uygulamalardan çok, ekolojik sistemin ișleyișini kavrayarak gelecek
kușaklara da braklabilecek, doğal kaynaklarn önemine dikkati çeken,
bireyselden çok toplumsal șekilde hareket etmeği gerektiren ve günlük
hayatn tüm alanlarn kapsayan bir yașam tarz olmas gerekmektedir. Bu
yașam tarznn temelinde yenilenebilir enerji kaynaklarnn kullanm ve
yeniden kullanm (geridönüșüm) konularna eșit ağrlkta yer verilmelidir.
Çevresel sürdürülebilirliğin sağlanmas ise, öncelikle bireyselliğe dayal tüketim
ihtiyaçlarnn, kaynaklarn korunmasna ve eșitliğe dayal yaplanmalar
sayesinde yeniden düzenlenmesiyle gerçekleștirilebilir. Bu konuda yaplan
evrensel çalșmalar tabandan bașlayarak halkn bilinçlendirilmesiyle olmaldr.
Today, energy-efficient use of resources and the development of resources
evolving paralel to understanding of sustainability. It is important that not to
consume the resoruces which is belong to nexy generation during the use of
energy sources as energy-efficient in the center of developed sustainability in
policies. At this point, how long it will be converted back to ecosystem,
efficient use of energy resources by the preferred tools, supplies and
materials at the end of life, in terms of sustainability of ecosystem and
‘enviromental pollution control and supervision’ became important.
Modern dünyann ihtiyaçlarn olușturan malzemeler, ürünler, araç ve gereçler
hatta kullanlan enerjinin bile doğada iz braktğ, günümüzde karșlaștğmz
çevre sorunlaryla somutlașmștr. Bu nedenle her türlü malzeme, ürün ve
araç-gerecin ekolojik ayak izinin (ecological footprint) olarak adlandrlan
çevresel etkisinin de olduğu unutulmamaldr. Ekolojik ayak izi doğal
kaynaklardan yararlanrken açğa çkan atklarn geri kazanm için doğann
ihtiyac olan kara ve su sahasn belirten bir ölçüdür. Bu bakmdan ekolojik
ayak izi; beslenme, barnma, ulașm, çevresel atklar gibi modern dünyann
ihtiyaçlarn karșlayabilmek için gerekli görülen enerji kaynaklarnn
tüketilmesinin, tüm ekosistemin sürdürülebilirliği açsndan ne kadar tehlikeli
olduğunu da ortaya koymaktadr. Karbon salnm, çevresel atklar, tüketilen
su düzeyi, hatta gda üretimi için kullanlan toprak alan miktar bile ekolojik
ayak izinin bir parçasn olușturur.
Every product we use in daily life has an ecolojical footprint which is an
important criterion for energy resoruces consumed by modern world’s needs,
in terms of all ecosytem’s sustainability. Today, characterized as energy
efficient and ecologically friendly products are not sustainable because of
their ecological footprints. Especially, the preferred lighting energy efficient
compact fluorescent lamps (KFL) are examples of such products. In this poster
paper, aimed that to evaluate the lighting equipment which is described as
energy efficient in terms of enviromental sustainability and draw attention to
enviromental damage coused by compact fluorescent lamps (KFL) which is
still discussing by enviromentalist organizations.
Bu noktada sorulmas gereken soru, harcananlarn ne kadarnn geri
dönüștürülebildiği ve ekosisteme geri kazandrldğdr. Sürdürülebilirlik
kavramna dayandrlarak kullanlan ve enerji etkin olarak nitelendirilen
ürünlerin, ekolojik ayak izlerinin bilinmesi, bu bakmdan kar-zarar hesab
yapmak için gereklidir. Günümüzde enerji etkin ve doğa dostu olarak
nitelendirilen pek çok ürünün sürdürülebilir olmadğ, kaybettirdiklerinin
kazandrdklarndan fazla olduğu bilinmektedir. Bu ürünlerin büyük
çoğunluğuyla günlük hayatmzda karșlașmaktayz. Günümüzde aydnlatma
enerjisinin etkin kullanmnda yoğun olarak tercih edilen yeni nesil kompakt
floüresan lambalar (KFL), diğer adyla ‘enerji tasarruflu lambalar’ bu tür
ürünlerden sadece biridir.
Keywords: Sustainability, Re-cycling, Lighting Energy, Ecological Footprint.
2. Kompakt Flüoresan Lambalarn Karakteristik Özellikleri Anahtar kelimeler: Sürdürülebilirlik, Geridönüșüm, Aydnlatma Enerjisi, Ekolojik
Ayakizi.
Abstract 1. Giriș Günümüzde enerjiye olan ihtiyacn artșna; endüstrinin gelișmesine bağl
olarak günlük yașammzda kullandğmz teknolojik ürünlerin çeșitlenmesi ve
kontrolsüz șekilde yükselen nüfus yoğunluğunun artan talepleri sebep olarak
gösterilebilir. İhtiyac olan enerjiyi, öz kaynaklarndan karșlayamayan birçok
ülke, dș kaynaklara yönelmektedir. Enerji kaynaklarnn rezervin kapasitesi ile
snrl olmas ve talebi yeterli șekilde karșlayamamas durumunda, kaynaklarn
ülkeler arasnda siyasal-ekonomik bir nitelik kazanarak ticari bir ürün haline
gelmesi kaçnlmaz olmuștur. Bu durum, enerji konusuna evrensel bir nitelik
kazandrmștr. 1973 ylnda meydana gelen evrensel enerji krizi sonrasnda,
önlem amaçl olarak geliștirilen enerji politikalar, ülkelerin öz kaynak ve enerji
tüketimi durumlarna göre farkllk gösterse de özde, mevcut kaynaklarn
korunmasna yöneliktir. Mevcut kaynaklarn korunmasnda ana hedef, enerjiyi
etkin șekilde kullanacak yöntemler geliștirerek kendi kendine yetebilen
alternatif kaynaklarn, toplumun çoğunluğu tarafndan benimsenmesini
sağlamaktr. Yaplan çalșmalarda bu alandaki en etkili ve çabuk sonuç veren
uygulamalarn, kullanm srasnda enerjinin korunmasyla ilgili olduğu
görülmüștür. Bu açdan alternatif kaynaklardan beklentiler ise; öncelikle
810
enerjiyi etkin șekilde kullanmas, doğa dostu, enerji üretiminde karbon
orannn düșük ve sürdürülebilir olmas șeklinde sralanmștr.
“Dünya çapnda yaplan istatistiksel analizler elektrik enerjisinin yaklașk %2025’inin aydnlatma amacyla tüketildiğini göstermiștir” [2]. Bu oran, tükettiği
enerjinin %45’ini yerli kaynaklardan, geri kalan %55’lik ksmn ise dș
kaynaklardan ithal ettiği bilinen ülkemiz için de önemlidir. Türkiye’nin 2010
ylnda yllk enerji ihtiyacnn ancak üçte birlik ksmn öz kaynaklarndan
karșlayabileceği bilinmektedir [3]. Bu durum, mevcut kaynaklar verimli
kullanmann önemine dikkati çekmektedir. Enerjinin alternatif yollarla elde
edilmesi mevcut kaynaklardan elde edilmesine oranla, ilk tesis ve ișletme
giderleri açsndan, çok daha maliyetli olmaktadr. Bu nedenle Türkiye gibi pek
çok ülkenin enerji politikasnda da, enerjinin etkin kullanm bir kat daha önem
kazanmaktadr.
3. Çevresel Sürdürülebilirlik Açsndan Kompakt Flüoresan Lambalar Resim 1: Yeni nesil kompakt floüresan lambalar (KFL)
(http://tessjm.files.wordpress.com/2009/02/compact-fluorescent-lamp-u-type.jpg)
Her bir KFL küçültülmüș bir standart flüoresan lambadr. Bu bakmdan alçak
basnçl cva buharl lambalarn tüm karakteristik özelliklerini tașrlar. Alçak
basnçl cva buharl lambalar, s üretmeden șk üretirler. Bu durum çalșma
prensiplerinden kaynaklanr. Deșarj tüpü içindeki cva atomlarna, elektrotlar
arasnda meydana gelen deșarj ile kopan elektronlarn çarpmas sonucu,
olușan UV radyasyon, lambay olușturan cam tüpün iç cidarnda yer alan fosfor
yardm ile görülebilen radyasyon haline gelir. Bu olayn gerçekleșmesi için tüm
gaz deșarjl lambalar, türlerine göre çalșma süreçleri gereğince farkl
elementlere ihtiyaç duyarlar. KFL’larda bu element cvadr.“Cva, baryum,
kadmiyum, kurșun, arsenik vb. gibi ağr metaller ve bunlarn bileșikleri insan
sağlğna toksik (zehir) olarak etki ederler. Hayvanlar ve bitkiler de bu zehirli
maddelerden ayn șekilde etkilenirler” [4]. “Cva buharlarnn solunum yoluyla
ciğerlere kadar gitmesi büyük tehlikeler olușturur. Cva buharlar akciğer
yoluyla sinir ve hücre zehri olarak kana karșr, böylece diğer organlara hatta
beyine kadar ulașarak zehirlenmelere yol açar” [5]. Cva miktar 1938 ylnda
piyasaya sürülen ilk gaz deșarjl lambadan günümüze kadar 15mg’dan 2-3mg’a
kadar indirilmiștir, ancak hiçbir zaman sfr olmamștr. “Cva su içinde
bakteriler vastasyla çok zehirli bir madde olan cva metile dönüșür. Balklara
bulașan bu maddeyi yiyen kișilerde kuvvetli zehirlenmeler ve ölümler
görülmüștür. Cva üretimi arttkça fosil yaktlarndan kaynaklanan atmosferik
kirlenmeler artmaktadr” [6]. “Yaplan deneylere göre, 30 mg civa insanlarda
baz zehirlenme belirtileri meydana getirmekte, 80 mg civa ise ölüme yol
açmaktadr” [7]. Günümüzde baz firmalarn KFL üretiminde cva yerine
amalgam kullandklar da görülmektedir. Ancak amalgam, yeni bir malzeme
olmadğ gibi içinde yine cva barndran bir alașmdr. Cvann çevreye ve
insan sağlğna zararlar nedeniyle ortaya çkan bu durum, aydnlatma
enerjisinin etkin olarak kullanlmasnda vazgeçilmez olarak nitelendirilen KFL’n
kullanm ömürleri sonunda nasl imha edilecekleri sorununu ortaya
çkarmaktadr. Ülkemizde de ENVER Kampanyas dahilinde 10 milyona yakn
KFL’nin dağtlacağ düșünülürse, dağtlan KFL’larn kullanm ömürleri sonunda
ortaya çkacak cva miktar ve bunlarn doğada brakacağ ekolojik ayak izi
düșündürücü boyutlardadr. CIB (International Council for Research and Innovation in Building and
Construction) tarafndan 1999 ylnda yaynlanan ‘Sürdürülebilir Konstrüksiyon’
bașlkl raporda sürdürülebilir yaplarn temel ilke ve hedefleri dört ana bașlk
altnda toplanmștr. Bunlar, kaynak kullanmnn azaltlmas, çevre ve doğal
ortamn iyileștirilmesi, insan sağlğnn korunmas ve iyileștirilmesi,
sosyoekonomik, kültürel ve politik gerçeklerin gözetilmesi olarak özetlenebilir
[8]. Çevre ve doğal ortamn iyileștirilmesi bașlğ altnda yer alan her türlü
atğn azaltlmas/dengelenmesi, geri dönüșümlü malzeme kullanm ve enerji
tüketiminin azaltlmas konularnda, günümüzde kullanm teșvik edilen ve
enerji etkin lambalar olarak nitelendirilen (KFL’ler) bakmndan çelișkiye
düșülmektedir. Çünkü sadece cam bir tüp ve flamandan olușan akkor
lambalarn yannda KFL’ler, barndrdklar cva, fosfor ve elektronikler
nedeniyle neredeyse geri dönüștürülemez duruma gelmișlerdir.
Ayrca karmașk yaplar nedeniyle atklarn azaltlmas/dengelenmesi
bakmndan bekleneni verememișlerdir. Avrupa Birliği ülkelerinde 2002 ylnda
yaynlanan Atk Elektrikli ve Elektronik Ekipmanlar Yönetmeliği (WEEE)
KFL’larn geri dönüșümünü de kapsamaktadr [9]. Ancak bu konuda, pek çok
Avrupa ülkesinde olduğu gibi, henüz ciddi bir girișim yaplmamștr. KFL’lerin
geri dönüștürülmesi ya da imhas konusundaki genel görüș, çkan zehirli
maddelerin radyoaktif atk prosedürüne uygun olarak varillere doldurulmas ve
denize atlmas șeklindedir. Bu șekilde yaplan imhann doğaya verdiği zarar
varilin ömrü ile orantl olacaktr. Bu durumun toplanabilen atk KFL’ler için
geçerli olduğu unutulmamaldr. Toplanamayan ksm ise evsel atklarla birlikte
çöpe gidecek, buradan toprağa ve yer alt sularna karșarak çevre ve insan
sağlğn tehdit edecektir.
Amerika Birleșik Devletler’inde, Avrupa’dan farkl olarak, ülkemizdekine benzer
bir “Energy Star” program, KFL’larn kullanm yaygnlașmadan uygulanmaya
bașlamștr. Bu program dahilinde görev ABD çevre bakanlğ, ABD çevre ve
sivil toplum kurulușlar ve lamba üreticileri sayesinde lambalarn çöpe
atlmadan toplanmas ve geridönüșümü sağlanmștr. Ülkemizde bu lambalarn
yaygnlașmas yönünde teșvikler yaplmakta ancak geridönüșümü konusunda
birkaç özel teșebbüs dșnda herhangi bir girișim bulunmamaktadr. KFL’larn
kullanm yaygnlașmadan kullanclar, asgari emniyet tedbirleri, barndrdklar
cva ve lambann krlmas sonucunda yaylacak zehirli maddelere karș
bilinçlendirilmesi gerekmektedir. Lambann krlmas durumunda açğa çkacak
olan cvann solunum yoluyla vücuda alndğ ve zehir etkisi yaptğ
bilinmektedir. Bu noktada doğaya ve insan sağlğna belli ölçülerde de olsa
zarar olan KFL’lerin kontrollü kullanlmas düșünülmeli, KFL’lerin akkor telli
lambalarn kullanldğ her yerde kullanlmasnn uygun olup olmayacağ
tartșlmaldr.
4. Kompakt Flüoresan Lambalarn Kullanm KFL’lerin akkor flamanl lambalardan daha az elektrik enerjisi tükettiği bir
gerçektir. Ancak KFL’lar için öngörülen %80lere varan tasarruf ancak belli
șartlar yerine getirilirse sağlanabilir. “700 lümen șk gücüne sahip olan bir KFL
yaklașk 28 Watt tüketir, bu da 60 Watt’lk bir akkor lamba ile
karșlaștrldğnda sadece 2,1 kat daha az enerji tüketimi yaptğ anlașlr” [10].
Bu șartlar; KFL’larn kullanldğ mekânn oda scaklğnn değișken olmamas ve
belli bir derecenin altna düșmemesi, günde bir kere açlmas ve kesintisiz
olarak en az dört saat açk kalmas șeklinde sralanabilir. KFL’larn bu șartlar
altnda kullanlmadğ baz mekânlarda ömürlerinin ksaldğ ve tam verimli
çalșmadklar görülmüștür. Ayrca laboratuar șartlarnda sabit koșullarda
6000 saate yakn olarak belirlenen kullanm sürelerinin sonlarna doğru
sağladklar șkta kayplar olduğu, akkor telli lambalar gibi ömürlerinin
tamamnda ayn düzey ve kalitede șk sağlayamadklar da bilinen bir
gerçektir. Bu nedenle KFL’larn kullanldğ mekânlarda aydnlğn niteliği olduğu
kadar niceliği konusunda da sorunlar vardr.
KFL’larn kullanmnn özellikle desteklendiği konutlarda, bu șartlarn belli
mekânlar için yerine getirilmesi oldukça güçtür. Bu durumda konutlarda, sk
kullanldğ için girișler, koridorlar, ardiye gibi mekânlarla scaklğn sabit
kalmadğ banyo, wc, mutfak, teras, balkon gibi mekânlarda da kullanlmalar
uygun değildir. Bunun yannda piyasada bulunan pek çok KFL’nn hiçbir ek
parça gerektirmeden E14 ve E27 duylara taklabildiği söylenmektedir. Ancak
özellikle konutlarda kullanlan aygtlarn çoğu zaman bu lambalara uygun
olarak imal edilmediği de unutulmamaldr. Akkor flamanl bir lamba
düșünülerek üretilmiș olan bir aygtta KFL’nn kullanlmas estetik bakmdan da
uygun olmamaktadr. Ayrca KFL’lerin tamamen kapal ya da gömülü olan
aygtlarda kullanlmas da lamba üreticileri tarafndan önerilmemektedir.
Resim 2: Yeni nesil kompakt floüresan lambalarda civa
(http://www.mercury.utah.gov/images/Hg_lamp_CFL.jpg)
KFL’lar gaz deșarjl lambalar olduklar için șk tayflar sürekli değildir. Bu
durumda görülebilir elektromanyetik tayfn her dalga boyunda enerji
bulunmamaktadr. Bu nedenle, aydnlatlan ortamn aydnlk kalitesi de KFL’ya
bağl olarak değișkenlik göstermektedir. Bulunulan ortamda belli renkler,
elektromanyetik tayfn sürekli olmamasndan dolay, olduğundan farkl olarak
alglanabilmektedirler. Bu durumda renksel geriverimin önemli olduğu
811
mekânlarda, elektromanyetik tayf sürekli olan akkor flamanl lambann
kullanlmas daha uygun olacaktr.
5. Sonuç Sonuç olarak; mimari aydnlatmada kullanlan enerji etkin lambalarn
aydnlatmada tüketilen enerjiyi belli oranda azalttklar kabul edilen bir
gerçektir. Bunun yannda vaat edilen tasarruf düzeylerine ulașabilmek için
laboratuarda yaratlan sabit șartlar sağlamak gerektiği de unutulmamaldr.
İnsann gereksinim duyduğu kaynaklar kullanrken gelecek nesilleri de
düșünerek tüketmesi gerekmektedir. Bu nedenle akkor telli bir lambay bir KFL
ile değiștirirken öncelikle mekâna, gerçekleștirilecek eyleme ve kullanc
șartlarna uygun olup olmadğna baklmaldr. Enerji verimli lambalarn tek tip
olmadklar, gelișen teknoloji sayesinde daha verimli akkor lambalarn da
üretildiği, ürün seçimi yaparken gözöünde bulundurulmaldr. Sürdürülebilir
yașam tarznn anlam olan yenilenebilir enerji ve yeniden
kullanm/geridönüșüm konularnda KFL’lar için daha yolun bașnda olduğumuzu
unutmadan, bireyselden çok toplumsal șekilde hareket ederek, tüketirken
ekosistemin devamlllğn da düșünmek gerekmektedir. Bu konudan
kullanclar, KFL’larn ömürleri sonunda belli merkezlerde toplanarak,
barndrdklar cva atmosfere yaylmadan ve kullanclar tarafndan
solunmadan imha edilmesi gerektiği konusunda aydnlatlmaldr. KFL’larn
çevreye ve insan sağlğna verdiği zararlar bağmsz araștrmaclar ve kurumlar
tarafndan araștrlmal ve kamuoyu bu konuda bilinçlendirilmelidir.
Bundan sonra, krlan ya da kullanm ömrünün sonuna gelen bir KFL’yi çöpe
atmadan önce “1 mg cvann 5300 litre içme suyunu zehirlemesi için yeterli
Mills, E., The $ 230 Billion Global Lighting Energy Bill, International
Association for Energy Efficient Lighting, Lawrence Berkeley National
Laboratory, USA (2002)
[3].
Onaygil S, Enerji Verimliliği Kanunu ve Aydnlatmadaki Uygulamalar,
4.Ulusal Aydnlatma Sempozyumu, İzmir, 13-14-15 Aralk, (2007) [4].
Pehlivan M, Pehlivan E, Özler M.A, İnsan Sağlğ Üzerine Cva ve Cva
Bileșiklerinin Etkisi, Çevre Dergisi, say :8, s:33 Temmuz Ağustos Eylül
(1993)
http://www.ekolojidergisi.com.tr/resimler/8-6.pdf
(son erișim: 24.02.2010)
[5].
Pehlivan
M,
Pehlivan
E,
Özler
M.A,
http://www.ekolojidergisi.com.tr/resimler/8-6.pdf
(son erișim: 24.02.2010)
a.g.e.,
s:35
[6].
http://www.google.com.tr/search?hl=tr&rlz=1W1TSEA_tr&q=c%C4%B1van
%C4%B1n+ekolojik+ayak+izi&meta= (son erișim: 24.02.2010)
[7].
http://www.sizinti.com.tr/konular.php?KONUID=3422
24.02.2010)
[8].
CIB, Agenda 21 on Sustainable Construction, Report Publication, 237,
Rotterdam, (1999)
[9].
http://www.weee-forum.org/ (son erișim: 24.02.2010)
(son
erișim:
olacağn bilmekte yarar vardr. Bu ayrca șu anlama geliyor: ekosistemimize
karșacak olan her mg cva, Avrupa’nn en büyük su kaynağ olan Cenevre Gölü
büyüklüğünde bir alan 8 yl içinde zehirlemek için yeterli olacaktr” [11].
[10]. Gladi G, Akkor Lambalarn Üretiminin Durdurulmas, Professional
Lighting Design, Türkiye, say:21, s:70, Türkiye, Haziran-Temmuz (2008)
Kaynaklar [11].
[1].
812
[2].
[1]. Sürdürülebilir Kalknma Dünya Zirvesi Türkiye Ulusal Raporu
(Taslak) http://www.tobb.org.tr/organizasyon/sanayi/kalitecevre/12.pdf
(son erișim: 24.02.2010)
Gladi G, a.g.e. s:73
HİDROLİK ENERJİ YAPILARININ ÇEVRESEL ETKİLERİNİN CAN SUYU VE BALIK GEÇİTLERİ AÇISINDAN İNCELENMESİ ANALYZING ENVIRONMENTAL ASPECTS OF HYDRAULIC ENERGY STRUCTURES BY MEANS OF COMPENSATION FLOW AND FISH PASSAGES a
b
Cuma KARA , İlknur BEKEM
EN-SU Mühendislik & Müșavirlik Ltd. Ști, Proje Hazrlama Birimi, Ankara, Türkiye, [email protected]
b
Ahi Evran Üniversitesi, Kaman Meslek Yüksekokulu, İnșaat Program, Krșehir, Türkiye, [email protected]
a
Özet Dünyada her on ylda, enerji ihtiyac yaklașk olarak 2,5 kat artmaktadr. Buna
karșlk ham enerji maddelerinde ise gittikçe bir azalma olmaktadr. En temel
alternatif enerji tasarruf ile kazanlandr. “Yenilenebilir enerji kaynaklar” olarak
isimlendirilen bu enerji türleri arasnda hidrolik enerji de saylmaktadr. Hidrolik
enerji yaplar barajlar ve hidroelektrik santraller (HES)’dir. Dünya üzerindeki
elektriğin %24′ ü HES'ler tarafndan üretilir. Ülkemiz su kaynaklar bakmndan
oldukça zengindir. Mevcut akarsu üzerine inșa edilen bir HES'te yağș ile
birlikte su miktar artar ve buradan elektrik enerjisi elde edilir. Üretilen
enerjinin maliyeti çok ucuzdur ve diğer enerji üretim alternatiflerine göre daha
uzun ömürlüdür. Ancak, hidrolik enerji yaplar inșa, ișletme ve ykm srasnda
gerekli önlemler alnmazsa çevreye zarar verebilir. İnșa alan seçilen bölge su
altnda kalmakta ya da ișletme așamasnda canl çevre zarar görebilmektedir.
Doğal hayatn korunumu için, baraj yapsndan hidroelektrik santrale kadar olan
nehir kesitine yeterli miktarda braklmas gereken can suyu, hidrolik enerji
yaplarnda çok fazla önemsenmemektedir. Ülkemizdeki mevzuat gereği
korunmas zorunlu alanlardan biri de 1380 sayl “Su Ürünleri Kanunu”
kapsamnda olan su ürünleri istihsal ve üreme sahalardr. HES inșas srasnda
amaca uygun olarak mansap ve memba arasna yaplan “balk geçidi”
yaplmak zorundadr. Bu çalșmada, enerji ihtiyac ve hidrolik enerji yaplar,
hidrolik enerji yaplarnda can suyu, ekolojik çevreyi koruma amaçl inșa edilen
balk geçitleri incelenerek, ülkemizde yer alan hidrolik enerji yaplarnn
çevresel etkileri can suyu ve balk geçitleri açsndan irdelenecektir.
Anahtar kelimeler: Baraj, Hidroelektrik santrali, çevresel etki, can suyu, balk
geçidi.
Abstract Energy demand increases nearly 2.5 fold on the world in ten years. On the
contrary, there is a continuous decrease in raw energy materials. Most basic
alternative energy is the one which is earned with savings. Hydraulic energy is
one of these energy types which are called as “Renewable energy sources”.
Hydraulic energy structures are dams and hydroelectric plants (HES). 24 % of
world’s total electricity is generated by HES’s. Our country is very rich in
terms of water sources. Water level increases in HES which was constructed
on present river, after rain and electrical energy is obtained from there. Cost
of produced energy is very cheap and this energy has longer life than other
generation alternatives. But, hydraulic energy buildings may damage
environment during construction, operation and destroy unless required
precautions are taken. The area which was selected for construction may stay
under water or living environment may be harmed during operation. For
protection of wild life, the compensation flow which should be released to the
river section upto the hydroelectric plant, is not very important for hydraulic
energy structures. One of areas that must be protected according to the
regulation in our Country is water products production and reproduction areas
that are within the scope of 1380 numbered “Water Products Law”. During the
HES construction, “fish passage” must be established between downstream
and the source in accordance with the purpose. In this study, energy need and
hydraulic energy structures, compensation flow in hydraulic energy structures,
fish passages that are established for protecting the ecological environment,
will be analyzed and environmental aspects of our hydraulic energy structures
will be analyzed by means of compensation flows and fish passages.
2005 ylnda kabul edilen 5346 sayl “Yenilenebilir Enerji Kaynaklarnn Elektrik
Enerjisi Üretimi Amaçl Kullanmna ilișkin Kanun” un 3. maddesinde
yenilenebilir enerji kaynaklar içerisinde hidrolik, rüzgâr, güneș, jeotermal,
biokütle, biyogaz ve dalga gibi kaynaklar sralanmaktadr [3]. Türkiye,
yenilenebilir enerji kaynaklarnn çeșitliliği ve potansiyeli bakmndan zengin bir
ülkedir. Bu kaynaklardan biri de hidrolik kaynaklardr. Mevcut su için bir bedel
ödenmemektedir. Ayrca en cazip taraf ise zamanla bitme ihtimalinin
olmayșdr [1].
2. Hidrolik Enerji ve Hidrolik Enerji Yaplar: Barajlar ve Hidroelektrik Santraller (HES) Hidrolik enerji ksaca; suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye
dönüștürülmesi ile sağlanan bir enerjidir [4]. Ülkemizde elektrik enerjisi
üretiminin yaklașk %26’s Hidrolik kaynaklardan gerçekleșmektedir [5]. Hidrolik
enerji kaynağ su olan, termik ve nükleer santraller gibi snmș su, hava
salnmlar, kül ve radyoaktif atklara neden olmayan önemli bir alternatif enerji
kaynağdr [6]. Hidrolik kaynaklar baraj ve HES ile enerjiye dönüșmektedir.
Baraj, su biriktirmek amac ile hazne olușturmak üzere bir akarsu vadisini
kapatarak akș engelleyen yapdr [7]. Bir baraj Sulama suyu sağlama, İçme ve
kullanma suyu sağlama, elektrik enerjisi üretme, akșn düzenlenmesi, tașkn
kontrolü, mesire yeri olușturulmas, canl hayatn korunmas, su tașmaclğnn
geliștirilmesi, yeralt suyunun yükseltilmesi ve suyun bașka bir yöne çevrilmesi
amaçlar ile inșa edilmektedir [8].
Baraj genel olarak suyu toplama, sulama ve elektrik üretme amacyla
akarsular üzerine yaplan bent olarak tanmlanmaktadr [9]. Hidroelektrik
santraller ise suyun bir cebri boru veya kanal yardmyla yüksek bir yerden
alnarak türbine verilmesini sağlayan yaplardr (șekil 1). Türbinlere bağl
jeneratörlerin dönmesi ile de elektrik enerjisi üretilmektedir [10].
CEBRİ BORU
SANTRAL BİNASI
Șekil 1. Baraj ve HES yaps [11]
Türkiye’nin hidroelektrik enerji potansiyeli, dünya toplam potansiyelinin yüzde
1’i, Avrupa toplam potansiyelinin ise yüzde 16’s civarndadr. Hidroelektrik
potansiyelimizin yüzde 70 ‘e yakn ksm henüz değerlendirilememektedir [12].
Enerji üretimimizin kaynaklara göre dağlm șekil 2’de görüldüğü gibidir [13].
Keywords: Dam, hydroelektric plant, environmental impact, compensation
flow, fish passage
1. Giriș Enerji ihtiyac her geçen yl artkça, tüketime karșlk ham enerji maddelerinde
gittikçe bir azalma olmaktadr. Dünyada mevcut olan yer alt enerji
kaynaklarndan, petrol ve her türlü maden kömürü ile doğalgaz miktar ihtiyaç
duyulan enerjiyi karșlamak için zamanla yeterli olmayacaktr. Bundan dolay
mevcut enerji kaynaklarnn geliștirilmesi yannda, yeni enerji kaynaklar
aranmakta ve yenilenebilir enerji kaynaklarnn kullanma yönelik çalșmalar
yaplmaktadr [1]. Yenilenebilir enerji, ‘doğann kendi evrimi içinde, bir sonraki
gün aynen mevcut olabilen enerji kaynağn’ ifade etmektedir [2].
813
Șekil 2. Türkiye’nin enerji üretiminin kaynaklara göre dağlm
Șekil 4. Atatürk, Karakaya ve Keban barajlarnn geri ödemesi
Devlet Su İșleri (DSİ) tarafndan inșa edilerek ișletmeye alnmș büyük baraj
adedi 655 olup, diğer kurulușlarca yaplan 18 adet büyük baraj da ilave edilince,
Türkiye’deki büyük baraj says 673 adede ulașmaktadr. DSİ 242 baraj, büyük
su projeleri kapsamnda ve 413 baraj, küçük su ișleri kapsamnda inșa etmiștir.
242 büyük barajn rezervuar kapasitesi yaklașk 145 milyar m3 tür. Türkiye’deki
su kaynaklarnn 2009 yl itibariyle gelișmesi Șekil 3’de verilmiștir [14].
2.3. Baraj ve HES’lerin Olumsuz Yönleri Hidroelektrik santraller iklimsel, hidrolojik, ekolojik, sosyo-ekonomik ve kültürel
etkilere sahiptir. Üretime geçen bir hidroelektrik santraln su toplama ksm
(baraj), çevresel etki yaratmaktadr. Baraj gölünün yüzey alan itibariyle nehre
göre daha geniș olmas ve buharlașmann artmasndan dolay iklimsel etkiler
olușmaktadr. Bu șekilde havadaki nem oran artmakta ve hava hareketleri
değișmekte scaklk, yağș, rüzgâr olaylar farkllașmaktadr. Bu durumda
yöredeki doğa bitki örtüsü tarm bitkileri sucul karasal hayvan varlğ ani bir
değișim içine girmekte uyum sağlayabilen türler yașamlarn devam
ettirmektedirler [20].
Baraj ve HES’in çevreye olan olumsuz etkileri çizelge 1’de görüldüğü gibi inșaat
așamasnda, ișletme așamasnda ve kapanș sonrasnda fiziksel, biyolojik ve
sosyoekonomik çevre üzerinde ortaya çkabilir.
İnşaat aşamas olas
etkiler
Șekil 3. İșletme ve inșa halinde/programda olan barajlar ve HESler
2.1. Baraj ve HES’ne Ait Çevre Politikalar Enerji sektörü üretim, iletim ve tüketim așamalarnda giderek artan çevre
sorunlar yaratmakta ve kamuoyunun tepkisine neden olmaktadr [15]. Baraj ve
HES Proje seçeneklerinin sosyal ve çevresel olumlu ve olumsuz etkileri
uzmanlar tarafndan tek tek ortaya konup bu bakmlardan da alternatiflerin
durumu değerlendirilir. Çevresel etki değerlendirme (ÇED) raporu hazrlanr [7].
Bu rapor önerilen tesisin ve sürecin proje yöresindeki çevre ve sosyal yap
üzerindeki etkilerini ortaya koyan ve etkileri en aza indirgemeyi hedefler.
Mevcut çevresel ve sosyo-ekonomik özelliklerin proje alanndaki verileri içeren
literatür çalșmalar, anketler, sahaya ait örnekleme ve analiz çalșmalar,
sahada yaplan gözlemler ve sahaya ait görsel materyalle desteklenerek ÇED
bölümü içinde yer almas gerekmektedir. Bu çalșmada proje formülasyonu
olușturulurken proje yöresindeki doğal ve sosyal çevre unsurlarnn doğru
tanmlanmas ve proje ekibine iletilerek çevresel etkilerin azaltlmas için
önlem alnmas esastr. Bu çalșmadan sonra alnan önlemlerin maliyetleri
çevresel fayda/maliyet hesabnda kullanlmak üzere hesaplanabilir ya da kabul
edilebilir değerler olarak ele alnabilir [16].
2.2. Baraj ve Hidroelektrik Santrallerinin Olumlu Yönleri Hidroelektrik santraller diğer üretim tipleri ile karșlaștrldğnda, en düșük
ișletme maliyetine, en uzun ișletme ömrüne ve en yüksek verime sahiptirler.
Hidroelektrik enerji sadece, temiz ve yenilenebilir enerji değil ayn zamanda
elektrik talebindeki ani artșlara cevap vererek elektrik talebini düzenleme rolü
vardr [17].
Dünya’da kullandğ kaynağ tüketmeden, kirletmeden ve enerji üretildikten
sonra tekrar doğaya brakan yegâne enerji tesisi hidroelektrik santrallerdir [18]. Bütün enerji üretim maliyetleriyle karșlaștrldğnda ise hidrolik enerjinin
maliyeti diğer enerjilerin üretim maliyetlerinden % 50 daha ucuzdur [19]. HES
projeleri geri ödemesi hzl yatrmlardr. Șekil 4’e bakldğnda Türkiye’nin üç
büyük baraj Atatürk, Keban ve Karakaya barajlarnn geri ödeme ve gelir yllar
görülmektedir [13].
814
Kapanş sonras olas
etkiler
İşletme aşamasnda
olas etkiler
Fiziksel çevre
Biyolojik çevre
Sosyoekonomik
çevre
Șekil 5. Baraj ve HES’lerin çeșitli yapm așamalarnda çevreye olan olumsuz
etkileri
HES’lere ait regülatör yapm ile meydana gelecek çevresel etkilerden ilki
akarsu sisteminin durgun su ortamna dönüșmesidir. Rezervuar tarafndan
kaplanan alan artk nehir habitat ya da karasal ekosistem değil, göl
ekosistemine benzer bir yapda olacaktr [21].
3. Baraj ve HES’lerin Çevresel Etkilerinin Can suyu ve Balk Geçitleri Açsndan İncelenmesi Barajlar ve hidroelektrik santrallere ait izleme-kontrol formlarnda inșaat
așamasnda “Balk geçitleri var m?” ve ișletme așamasnda “Doğal hayatn
ihtiyac ve varsa diğer kullanmlar için dere yatağna su braklyor mu?”
sorular bulunmaktadr [22].
3.1. Can suyu ve önemi Baraj yapsndan hidroelektrik santrale kadar olan nehir kesitine yeterli
miktarda braklmas gereken suya “can suyu” ad verilmektedir [16]. Can suyu,
“telafi suyu veya çevresel/ekosistem su ihtiyac” olarak da literatürde
bilinmektedir. Șekil 6’da regülatör ve HES yaps gösterilerek, can suyu
braklacak ksm ișaretlenmiștir.
REGÜLATÖR
İLETİM KANALI
VEYA
ENERJİ TÜNELİ
MEMBA
YÜKLEME HAVUZU
VEYA
DENGE BACASI
CEBRİ
BORU
MANSAP
CAN SUYU BIRAKILACAK KISIM
SANTRAL BİNASI
Șekil 6. Regülatör ve HES arasnda can suyu braklacak ksm [11] Can suyu miktarnn belirlenmesi ile ilgili çalșmalar 1970’li yllar da bașlamștr.
Basit yöntemlerden bilimsel temelleri iyi geliștirilmiș ve yaygn kullanm alan
bulmuș daha karmașk yöntemlere doğru bir gelișme yașanmștr. Günümüzde
bir nehrin biyolojik ihtiyaçlarna dayanan akșn yönetimi konusunda
düzenlemeler/yönetmelikler henüz çoğu ülkede mevcut değildir. Ancak
nehirdeki yașamn varlğn sürdürebilmesi için braklmas gereken can suyu
miktarnn belirlenmesi amacyla kullanlabilecek pek çok yöntem vardr. Her
yöntemde sucul topluluklar (canllar) için en önemli șeyin ne olmas gerektiği
farkldr. Bu nedenle bu yöntemler farkl kabullere dayanmaktadr [23].
Derelerin doğal hayatnn devamn sağlayacak can suyu (derelere braklmas
gereken minimum su miktar) mevcut uygulamalarda kurak ve slak yllarn
yüzdesi olarak uygulanmaktadr. Ancak can suyu miktarna özellikle küçük
derelerde, dere ve mansap koșullar incelenerek karar verilmelidir. Bu doğal
hayatn devamn garanti altna alabilmek için bir ön koșuldur. Bu nedenle can
suyu pazarlk konusu yaplamaz. Ayrca can sularnn hidroelektrik santral
inșaatlar bittikten sonra denetlenmesi ve kontrolünün yaplmasnn șartlar
ortaya net olarak konulmamștr. Bu da ilerleyen süreçte doğal hayatn
olumsuz etkilenmesine neden olabilecek bir husus olarak öne çkmaktadr [16].
Can suyu miktarnn her yap için özel olarak planlanmas gerekir. Bunun için
regülatörlerin büyüklüklerine, yllk doğal akmlara, mansabnda ki canllarn su
ihtiyaçlarna, arazi yapsndan kaynaklanan faktörlere ve inșasndaki ekonomik
hususlara dikkat edilmelidir. Doğal hayatn devamllğ yannda çok ciddi
yatrmlar yaplarak hayata geçirilen tesislerin rantabilitesi ile doğrudan
ilintilidir. Gereğinden fazla su brakldğnda tesis güvenilir enerjisini
kaybedilmekte, gereğinden az brakldğnda ise hem doğal hayata zarar
verilmekte ve yasal açdan skntl durumlara düșülmektedir. Özellikle
depolamal tesislerde bu planlama daha fazla önem tașmaktadr [24]
3.2. Balk geçitleri ve önemi Tarm ve Köy İșleri Bakanlğ’na ait 10.03.1995 tarihli Su Ürünleri
Yönetmeliği’nde bulunan İstihsal Yerlerindeki Değișiklikler” bölümünde bulunan
Baraj, Suni Göller ve Akarsularda Alnacak Tedbirler bașlğ altndaki 8.
maddesine göre Baraj gölü, gölet, set gibi tesisler yaplrken balk geçitleri
(balk asansörleri ve balk perdeleri) yaplmas zorunludur [25]. Bunun sebebi,
balklar üreme zamanlarnda akarsuyun yukar kesimlerine doğru göç etmek
isterler. Üremeleri için gerekli koșullar (Suyun scaklğ, yumurtalara zarar
verecek canllarn azlğ vs.) memba ksmlarnda daha uygundur. Bu nedenle
göç yollarna yaplacak ve suyun irtibatn kesen veya zayflatan bent,
regülatör, baraj gibi yaplara balk geçitleri yaplmaldr [24]. Balklarn
mansaptan membaya geçișleri için izledikleri balk geçidi merdivenler Șekil
7’de görüldüğü gibidir.
BALIKLARIN İZLEDİKLERİ YOL
Șekil 7. Balk geçidi
Büyük baraj setleri üreme alanna göç eden balk türlerinin göçlerini
engelleyerek üremelerini risk altna sokmaktadr. Üreme göçü esnasnda balk
türleri sürüler halinde baraj setleri önüne gelmekte ve türbinler ve set
önündeki sçrama hareketleri ile yaralanmakta veya așr avlanmalarla önemli
bir kayba uğramaktadrlar. Ülkemizde 1936 ylnda ilk olarak Ankara yaknnda
Çubuk I baraj ve Seyhan nehri üzerine Seyhan regülatörü yerleștirilmiștir.
Seyhan reülatörünün sol sahilinde bulunan balk geçidi Türkiye’de ilk inșa
edilen balk geçididir. Gediz nehri üzerinde inșaatna 1939 ylnda bașlanan
Emirâlem regülatöründe yer alan balk geçidi ise ikinci sray almaktadr
[26].Șekil 8’de balk geçidi olan John Day baraj görülmektedir [27].
Șekil 8. John Day baraj balk geçidi, ABD
Balk geçitleri, HES’in ve suyun debisine, balk cinsine, göre farkl șekillerde
tasarlanp, “havuzlu ve bölmeli” , “havuzlu ve orifisli (Șekil 9)”, “denil tipi”,
“dikey yarkl (Șekil 10)”” ve “basamakl (Șekil 11)” balk geçitleri olarak inșa
edilmektedir [26].
Șekil 9. Havuzlu ve bölmeli balk geçidi [28]
815
Șekil 10. Dikey yarkl balk geçidi örneği [29]
Șekil 11. Basamakl balk geçidi (15)
Çizelge 1. Türkiye’de bulunan baz HES’ler ve balk geçitlerinin durumu
HES ad İl Balk geçiti +
+
+
+
KAYAKÖPRÜ
CEVİZLİK
DOĞANÇAY
EREN
Giresun
Rize
Adana
Karabük
UZUNDERE
Rize
-
MANAHOZ
Trabzon
-
ANDIRIN
KALEALTI
KARGILIK
ÇAMLICA
MOLU
ȘAHMALLAR
ADACAMİ
Kahramanmaraș
Kahramanmaraș
Kahramanmaraș
Kayseri
Kayseri
Mersin
Rize
-
ÇALKIȘLA
Erzincan
-
KAZANKAYA
Yozgat
-
DAMLAPINAR
ELBİSTAN
FIRINIZ
SELİMOĞLU
KULP I
KULP IV
Konya
Kahramanmaraș
Kahramanmaraș
Trabzon
Diyarbakr
Diyarbakr
+
+
+
+
+
+
Yap kullanm durumu Yap henüz inșa edilmemiștir. Proje așamasndadr.
Yap henüz inșa edilmemiștir. Proje așamasndadr.
Balk geçidi olmadğ için ișletme izni verilmemiștir. Bu nedenle, balk
geçidi inșa edilmektedir.
geçidi inșa edilmektedir.
Kullanmdadr.
Kullanmdadr.
Kullanmdadr.
Kullanmdadr.
Kullanmdadr.
Kullanmdadr.
geçidi projeye eklenmektedir.
geçidi projeye eklenmektedir.
Kullanmdadr.
Kullanmdadr.
Kullanmdadr.
Kullanmdadr.
Kullanmdadr..
İnșa așamasndadr.
+ Balk geçidi yaplmș ya da proje așamasnda olan HESler - Balk geçidi olmayan HESler
Çeșitli ülkelerde barajlarn balk biyoçeșitliği üzerine etkisini belirlemek
amacyla gerçekleștirilen 66 çalșmada, % 27 olumlu etki % 73 ise olumsuz etki
saptanmștr. Bu olumsuzluklarn %53 ü baraj bendinin alt bölgesinde kalan
balklarn üremek üzere üst bölgelere geçememeleri șeklinde belirlenmiștir. Bu
șekilde nehrin alt bölgelerindeki balkçlğn % 70 civarnda azalmas
beklenebilir [30]. Bu nedenle balk geçitleri inșa edilmek zorundadr.
Ülkemizde inșa edilmiș ya da inșa edilecek olan baz HES’ler ve balk geçitleri
ile ilgili bilgiler çizelge 1’de görülmektedir. Çizelge 1’de ad verilen Șahmallar ve
Damlapnar regülatörlerine ait fotoğraflar Șekil 12, Șekil 13 ve șekil 14’de
görülmektedir [11].
BALIK
GEÇİDİ
Șekil 12. Damlapnar HES ve balk geçidinin mansap görünüșü
816
BALIK GEÇİDİ ÇIKIŞI
Șekil 13. Damlapnar HES ve balk geçidinin memba görünüșü
[5].
Dündar, C. ve Arkan, Y., “Enerji, Çevre, Ve Sürdürülebilirlik”,
http://www.emo.org.tr/ekler/42b4dde8771da0b_ek.pdf
[6].
Șenpnar, A., Gençoğlu, M.T., “Yenilenebilir Enerji Kaynaklarinin Çevresel
Etkileri Açisindan Karșilaștirilmasi, Doğu Anadolu Bölgesi Araștrmalar”
(2006) http://web.firat.edu.tr/.../10%20YENİLENEBİLİR%20ENERJİ%20Ahmet%20Șenpnar-ödendi-6%20syf--49-54.doc
[7].
Ağralioğlu, N., “Baraj Planlama ve Tasarm”, Cilt I, Bayrak Yaymclk,
İstanbul (2007).
[8].
Berkün, M., “Su Kaynaklar Mühendisliği”, Birsen yaynevi, İstanbul
(2005).
[9].
Türk
Dil
Kurumu
Resmi
web
http://tdkterim.gov.tr/bts/?kategori=veritbn&kelimesec =344
sayfas,
[10]. Demirci, E., Șenlik, İ., Atalay, T., “Hidroelektrik Enerji Üretimi İçin Bir
Uygulama
Çalșmasi“,
http://www.emo.org.tr/ekler/65f16a07047ae1c_ek.doc
[11].
EN-SU Mühendislik & Müșavirlik Ltd. Ști. Arșivi, Ankara (2009).
[12]. Klç, N., “Yenilenebilir Enerji Kaynaklar“, Ar-Ge Bülten, Mart, 2008.
www.izto.org.tr/NR/rdonlyres/7475BDA1-95B7-4855-B3519ADCE4362AFE/9697/enerji_nurel.pdf
[13]. www.akademi.itu.edu.tr/onoz/DosyaGetir/22249/HES-1dsi.pdf
[14]. http://www.dsi.gov.tr/topraksu.htm
4. Sonuçlar
Șekil 14.Șahmallar HES regülatör genel görünüșü
Akarsularn ve doğal hayatn devamn sağlamak amac ile braklan can suyu
miktar için her hangi bir mevzuat ve standart mevcut değildir.
Can suyu miktar her yap için farkl olarak hesaplanmak zorundadr. Aksi halde
ekolojik denge bozulmakta, kuru kesit meydana gelmekte ve balk
popülasyonu azalmaktadr.
Doğal hayatn devam için can suyu miktar Barajlar ve HES’ler faaliyete
geçtikten sonrada düzenli bir șekilde kontrol edilmelidir.
Balklarn mansaptan membaya yüzmelerini sağlayacak olan balk geçitleri,
projelerde ve șartnamelerde olmasna karșn uygulanmamaktadr. Balk
geçitlerinin yaplmas için yaptrm gücü yüksek önlemler alnmaldr.
[15]. Berkün, M., Aras, E., Koç, T., “Barajlarn Ve Hidroelektrik Santrallerin
Nehir Ekolojisi Üzerinde Olușturduğu Etkiler”, TMH - Türkiye Mühendislik
Haberleri
/
Say:452-(2008)
http://eimo.imo.org.tr/DosyaDizin/WPX/Portal/Yayin/tmh/2006/452MehmetBerkun.pdf
[16]. “Küresel Su politikalar ve Türkiye”, Türk Mühendis ve Mimar Odalar
Birliği
(2009)
http://www.jeofizik.org.tr/pdf/tmmob_su_raporu_2009.pdf.
[17]. http://www.dsi.gov.tr/hizmet/enerji.htm
[18]. Tutuș,
A.,
“Barajlar
ve
Hidroelektrik
http://www.emo.org.tr/ekler/c19986e5c658d41_ek.pdf
Santrallar“,
[19]. Küçük, İ.,”Türkiye'de Hidroelektrik Potansiyeli Üzerine Bir
Değerlendirme“, TMMOB 1. Enerji sempozyumu, Ankara, (1996)
http://www.emo.org.tr/ekler/d47c903ad66558c_ek.pdf
Genelde tek tip balk geçiti kullanldğ için yaplan balk geçitleri amacna
uygun ișlevselliği görmemektedir. Balk geçitleri projelendirilmeden önce
akarsulardaki balk türleri ve balk büyüklükleri tesbit edilmeli ve çed
raporlarnda yazl hale getirilmelidir.
[20]. Kadoğlu, S., tellioğlu, Z., ”Enerji Kaynaklarnn Kullanm Ve Çevreye
Etkileri”, TMMOB 1. Enerji Sempozyumu, Ankara (1996)
http://www.emo.org.tr/ekler/63ea51eeb9eb4b9_ek.pdf
İnșa edilen balk geçitlerinin kullanmnn devamllğ için bakm ve gerekli
durumlarda onarm yaplmaldr.
[21]. http://www.cedgm.gov.tr/cedsureci/inceleme_degerlendirme_sureci/13
2_ids.pdf
Daha önceki yllarda HES lisans almș olsalar dahi tüm HES’ler için ÇED
raporlar istenmelidir.
[22]. www.manisacevreorman.gov.tr/cevre/BARAJLAR.doc
ÇED raporlarnda doğal hayatn devamllğn sağlamak için can suyu ve balk
geçitlerine detayl bir șekilde yer verilmelidir.
HES inșaat ve HES’in ișletilmesi evrelerinde kamu denetimi getirilmelidir.
[23]. http://www.cedgm.gov.tr/cedsureci/inceleme_degerlendirme_sureci/13
2_ids.pdf
[24]. http://www.2aproje.com/balik.asp
[25]. http://www.tarim.gov.tr/Files/Files/Yonetmelikler/su_urunleri_yonetme
ligi.pdf
Kaynaklar Çatalağz
Termik
santrali
http://www.catestermik.com/index/teknikbilgi/hidsantrl.html
[2].
Marșap, A., Narin, M., “Çağdaș Enerji Yönetiminde Yeni Açlmlar”, VII.
Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, İstanbul (2008)
[28]. http://www.amsafari.com/images/hires/Rivers/columbia-river_fishladder_low.jpg
[3].
Yenilenebilir Enerji Kaynaklarnn Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçl
Kullanmna
İlișkin
Kanun
(2005)
http://www.edsmenerji.com.tr/docs/Yenilenebilir_Enerji_Kaynaklari_Ka
nunu.pdf
[29]. http://www.steinborn.org/jim/gifs/alaska2/bonneville-fish-ladder.JPG
[4].
Web,
[26]. Bekișoğlu, Ș., Șafak, N., Aksu, S., Altndağ, N., “Balk Geçitleri”, DSİ basm,
Ankara (1987)
[1].
Kumbur, H., Özer, Z., Özsoy, H.D., Avc, E. D., “Türkiye’de Geleneksel ve
Yenilenebilir Enerji Kaynaklarnn Potansiyeli ve Çevresel Etkilerinin
Karșlaștrlmas”, III. Yenilenebilir Enerji Kaynaklar Sempozyumu,
Mersin, (2005).
[27]. http://en.wikipedia.org/wiki/File:John_Day_Dam_fish_ladder.jpg
[30]. ”Ilsu Baraj Ve Hes’nin Çok Yönlü Olarak Değerlendirilmesi”, Diyarbakr
(2006)
Http://www.hasankeyfgirisimi.com/tr/index
Dateien/Comment_Ilisu_dicleuniversity_turk.pdf
817
GELENEKSEL YAPILAR VE BİYOLOJİK ÇEȘİTLİLİK ARASINDAKİ İLİȘKİNİN BİYOETİK DEĞERLENDİRMESİ (Film ve Müzik Ekli Akademik ve Felsefik Bir Performans) THE BIOETHICAL EVALUATION OF THE RELATION BETWEEN TRADITIONAL STRUCTURES AND BIODIVERSITY (An Academic and Philosophical Performance Flavoured Movie and Music) Murat YILDIZ a, Okan ÜRKER b, Turhan Serdar BACAKSIZ c, Nesrin ÇOBANOĞLU d
Ankara Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Sosyal Çevre Bilimleri Ana Bilim Dal, Ankara, Türkiye, [email protected]
b
Ankara Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Sosyal Çevre Bilimleri Ana Bilim Dal, Ankara, Türkiye, [email protected]
c
Limak Holding A.Ș., Yönetim Kurulu Üyesi, Ankara, Türkiye, [email protected]
d
Gazi Üniversitesi, Tp Fakültesi, Tp Etiği ve Tp Tarihi Ana Bilim Dal, Ankara, Türkiye, [email protected]
a
Özet Seyfe Gölü Sulak Alan ve çevresi, Türkiye’de bulunan on üç Ramsar Alan’ndan
biridir. Orta Anadolu Bölgesi’nde, Krșehir İli snrlar içerisinde bulunan 10700
ha’lk yüzölçümüne sahip bu sulak alan, önemli bir biyolojik çeșitliliğe sahiptir
ve çevresindeki bozkrlarda yașayan binlerce canl türüne yașam kaynağ
olușturmaktadr. Doğal özellikleri nedeniyle uluslar aras bir öneme de sahip
olan bu alan, tüm koruma statülerine ve önemine karșn, özelikle 1960 ylndan
beri birçok etkenin basksyla bozulmaya bașlamștr. Küçük Kerkenez (Falco
naumanni) IUCN Tehlike Kategorileri’ne göre VU (zarar görebilir tür)
seviyesinde bulunan, dünyada nesli yok olma tehlikesi ile karș karșya olan bir
bozkr kușudur. Bozkrlardaki küçük yerleșimler, harabeler, kaya yarlar yașama
ve üreme alandr. Küçük Kerkenez’lerin karș karșya olduğu tehlikeler
arasnda en büyük pay, yașam alan olan eski kerpiç evlerin saysnda son
yllardaki azalma almaktadr. Geleneksel yaplarn yeniden yapm veya bakm
masrafl olduğu için yerine betonarme yaplar tercih edilmektedir. Bu yaplarn
yok olmasyla birlikte hem Küçük Kerkenez bireyleri hem de bu tarz yaplara
adapte olmuș, böcek, sürüngen ve diğer kuș türleri de yuvalama alanlarn
kaybetmektedir. Sürdürülebilirlik ve biyoetik bașlklar altnda yaplabilecek en
önemli değerlendirme, alandaki geleneksel yaplarn sürdürülebilirliği ile
biyolojik çeșitliliğin sürdürülebilirliğinin doğrudan ilișki içerisinde olduğudur.
Geleneksel yaplar, bașta Küçük Kerkenez olmak üzere diğer canllarn da
olușturduğu faunaya yüzyllardr ev sahipliği yapmaktadr. Yörenin sulak alan
özellikleri ve barndrdğ yüzlerce kuș türü, Seyfe Gölü ve çevresini
sürdürülebilir bir ekoturizm planlamas için de cazibe merkezi yapmaktadr.
Çalșmann ortaya koyduğu bașlca tespit ise, sürdürülebilir geleneksel
yaplarn, biyolojik çeșitliliğin sürdürülebilirliğini, bunun ise sürdürülebilir
ekoturizm etkinliklerini doğrudan ve büyük ölçüde etkileyeceğidir. Bu ise
toplamda hedef konulan sürdürülebilir kalknmaya destek olan yerel
yaptașlarndan biri olacaktr. Krlma noktas ise, yaplașmann Seyfe Gölü
çevresindeki biyoetik sorumluluğudur.
Anahtar kelimeler: küçük kerkenez, sürdürülebilir biyolojik çeșitlilik,
sürdürülebilir yaplar, sürdürülebilir ekoturizm, biyoetik
Abstract Wetland and periphery of Seyfe Lake is one of thirteen Ramsar Areas in
Turkey. This wetland, which is located within Kirsehir province in Central
Anatolia with an area of 10700 ha, has a significant biodiversity and provides
life for thousands of species which live in the peripheral steppes. As an
internationally-significant area for its natural characteristics, it has started to
deteriorate due to a plurality of factors since 1960s despite its protection
status and all protective measures. The Lesser Kestrel (Falco naumanni) is an
endangered steppe-bird which falls into the VU (endangered species) level
according to the IUCN Hazard Categories. Its habitat and breeding areas
include small settlements, ruins and rock-cracks in the steppes. The most
serious threat for the Lesser Kestrel population is the recently descending
number of the old mud-brick houses which form a habitat for them. As reconstruction and maintenance of traditional buildings is costly, reinforcedconcrete buildings are mostly preferred instead. Extinction of the traditional
building type is also accompanied by the extinction of both Lesser Kestrel and
other insects, reptiles and other bird species which have adapted to such
building types. The most important assessment to be made under
sustainability and bioethics is that there is a linear relation between the
sustainability of traditional buildings and sustainability of biodiversity.
Traditional buildings have been hosting to the fauna of many species including
the Lesser Kestrel for centuries. The wetland characteristic and hundreds of
bird species in the region make Seyfe Lake and its periphery a gravity center
for a sustainable eco-tourism plan. The primary conclusion of this study is that
sustainability of traditional buildings have a direct effect on sustainability of
818
biodiversity and the latter has a significant and direct effect on ecotourism
activities, which will be a building-brick contributing into the overall goal of
sustainable development. The break-point is the bioethical responsibility of
buildings around Seyfe Lake.
Keywords: Lesser Kestrel, sustainable biodiversity, sustainable buildings,
sustainable ecotourism, bioethics
1. Giriș Sürdürülebilirlik, özellikle kullanmndan ksmen ya da tamamen
vazgeçilemeyecek kaynaklarn azalmasyla, giderek artan kaygnn yeni ad
haline gelmiștir. Her ktlașan kaynağn sürdürülebilirliği gündeme tașnmștr.
Hatta baz kavramsal varlklarn da sürdürülebilirliği özellikle kültür boyutunda
ifade edilir olmuștur.
Bu kayglar insan yașamnn ve toplumsal gereksinimlerin sürdürülebilirliği ile
çoğu zaman karș karșya gelmektedir. Bilim adamlar ve sivil toplum
kurulușlar gibi duyarl kesimlerin arabuluculuğuyla koruma-kullanma dengesi
kurulmaya çalșlmaktadr.
Doğada meydana gelen değișimler, birçok bileșenin katlmyla
gerçekleșmektedir. İçine insan faktörü dâhil olan değișimler, sosyal ve kültürel
birçok yeni etkeni de süreçlere katmaktadr. Zaten doğann kendi içerisindeki
milyonlarca yllk devinimini değiștiren ve sekteye uğratan da modern
teknolojiye sahip insandr. Doğann kendini yenilemesi, onarmas ve
dönüștürmesi için ihtiyac olan zaman ona tanmayan modern çağn insan,
sorumluluğunun farkna giderek daha fazla varmaktadr. Ancak her șeyin
önünde ilerleyen ve yönlendiren ekonomik koșullar, ișsizlik, gda ve su
kaynaklarnn ktlğ gibi birçok neden, insann var olduğu doğay ikinci plana
itmesine yol açmaktadr.
Ksa vadeli çözümleri üreten insan, istatistiğin ölçülebilen değerleri üzerinden
hesaplar yapmakta ve baz ölçülemeyen değerleri göz ard etmektedir. Biraz
geniș çerçeveden bakldğnda kimi zaman bu ölçülemeyen değerler, sonucu
değiștirmektedir. Sosyal çevre bilimlerinin farkl disiplinleri bir araya getiren
yönüyle bu çalșma, kendi içerisinde farkl akșlar olan olaylarn kesișme
noktalarnn birbirlerinin süreçlerine nasl dâhil olduğunu örneklemeyi
amaçlamaktadr.
Diğer bir bakș açs da, biyoetik sorumlulukla, doğal zincirlerdeki krlmalarn
ortaya çkardğ sonuçlarn birebir karșlaștrlmasdr. İnsanlar doğadan
ayrștrlmș varlklar olmadklar için, her davranș șeklinin, bir süreç sonucunda
tekrar insana etkisi kaçnlmaz bir gerçektir.
Etik genel olarak, her konuyla ilgili normlarn yapsna ilișkin düșünceler
olușturur, değerlendirmeler yapar. Yeni ortaya çkan sorunsala ilișkin çözüm
önerileri olușturur, tartșr. Etik, genellikle bilimin ve hukukun yolunu açan bir
nitelik de tașmaktadr [1].
Bu çalșmada, yllar içerisinde Seyfe Gölü Sulak Alan’nda gerçekleșen insan
müdahalelerinin etkilerinden yola çklarak, olas baz krlmalarn öngörüsü
yaplmaktadr.
2. Seyfe Gölü Çevresinin Yerleșim Özellikleri Seyfe Gölü İç Anadolu’nun Orta Kzlrmak Bölümü’nde, 39°13'N - 34°23'E
koordinatlarnda, tektonik kökenli bir havza da yer alr. Göl adn batsndaki
Seyfe Köyü’nden alr. Kapal bir havza özelliği gösteren Seyfe Gölü havzas
149,300 ha, sürekli göl yüzeyi ise maksimum seviyede 8,809 hektardr.
Havzann 120,900 hektarlk alan Krșehir il snrlar içerisinde, 28,400 hektarlk
alan ise, Nevșehir il snrlar içerisinde kalr [2].
Tipik İç Anadolu Karasal İklimi’ne sahip olan bölgede yaplan istatistiksel iklim
analizleri 1930’dan günümüze kadar olan süreçte özellikle son 10 ylda göl ve
çevresinde yağșlarn belirgin șekilde azaldğn, scaklklarda da belirgin
artșlarn olduğunu ortaya koymuștur. Alan 2002 ylndan 2008 ylna kadar
șiddetli kuraklğn etkisi altnda kalmștr. 2005 ve 2008 yllarnda tamamen
kurumuștur. 2009 kșnn nemli olmas, yaz mevsiminin diğer yllara göre daha
serin geçmesi gölün tekrar su tutmasn sağlamștr [4].
Göl çevresinde bulunan 385 bitki türünün 52 tanesi endemik, endemiklerin 10’u
ise halofitik (tuzu seven) türlerdir [5].
1994 IUCN Red Data Book [6], tehlike kategorilerine göre Flora listesindeki
türlerden 3 tanesi VU kategorisinde, 1 tanesi CR kategorisinde, 1 tanesi LR(cd)
kategorisinde, 1 tanesi LR(nt) kategorisinde ve 46 tanesi de LR(lc)
kategorisinde yer almaktadr [6].
Göldeki en önemli canl grubunu su kușlar olușturmaktadr. Göl sular tuzlu ve
sodyumlu olduğundan balk türlerine rastlanmaz.
Uluslararas Su Kușlar Araștrma Bürosu (IWRE) tarafndan yaplan bir
snflandrmaya göre Seyfe Gölü I. snf kuș barnak alan olarak belirlenmiș ve
dünyada korunmas gereken en önemli kuș barnak alanlarndan birisi olarak
kabul edilmiștir [8].
Kușlarn göle yumurtlama ve beslenme amacyla geldikleri ve göldeki alg,
zooplankton, ve bentik organizmalarla beslendikleri kaydedilmiștir [9]. Göl ve
çevresinde 187 kuș türü tespit edilmiștir. Göldeki kuș varlğ, göç dönemlerinde
ve kș mevsiminde büyük saylara ulașmaktadr. Seyfe Gölü, ayn zamanda su
kușlar için Türkiye’deki önemli kuluçka alanlarndan biridir.
Șekil 1: Seyfe Gölü ve havzasnn yükselti basamaklar ve lokasyon haritas [3].
Seyfe Gölü Havzas’nda Krșehir İli Mucur ve Boztepe İlçeleri’ne bağl 12 köy
bulunmaktadr. Seyfe Gölü kysnda yer alan köyleri ve nüfuslarn
incelediğimizde, nüfusun en yüksek olduğu köyün Kzldağ Köyü olduğunu
görülür. Kzldağ (2195) köyünden sonra nüfusun en yüksek olduğu köy Seyfe
Gölü’ne de adn veren Seyfe Köyü’dür (585). Seyfe Köyü’nü srasyla Dalakç
(457), Araplatik (341), Karaarkaç (304), Yazknk (264), Gümüșkümbet (259),
Geycek (253), Budak (222), Kran (210), Güzyurdu (157) köyleri izler [4].
Gölün kuzeyinde yer alan alanlarn çok büyük bir ksm Malya Tarm
İșletmesi’ne aittir. Havzann % 91.7'sinde kuru tarm, % 8.3'ünde ise sulu tarm
yaplmaktadr. Bu alanlarda buğday, arpa, çavdar, mercimek, șeker pancar
tarm yaplr. Geçimini çoğunlukla tarmsal faaliyetlerle sağlayan yöre halk,
bölgede yașanan en ufak bir çevresel değișime karș alternatif geçim
kaynaklar geliștiremediği için çoğu zaman bölgeden göç etmek zorunda
kalmaktadr. Özellikle 2000 ylndan sonra havza da yașanan büyük kuraklk
tüm köyleri etkilemiștir. Bu yldan sonra sürekli bir nüfus kaybetme eğilimi
içine girmiștir (Șekil 2).
Gürpnar ve arkadașlar tarafndan 1972 ve 1974 yllarnda yaplan gözlemler
neticesinde göl, Uluslararas Öneme Sahip Sulak Alanlar Listesi’ne dahil
edilmiștir. Özellikle; çamurcun (Anas crecca), elmabaș (Aythya ferina), suna
(Tadorna tadorna), angt (Tadorna ferruginea) ve sakarmekenin (Fulica atra)
göldeki yoğunluklarnn sayca uluslar aras ölçütlerin üzerinde olmas, gölün bu
listeye dâhil edilmesinde büyük rol oynamștr [4].
Gölün bayrak türü Flamingo (Phoenicopterus ruber)’dur. 1980’lerde saylar yüz
binlerle ifade edilen Flamingolar, en fazla 29 Eylül 1986’da Tansu Gürpnar
tarafndan 320bin fert olarak saylmștr. Gölün derinliğinden (maksimum 165
cm) dolay flamingolar gölün ortasnda rahatsz edilmeden beslenebilirler. Tuz
Gölü’nden sonra flamingonun ülkemizdeki en önemli üreme alan olup,
günümüzde gölün doğusundaki adalarda yaklașk 3000 çift flamingo
kuluçkaya yatmaktadr [4] ve [9].
Göl çevresindeki stepler, nesli dünya çapnda tehlikede olan kuș türlerinden
biri olan Toy’un beslenme ve üreme alandr, 2009 Mays aynda 1 diși birey ve
2009 Kasm aynda 4 adet bireyin varlğ gözlemlenmiștir.
4. Küçük Kerkenez (Falco naumanni) ve Yașam Özellikleri Küçük Kerkenez (Falco naumanni) doğangiller familyasndan yrtc bir kuș türü
olup, dünyada bașlca Akdeniz ve Güney Asya arasnda kalan bölgelere
dağlmștr. IUCN Tehlike Kategorileri’ne göre VU (zarar görebilir tür)
seviyesinde bulunan bu türün dünya ölçeğinde nesli yok olma tehlikesi ile karș
karșyadr [10].
Șekil 2: Seyfe Gölü havzasnda bulunan köylerin toplam nüfusu [4].
3. Seyfe Gölü ve Çevresinin Doğal Yaps 17.08.1989’da 23,585 ha’lk alan “I. Derece Doğal Sit Alan”, 26.08.1990’da yine
Göl ve çevresini kaplayan 10,700 ha’lk alan “Tabiat Koruma Alan, 17.05.1994
tarihinde sürekli ve geçici göl alann da kapsayan 10,700 ha’lk alan Ramsar
Alan ilan edilmiștir.
Șekil 3. Küçük Kerkenez (Falco naumanni) yașam alanlar [11]
Türkiye'de habitat uygunluğu olan tüm yerlerde gözlemlenmekle birlikte
üreme görülen alanlar snrldr. Populasyonlar daha çok Orta Anadolu ve Doğu
Anadolu Bölgeleri’ne yaylmștr. Küçük kerkenez bir bozkr kușudur.
819
Bozkrlardaki küçük yerleșimler, harabeler, kaya yarlar yașama ve üreme
alandr. Buralarda koloniler halinde yașamakta olup, besinlerini büyük ölçüde
böcekler ve küçük memeliler olușturmaktadr. Türkiye’de yașayan Küçük
kerkenezler yaz göçmenidir. Mart sonu-Nisan baș döneminde kșlama
yerlerinden dönerler ve Eylül aynda ise tekrar güneye göç ederler. Avrupa
populasyonunun 10000 çift olduğu tahmin edilmektedir. [12]
Seyfe Gölü çevresindeki bozkrlarda ve yerleșim yerlerinde geçmiș yllarda
yaplan gözlemlerde 1996 Nisan aynda 59 birey, 1997 Mays aynda 63 birey,
1997 ylnda 42 çift ve 1998 ylnda 45 çift Küçük Kerkenez bireyi saylmștr
[13].
Șekil 5. Çelen
Șekil 5’de Çelen ad verilen yap detay görülmektedir. Ağaç kirișlerin üzerine
serilen hasr malzeme, yapnn üzerindeki toprağ tașyc katman olușturmann
yannda, duvarlarla birleștiği yerler, ayn zamanda kușlarn yuvalanma alanlar
olmaktadr.
Șekil 4. Küçük Kerkenez (Falco naumanni), erkek birey
Baz binalar ise onarm srasnda sva ile kaplanmakta, bina üzeri çat ile
kapatlmaktadr. Bu durumda ise kușlar, Mahya ad verilen saçak altlarnda
bulduklar boșluklara yuvalanmaktadr. Ancak, daha yeni tip malzemenin ve
tekniğin kullanmyla onarlan bu evlerde yaltm da daha dayankl uygulandğ
için, kușlarn buralara yuva yapmas güçleșmektedir. Köyden köye farkl yap
malzemesi kullanmnn göze çarptğ Seyfe Gölü çevresinde, baz köylerde,
briket kullanlarak yaplan duvarlar, kerpiç ile kaplanmaktadr.
2009 ve 2010 yllarnda gerçekleștirilen kuș gözlem çalșmalar srasnda
Küçük Kerkenez’in göl çevresindeki köy yerleșimlerini halen kullandklar tespit
edilmiștir (Seyfe Köyü Badll Mahallesi’nde 1 günde 47 Küçük kerkenez bireyi
görülmüștür. Ancak yaplan gözlemler ve saymlar Küçük kerkenez populasyon
yoğunluğunu ortaya çkarmak üzerine odaklanmadğ için havzadaki diğer
köylerde (Horla, Seyfe Köyü ve bu köye bağl Badll Mahallesi, Budak, Dalakç,
Yazknk, Gümüșkümbet, Eskidoğanl, Kzldağ-Yeniyapan köyleri) yuvalama
yapan bireylerinde eklenmesiyle bu saynn çok daha fazla artacağ
düșünülmektedir.
Yaplan gözlem çalșmalarnda Küçük Kerkenez’lere yönelik gözlenen en büyük
problem ise yașam alan olan eski kerpiç evlerin son yllarda oldukça azalmș
olmasdr. Bu tarz eski yaplarn yeniden yapm veya bakm masrafl olduğu
için yerine ya betonarme yaplar tercih edilmekte ya da hiç yap
yaplmamaktadr. Bu yaplarn yok olmasyla birlikte hem Küçük Kerkenez
bireyleri hem de bu tarz yaplara adapte olmuș böcek, sürüngen ve diğer kuș
türleri de yuvalama alanlarn kaybetmektedir. Küçük Kerkenezlere yönelik
diğer baz tehditler ise tarlalardaki zehirli tarm ilaçlarnn üreme bașarlarn
azaltmas ve göle yakn mesafeden geçen yüksek gerilim hatlardr.
Bununla birlikte Küçük kerkenez gibi nesli dünya ölçeğinde tehlike altnda olan
türler bulunduklar bölgeler için bayrak tür özelliği göstermekte olup, kuș
gözlemcileri ve doğa turistleri için cazip gözlem koșullar sunmaktadr.
Șekil 6. Badll Köyü’nde kullanlmayan bir kerpiç ev
Dș ortam koșullarndan etkilenen bu yaplar, her yl bakm ve onarm ihtiyac
gerektirmektedir.
5. Geleneksel Mimari ve Küçük Kerkenez Yuvalar
Yaplan tespitlerde Seyfe Gölü çevresindeki köylerde bulunan evlerin çoğunda
kerpiç kullanm halen büyük orandadr. Eski kerpiç evler, çevresindeki hayvan
barnaklar ve diğer yaplar kullanlmasa da, göç nedeniyle arazi ihtiyacnn alan
üzerindeki basks görülmemektedir. Ancak yașl köy nüfusu, eski tip yaplarn
yerine yenilerini yapmamakta, ayrca mevcutlar da onarmamaktadr. Bu da,
Küçük Kerkenez bașta olmak üzere birçok canlnn yuva yaptğ alan
azaltmaktadr.
Șekil 7. Badll Köyü’nde eski tip ve onarm geçirmiș evler
820
6. Seyfe Gölü’ne Yaplan Kurumsal Müdahaleler Son yllarda gölü tehdit eden en büyük unsur kuraklk sorunudur. Özellikle son
10 yldr devam eden kuraklk göstergeleri ve gün geçtikçe artmaya bașlayan
farkl insan kullanmlar gölün șu anki kurak görünümünün olușmasna yol açan
en büyük etkenlerdir. Bunlara örnek olarak drenaj kanallarnn açlmas, yerel
belediyelerin göle giden tatl su kaynaklarn içme suyu amaçl tutmalar,
özellikle șeker pancar gibi sulu tarmn yoğunlașmasn takiben artan verimsiz
sulama yöntemleri ve kaçak kuyu açlmas saylabilir.
Bu etkenleri çeșitli politikalarn göl üzerinde olușturduğu etkiler bakmndan
incelemek istendiğinde kronolojik açdan göl üzerinde neler yașandğna
baklmas faydal olacaktr; 1960 ylnda zeminin jeolojik özelliğinden dolay
derine szmann olmadğ gerekçesiyle, DSİ tarafndan çok yağșl yllarda
olușan göllenmelerin ve tașkn önlenmesi amacyla, bu gölleri ana göllere
bağlayan tașkn kanallar olușturulmuștur. Bu yllarda birçok çiftçi tarafndan
tarm yapmak amacyla tașkn kanallarna bağlanan drenaj kanallar
olușturulmuștur.
1970’li yllarda tarm alanlarnn slah edilmesi çalșmalar sürdürülmüș, gübre,
ilaç kullanm ve drenaj çalșmalar sonucunda göle tarmdan dönen sular
verilmeye bașlanmștr ve bu dönemde göl alan genișlemiș, göl derinleșmiștir.
1975 ylndan sonra da Topraksu Genel Müdürlüğü (günümüzde Tarm ve Köy
İșleri Bakanlğ) köylüye yardmc olmak üzere arazi tașknlarn önlemek
amacyla drenaj kanallar açmștr. 1980’li yllarn bașnda ovann yamaçlarnda
birçok drenaj kanalnn açlmas ve oldukça yüksek seviyede olduğu söylenen
taban suyunun düșürülme çalșmalar hz kazanmș ve bu çalșmalar devam
etmiștir. 1987 ylnda DSİ tarafndan 23.226 ha alan kapsayan Seyfe Mucur
Havzas Islah Planlama raporu hazrlanmștr [14] ve [15].
1997 ylnda Çevre Koruma Genel Müdürlüğü’nün koordinasyonunda yaplan
toplantda drenaj kanallar yeniden değerlendirilerek göl alanndaki suyun
tahliye edilmesinin önüne geçmek amacyla kanallarn daha kuzeye
çekilmesine ve kanal üzerinde iki kapak yaplarak kurak dönemlerde gölde su
tutulmasn sağlayacak bir hidrolojik yapnn olușturulmasna karar verilmiștir.
Havzada 1990’l yllarn bașndan günümüze tarmsal sulama amacyla 1650
kaçak kuyu açlmștr. Bu kuyularn haricinde 1960’l yllardan itibaren DSİ
tarafndan ruhsat verilmeye bașlanmș binlerce kuyu da aktif olarak çalșmaya
devam etmektedir [15].
Çevre etiğinde bașlca iki yaklașm söz konusudur. İnsan merkezli
“antroposentrik” görüș, ekosisteme insan için yarar ölçüsünde araç olarak
değer vermektedir; buna karșlk ekosisteme özsel değer veren, amaç olarak
benimseyen “ekosentrik” bakș açs ile çevre etiği, çevreyi kendi değerinden
ötürü özneleștirirken sorumluluğu insana yüklemektedir [1].
Göçmen kușlarn ve baz yerleșik türlerin üreme ve beslenme alanlarnn
ortadan kalkmas, besin zincirinde baz halkalarn ortadan kalkmasna neden
olmuștur. Yrtc türleri (predatörler) ortadan kalkan türlerin populasyonunda
gözle görülür artșlar gözlemlenir. Bu bölgede sulak alan küçülüp hatta baz
yllarda ortadan kalknca, birçok kuș türü bölgeden uzaklașmștr.
Örneğimizdeki Küçük Kerkenez’in besin kaynağ olan böcekler ve baz küçük
memeliler (fareler vs.), populasyonlarn artrma eğilimine girmișlerdir. Göl
çevresindeki tarm alanlarn istila eden kemirgenler, tarm alanlarna zarar
vermeye bașlamștr.
Bu așamada bölgede yașayan insanlar yeni bir biyoetik sorumlulukla karș
karșyadrlar. Bu sorumluluğun iki yönü vardr: İnsanlar ve insanlarn dâhil
olduğu doğal hayat. Biyoetiğin bütün yașam formlarna saygy öngören
yaklașm, gerekçeleriyle kendini göstermektedir.
İnsanlğn varlğ, yeryüzündeki tüm yașamla sk bir biçimde ilgili ve bağmldr.
O zaman varlğmzla yașamn (ya da bios’un) hzla yok edilmesini nasl
uzlaștrabiliriz? Tam bu noktada, biyo, yani yașam merkezli bir bakșn hayata
geçirilmesi gerekliliği ortaya çkmaktadr [1].
Seyfe Gölü ve Çevresi, hem tarm hem de turizm açsndan önemli bir yöresel
kalknma gücü olușturmaktadr. Bu alanda yaplacak çalșmalarda karșlașlacak
güçlükler șöyle özetlenebilir:





Ayrca drenaj kanallarnda tutulan su, kurak mevsimlerde dahi göle
verilmemekte, hiçbir șekilde faydalanlmadan yaz mevsiminde kurumaktadr.
Seyfe Gölü’nde yașanan tüm bu müdahalelerin sonucunda;
• Gölün kurumasyla (taban ksm dșnda) yer alt su seviyesi düșmüștür.
Kuyularn derinliği yer yer 300m.’yi bulmaktadr.
• Göldeki canllk için çok büyük öneme sahip olan primer üreticilerin
(plankton) azalmasyla göl yașam tehlikeye girmiștir.
• Göl çevresindeki çayr vejetasyonlar kuraklktan dolay, saf step ve halofit
(tuzcul) vejetasyonlar ise alan tahribatndan dolay yok olmaya
bașlamștr.
• Kuș çeșitliliği gölün kurumasndan dolay büyük oranda azalmștr.
Flamingo gibi su kușlarna barnma, beslenme ve kuluçka alanlar yaratan
gölün bu özelliğini kaybetmesinden dolay göldeki kuș çeșitliliği su
kușlarndan ky kușlarna doğru değișmektedir.
• Kuraklk nedeniyle tarmda verimlilik düșmüștür. Örneğin; gölün
kurumasyla alanda daha fazla don olay görülmeye bașlamas tarmsal
üretimi olumsuz etkilemiștir.
• Gölün kurumasn takiben göl yüzeyinden rüzgâr kuvvetiyle kalkan tuz
bulutlar hem tarm alanlarnn üzerine çökerek hem de insanlarn
soluduklar havaya karșarak çeșitli zararlar olușturmaktadr.
• Gölün kurumasna bağl olarak tarmsal verimlilikteki düșüș, yllar boyunca
geçim skntsna yol açmș, bu durum dșa göçü arttrmștr.
7. Seyfe Gölü ve Çevresinde Yașananlarn Biyoetik Eleștirisi Yllar boyu değișen öncelikler ve bunlara bağl uygulamalar, doğaya yaplan
müdahalelerin doğrudan ve dolayl sonuçlarn karșmza çeșitli șekillerde
çkarmștr. Aslnda bu bölgede yașanan, habitata keskin müdahalelerin
sonucunda besin zincirinde meydana gelen krlmalardr. Bu krlmalarn birincil
nedeni, doğal yașam koșullarnn temeli olan su kaynağnn ortadan
kaldrlmasdr.
Etiğin doğas gereği, günlük yașama yansyan eylemlerimizin etik niteliği
açsndan göz önüne alnacak ölçütler arasnda “olaslklar” vardr [1]. Zaman
içerisinde uygulamaya sokulan birçok düșüncenin gündeme getirdiği sorunlar,
olaslk hesaplarnn varlğn da gerekli klar. Etiğin bu ișlevde öngörüleri
yönlendirmesi de insanlğn daha üst katmanda bir algya ve dinamiğe sahip
olmas sonucunu doğuracaktr.




Açlan çok saydaki artezyen kuyusunun havzadaki su rejimini
olumsuz etkilemesi Drenaj kanallarna biriktirilen sularn kurak mevsimlerde göle
aktarlmasna ilișkin bir çalșmann olmamas Uzun yllardr yanlș uygulamalarla verimsiz tarm yapan, zarar
gören köy halknn beklemeye tahammülünün olmamas
Göl alanna ve çevresindeki koruma alanna yaplan kaçak
müdahaleler (tarm alanlarnn kaçak olarak genișletilmesi)
Yöre halknn bir bölümünün hala gölün kurutulmas taraftar olmas
(bölgedeki çiftçilerin bazlaryla yaplan görüșmelerde toprağn,
Kayseri Yamula Barajndan havzaya getirilecek suyla ykanarak
tarma elverișli hale getirilmesi fikri halen destek bulabilen bir
görüștür)
Besin zincirindeki krlmalarla says artan kemirgenlerin köylüler
tarafndan kimyasal maddelerle yok edilmeye çalșlmas
Tarlalardaki tohumlar yiyen kușlarn ateșli silahlarla kaçrlmaya
çalșlmas
Kurumlar arasndaki ișbirliği eksikliğinden ötürü ksa, orta ve uzun
vadeli planlarn ve geçmișe dönük değerlendirmelerin sağlkl
yaplamamas
Koruma alannda yeterli personel ve donanm bulunmamas
Bu dezavantajlara karșn baz avantajlar da, çalșmalarn ve planlarn hayata
geçirilmesinde destekleyici olacaktr. Bunlar ise șöyle özetlenebilir:






Geçmiș yllarda yaplan baz düzenlemelerin doğaya verdiği zarar
ve sonuçlarnn insan yașamna etkisinin yerli halk tarafndan
yakndan gözlemlenmiș ve kavranmș olmas
Seyfe Gölü sulak alannn yeniden kazanlmas için sivil toplum
kurulușlarnca yürütülen projelerin ülke çapnda yank ve bilinç
uyandrmas
Sivil toplum kurulușlarnn çabalarna, üniversite öğrencilerinin etkin
katlm ve doğal olarak geliștirdikleri halkla ilișkiler çalșmalar
Așr nüfus basks olmamas
Kerpiç evlerin olumsuz olarak așr düzeyde kentleșme basks
altnda olmamas.
İkinci ve üçüncü kușak nüfusun șehir dșnda yașyor olmas ve
yaplașmann büyük ve acil tehlike olușturmamas.
7. Sonuçlar ve Öneriler Görüldüğü üzere, Seyfe Gölü Sulak Alan ve çevresi, son yllarda yakndan
gözlemlenmiș, ölçülmüș ve değerlendirilmiș olup birçok değișime sahne olduğu
görülmüștür. Göl çevresi yerleșimlerde halkn geçimini sağlayacak gelir
kaynağ seçeneklerinin geliștirilmesi, mevcut tarm alanlarnn veriminin
artrlmas gerekmektedir.
821
Doğayla bu kadar iç içe ve etkileșimde olan Seyfe Gölü Sulak Alan, hassas
yașamsal dengeler gözetilerek yönetilmelidir.
Yaplan çalșmalarda sürekli değerlendirmeler yaplmal, planlarn olas olumsuz
sonuçlar yeniden gözden geçirmelerle güncellenmelidir.
Yeni seçenekler arasnda saylabilecek “ekoturizm” etkinlikleri, yörenin mimari,
doğal ve kültürel özellikleri erozyona uğratlmadan planlanmal ve en önemlisi
bu doğrultuda hayata geçirilmelidir.
Biyoetik kayglarn gerekçeleri bütün taraflara tam olarak benimsetilmelidir.
Bunun için çeșitli eğitimler ve çalștaylar düzenlenmelidir.
Kerpiç evlerden kullanlmayanlar onarlmal, ksmen ekoturizme hizmet eder
hale getirilmelidir. Onarmlar geleneksel malzeme ve mimari tarzda
gerçekleșmelidir.
Bașta Küçük Kerkenez olmak üzere bütün fauna elemanlarnn yașam
alanlarna özen gösterilmeli, ayrca turizm etkinlikleri srasnda ziyaretçi
davranșlarnn da belli düzen içerisinde olmas için bilinçlendirme çalșmalar
yaplmaldr.
Küçük kerkenezlerin yuvalandklar yerlerde, doğann kendi dengesini yeniden
sağlamas için kemirgenlerin zehirle yok edilmemesi yönünde Tarm Bakanlğ
ve Tarm İl Müdürlüğü yetkilileri ile birlikte çeșitli eğitim-bilinçlendirilme
çalșmalar yaplmal, biyolojik mücadele yöntemleri uygulamal olarak çiftçiye
aktarlmaldr.
Yörede turizmin gelișmesi sonucu kentten köye dönme olaslğ olușan genç
kușaklarn, burada inșa edecekleri yeni yaplarn, mevcut dokuyu ve Küçük
Kerkenez ile diğer hayvanlarn yașam alanlarn bozmas ve yok etmesi
önlenmelidir. Bu amaçla eğitim ve proje desteği sağlanmaldr.
Koruma alannda hem halkla sürekli iletișim halinde bulunacak hem de
ziyaretçilerle ilgilenecek olan bir ekibin bulundurulmas gereklidir. Halen görev
yapan bir (1) adet personelin bu ișlerin tamamn tek bașna yürütmesi
imkânsz olduğu için ekip genișletilmelidir.
Bütün bu süreçler irdelendiğinde, özellikle bu tip hassas alanlarda olaslklar
öngörecek ve düzenleyecek olan, kapsaml ve bilimsel temellere dayal
biyopolitikalardr. Biyopolitikalarn gelișmesi ve sadece insann ihtiyac temelli
politikalardan vazgeçilmesi gereklidir. Zaten sonuç olarak zarar gören yine
ayn doğada yașayan insandr.
Kaynaklar [1].
Çobanoğlu, N., 2009. “Kurumsal ve Uygulamal Tp Etiği, Eflatun
Yaynevi, Ankara, s. 10,11, 242, 243.
[2].
Doğa Koruma Daire Bașkanlğ, Seyfe Gölü Raporu, Ankara, (2005).
[3].
Seyfe Kurak Alan Göl Oluyor Projesi, Proje Sonuç Raporu, Krșehir,
(2010).
[4].
Türkiye İstatistik Kurumu, Krșehir İli, İlçeleri, Seyfe Gölü Havzas Köyleri
Demografik ve Sosyo-Ekonomik Yap Göstergeleri, 2008 Verileri
[5].
Eyüboğlu, Ö., Seyfe Gölü (Krșehir)Tabiat Koruma Alannn Floras.
Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (1995).
[6].
Ekim, T., Türkiye Bitkileri Krmz Kitab, (2000).
[7].
Evirgen, M., ve Gürpnar, T. IWRE Raporu, (1987).
[8].
Hecky, R. E., and P. Kilham. Diatoms in alkaline, saline lakes: Ecology
and geochemical implications. Limnol. Oceanogr. 18: 53-71, (1973).
[9].
Çobanoğlu, E. O., Seyfe Gölü Avifaunas. Gazi Üniversitesi. Fen Bilimleri
Enstitüsü, Doktora Tezi, Ankara, (2000).
[10]. www.iucn.redlist.org
[11].
http://www.birdlife.org/datazone/sites/index.html?action=SpcHTMDetail
s.asp&sid=3589&m=0
[12]. http://www.trakus.org/kods_bird/uye/?fsx=2fsdl17
@d&tur=K%FC%E7%FCk%20 kerkenez
[13]. www.kusbank.org Bozkr Çevre Derneği Kaytlar, 2010.
[14]. Devlet Su İșleri 12.Bölge Müdürlüğü, Seyfe Ovas Hidrojeolojik Revize
Etüt Raporu. Türkiye Enerji ve Tabii Kaynaklar Bak. DSİ Gen. Md.
12.Bölge Müdürlüğü. Kayseri, 2004.
822
[15]. Devlet Su İșleri 12. Bölge Müdürlüğü, Krșehir-Mucur Seyfe Ekoloji
Koruma Projesi Sunumu. Kayseri, Kasm-2005.
ALÜMİNYUMUN GERİ DÖNÜȘÜM MADDESİ OLARAK İNȘAAT SEKTÖRÜNDE ETKİN KULLANIMI THE EFFICIENT USE OF RECYCLED ALUMINIUM IN THE CONSTRUCTION SECTOR Deniz Ayșe YAZICIOĞLU Kadir Has Üniversitesi, Güzel Sanatlar Fakültesi, İç Mimarlk ve Çevre Tasarm Bölümü, İstanbul, Türkiye,
[email protected]
Özet Sürdürülebilir mimarlğn temel hedeflerinden biri olan
enerji korunumu konusunda son yllarda yaplan
araștrmalarn büyük bir bölümü enerji kaynaklarnn
kullanmnda etkinliğin artrlmasna yöneliktir. Bu amaç
doğrultusunda önerilen altn kurallardan biri “geri
dönüșümün artrlmas” diğeri ise “yap yașam döngüsü
boyunca enerji tüketimi ve emisyonlarn azaltan
sürdürülebilir tasarmlarn yaplmas” dr. Bu çalșmada
sözkonusu her iki yaklașma da hizmet etmesi
amacyla aluminyumun yeniden kazanmnn ve bu
yolla elde edilecek hammaddenin inșaat sektöründe
kullanmnn binalarn sürdürülebilirlik karakterine etkisi
araștrlmș ve elde edilen olumlu sonuçlar
doğrultusunda ikincil aluminyumun inșaat sektöründe
daha etkin kullanmna yönelik çeșitli önerilerde
bulunulmuștur.
Anahtar kelimeler: Sürdürülebilirlik, alüminyum, inșaat Abstract A major part of researches in recent years on
conservation of energy which is one of the main goals
of sustainable architecture are directed towards
improving efficiency of energy sources. One of the
most important rules suggested through this aim is
“enhancement of recycling”, and the other is “energy
consuming throughout building life cycle and providing
sustainable designs decreasing emission”. In this study
on the purpose of these two aims, the efficacy on the
sustainability character of recycling aluminum and the
usage of raw materials attained by this way in
building sector has been searched. Through positive
results achieved, various suggestions are made
intended for more efficiently usage of secondary
aluminum in building sector. Keywords: Sustainability, aluminium, construction 1. Giriș İnșaat sektöründeki enerji tercih ve tüketim
profilindeki yanlș șekillenme, doğadaki snrl
kaynaklarn insanlğ tehdit eder șekilde yok olmasna
sebep olmaktadr. Bu nedenle sürdürülebilir mimarlğn
temel hedeflerinden biri olan enerji korunumu
konusunda son yllarda yaplan araștrmalarn büyük bir
bölümü enerji kaynaklarnn kullanmnda etkinliğin
artrlmasna yöneliktir. Bu amaçla önerilen altn
kurallardan biri “geri dönüșümün artrlmas” diğeri ise
“yap yașam döngüsü boyunca enerji tüketimi ve
emisyonlarn azaltan sürdürülebilir tasarmlarn
yaplmas” dr. Sözkonusu her iki yaklașma da hizmet
etmesi amacyla aluminyumun geri dönüșümünün
artrlmas ve bu yolla elde edilecek hammaddenin
inșaat sektöründe kullanmnn daha etkin hale
getirilmesine yönelik çeșitli önerilerde bulunulmas
çalșmann kapsam ve amac olarak belirlenmiștir.
Bu kapsam ve amaç doğrultusunda çalșmann
metodolojisi olarak ilk așamada aluminyumun
Türkiye’deki tüketim oranlar araștrlmș ve 1970
ylnda 18.000 ton civarnda iken bugün kaytl olmayan
üretimler de dikkate alndğnda 300.000 ton/yl
düzeyine kadar ulaștğ görülmüștür. Tüketimin bu
seviyelere gelmesinde, alüminyum hammadde ve
mamullerinin ulusal kaynaktan kolaylkla temin ediliyor
olmasnn büyük rol oynadğ ve saylar giderek
çoğalan alüminyum ișleyicisi niteliğindeki sanayi
kolunun alüminyuma olan talebinin her geçen gün
arttğ bilinmektedir. Türkiye’ de aluminyumun inșaat
sektöründeki kullanm miktarna bakldğnda ise %25
oranla en yüksek paya sahip olduğu görülmektedir
(Çizelge 1) [1, 2]. Çizelge 1. 2001-2005 Yllar Arasnda Türkiye'de
Aluminyumun Sektörlere Göre Kullanm Oranlar[2]
Türkiye'de Aluminyumun Sektörlere Göre Kullanm Oranlar İnșaat
25%
Ulașm
24%
Ambalaj
15%
Elektrik/Elektronik
10%
Genel Mühendislik
9%
Mobilya, ofis eșyalar
6%
Demir çelik, metalurji
3%
Kimya ve tarm ürünleri sanayi
1%
Diğer
7%
TOPLAM 100% 823
Aluminyumun inșaat sektöründe kullanm biçimlerinin
tespitine yönelik piyasa ve kaynak araștrmas
yapldğnda ise bu malzemenin yaplarda tașyc
sistem, tesisat boru ve izolasyonu, fan kanallar,
yağmur oluklar, asma çat sistemleri, bölücü
elemanlar, çat ve cephe kaplamalar, doğrama
sistemleri, güneș kontrol elemanlar, dekoratif levhalar,
aydnlatma elemanlar, mobilyalar, korkuluk,
süpürgelik, menteșe ve kulp gibi çok sayda iç mekan
tasarm ögesi olarak kullanldğ görülmüștür [3,4].
Çalșmann bir sonraki așamasnda aluminyum
kullanmnn sürdürülebilir binalarn tasarmna
sağlayacağ memnuniyet verici özellikleri ve
memnuniyetsizliğe neden olan yanlar araștrlmș ve
temel olarak așağdaki sonuçlar elde edilmiștir.
Memnuniyet Verici Özellikleri [5] :
 Hafifliği,
 Hafifliğine karșn alașmlandrldğnda yeterli
mukavemeti,
 Tekrar defalarca kullanlabilirliği,
 Yüksek korozyon direnci,
 Çekilebilirliği,
 Șekillendirilebilirliği,
 Dövülebilirliği,
 İșlenebilirliği,
 Yüksek s ve elektriksel iletkenliği,
 Ișk ve s yanstclğdr.
Memnuniyetsizliğe Neden Olan Özellikleri [6]:
 Amfoter bir malzeme olduğu için alkali ve asidik
maddelerden olumsuz etkilenmesi ve zarar görerek
çözünmesi,
 Çok reaktif bir malzeme olmas,
 Bileșenlerinin kalitesini düșürebilir olmas,
 Matris ve ikinci faz bileșenler arasndaki potansiyel
farknn, kireçlenme reaksiyonunu etkileyebilmesi,
 Isl genleșme katsaysnn yüksek olmasdr.
Aluminyumun yukarda listelenmiș olan özelliklerine
ilave olarak inșaat sektöründe kullanmyla ilgili elde
edilen tüm bulgular sistematik olarak incelenmiș ve bu
incelemelerin sonucunda sözkonusu malzemenin enerji
verimliliğini artrdğ ve bu bağlamda binalarn
sürdürülebilirlik karakterine önemli ölçüde katkda
bulunduğu ortaya konulmuștur.
Çalșmann en son așamasnda ise geri dönüșümle
elde edilen ikincil aluminyumun inșaat sektöründe
kullanmnn binalarn sürdürülebilirlik karakterine
sağlayacağ dolayl faydalar tartșlmș ve hem doğal
kaynaklarn etkin kullanm hem de binalarn enerji
verimliliğinin yükseltilmesi amacyla aluminyumun geri
dönüșümünün artrlmas ve bu șekilde elde edilecek
hammaddenin inșaat sektöründe kullanmnn daha
824
etkin hale getirilmesinin sağlanmas için çeșitli
önerilerde bulunulmuștur.
2. Aluminyumun İnșaat Sektöründe Kullanmnn Yap Yașam Döngüsü Boyunca Binalarn Sürdürülebilirlik Karakterine Etkisi Günümüzde enerji verimliliği, yap yașam döngüsü
boyunca binalarn sürdürülebilirlik karakterinin
değerlendirilmesinde anahtar kelime olarak kabul
edilmektedir (Çizelge 2).
Çizelge 2. Yap yașam döngüsü boyunca binalarn
enerji verimliliklerinin karșlaștrlmas [7]
Zamana Bağl Enerji Tüketimi (MJ)
300000
250000
200000
150000
100000
50000
0
Eski Bina
Yeni Bina
Enerji
Verimliliği
Yüksek Bina
Bu nedenle birçok ülkede bina enerji performansyla
ilgili sertifika programlar geliștirilmiștir. Buna örnek
olarak Almanya’daki Enerji Pasaportu ve Fransa'daki
HQE Etiketi gösterilebilir. Ayrca Avrupa ülkeleri
tarafndan ortak hazrlanmș olan EPBD (Binalarn Enerji
Performans Yönetmeliği) ise enerji performansnn
yeni inșaat ve rehabilitasyon projelerinin kalbi olacağn
göstermektedir [4]. Binalarda enerji sorunun çözümüne yönelik olarak bir
çok
malzemeden
çeșitli
șekillerde
faydalanlabilmektedir. Ancak CABI(Bilimsel Araștrma
Gelișim ve Bilgi Organizasyonu)’nn 2008 yl
raporunda özellikle aluminyumun sürdürülebilir bir
malzeme olarak inșaat sektöründe kullanmnn uygun
olduğu ve teșvik edilmesi gerektiği güvencesi
verilmiștir. Bu nedenle CABI, aluminyumla ilgili sektör
düzeyinde gelișmelerin sağlanmas konusunda
Uluslararas Aluminyum Enstitüsü ve diğer
organizasyonlarla ișbirliği yapmaktadr [8].
Yaplan araștrmalarda aluminyumun, yap yașam
döngüsü boyunca binalarn sürdürülebilirlik karakterine
etkisinin üç ana bașlk altnda incelenebileceği
görülmüștür. Bunlar bina yapm süreci, kullanm süreci
ve ykm süreci șeklinde așağda anlatlmaya
çalșlacaktr:
2.1. Yapm Sürecinde Aluminyumun Binalarn Sürdürülebilirlik Karakterine Etkisi Aluminyumun inșaat sektöründe en çok tercih edilme
nedenlerinden biri alt yap harcamalarn azaltmasdr.
Hafifliğinden dolay üretim, nakliye ve montajnda çok
az enerji gerektirir. Bu nedenlerle evsizlere prefabrike
barnak inșaasnn ilk formlarndan biri II. dünya
savașnda harap olmuș İngiltere için aluminyum
kullanlarak yaplmștr. Ayrca aluminyum, inșaat
sektöründe
düșük enerjiyle döküm yaplabilen ve kullanm ömrü
çok uzun olan sayl malzemelerden biridir. Bu özelliği
nedeniyle 1893 ylnda Londra’daki Eros Stad döküm
aluminyum kullanlarak inșa edilmiștir [8].
aydnlatma için gerekli enerjiden ayn oranda tasarruf
sağlamaya imkan sunar [11, 12].
Aluminyum ksa sürede makinede ișlenebilir ve
parlatlabilir. Düșük erime scaklğndan dolay az
enerjiyle kolay șekil verilebilir. Ayrca derin oyuklar
olan geniș kalplarn üretilmesi için gereken zaman
ksaltarak inșaat yapm sürecinde enerji kazanm
sağlar [8, 9].
Aluminyum, inșaat sektöründe ilave yüzey bitișlerine
ihtiyaç duymayan sayl malzemelerden biridir. Bu
nedenle hem yüzey koruyucu maddelerin tüketiminin
azaltlmasna, hem de hzl üretim ve montaja imkan
verir. Ayrca inșaat kalb yapmnda çelik yerine
kullanlmas %30 orannda enerji kazanm sağlar. Böyle
bir uygulama için parça üretim devre süresi ve
dolaysyla artan verimlilik hesaba katldğnda ise oran
%40’lara kadar çkar [8, 9].
Yukarda verilen örneklerden de anlașlacağ gibi
aluminyumun inșaat yapm sürecinde binalarn
sürdürülebilirlik karakterine olumlu etkilerinin olduğu
görülmektedir.
2.2. Kullanm Sürecinde Aluminyumun Binalarn Sürdürülebilirlik Karakterine Etkisi Șekil 1.%20 orannda yapay aydnlatmadan tasarruf
sağlayan skylight kubbe[8]
Soğuk iklimli bölgelerdeki binalarda yaltml
alüminyum panjurlar kullanlabilir (Șekil 2). Bu
elemanlar özellikle geceleyin s kayplarn minumuma
düșürür. Scak iklimli bölgelerde ise klimadan
kaynaklanan enerji tüketimini en aza indirmek için
güneș șğnn etkisini mümkün olduğunca azaltmak
gerekmektedir. Bu amaca yönelik olarak
aluminyumdan üretilen güneș kontrol elemanlar
kullanlarak istenen sonuçlar elde edilebilir (Șekil 3) [11].
Bu gün inșaat sektörünün karșlaștğ en büyük
çevresel güçlük, binalar ișletmek için gerekli olan
enerjinin çok yüksek olmasdr. Örneğin BRE(Bina
Araștrma Kurulușu)’nun bir ofis binasnda 60 yl
boyunca kullanlan enerjiyle ilgili yapmș olduğu
araștrmada enerjinin yaklașk % 85’inin binann
kullanm sürecinde tüketildiği sonucuna varlmștr.
Çoğu Avrupa ülkesinde toplam enerji tüketiminin
yaklașk % 40’n binalarda kullanlan enerji
olușturmakta ve bunun önemli bir bölümü fosillerin
yaklmasndan kaynaklanmaktadr. Bu ise binalarn
kullanm sürecindeki termal enerji dengesi
optimizasyonuna odaklanlmas gerektiğini bir kez
daha ortaya koymaktadr [7, 10].
Termal enerji dengesi; binalarn ișlevselliği, tasarm,
hangi iklim bölgesinde olduğu gibi bir çok faktörden
etkilenen son derece karmașk bir konudur. Ancak
enerji optimizasyonu için cam yüzeylerin güneș
șnlarndan maksimum faydalanlacak șekilde
tasarlanmasnn yüksek enerji kazanm sağladğ
herkes tarafndan bilinir. Alüminyum profiller ise
dayankllk ve boyutsal esneklikleri sayesinde geniș
cam yüzeyler için ideal yapsal bileșenlerdir ve bina içi
doğal aydnlatmay sağlamada mükemmel çözümler
sunar
(Șekil
1).
Diğer
malzemelerle
karșlaștrldklarnda aluminyum profiller % 20 daha
fazla cam alan yaratr. Bu özellikleri sayesinde yapay
Șekil 2. Schüco sürme panjur [11].
825
Köprüsü İngiltere’ de Doğal Çevrenin Korunmas
Ödülü’nü almștr [8, 14],
 Alüminyumdan
üretilen
köpükler
yüksek
mukavemeti, korozyon direnci, sya dayankllğ,
enerji ve sesi masetmesi, yanc olmamas gibi bir
çok üstün özelliğinden dolay bina kullanm ömrünü
uzatarak bakm maliyetlerini düșürürler [14].
Aluminyumun yukarda anlatlan tüm bu özelliklerinden
de anlașldğ gibi kullanm sürecinde binalarn
sürdürülebilirlik karakterine olumlu etkilerinin olduğu
görülmektedir.
Șekil 3. Aluminyum profilli giydirme cephe ve
aluminyum güneș kontrol elemanlar - Medical service
of health insurances Lahr, Germany [11].
3.3. Ykm Süreci Boyunca Aluminyumun Binalarn Sürdürülebilirlik Karakterine Etkisi Alüminyum sistemlerle yaplmș akll cephelerin
binalardaki enerji tüketimini % 80’e varan oranlarda
azalttklar ispatlanmștr. Bu tür binalarn bir diğer
önemli özelliği ise dșaryla yapc etkileșime girerek
stma, soğutma, havalandrma ve aydnlatma için
gereken enerji ihtiyacn dikkate değer biçimde
değiștirmektedir [4].
Aluminyum hafif bir malzeme olmas nedeniyle
binalarn ykm sürecinde zaman ve enerji kazanm
sağlar. Ayrca söküm pratikliğinden dolay ișgücü ve
ekipman gereksinimi son derece düșüktür. İnșaatn
ykm așamasnda olușan atklarn sahadan
uzaklaștrlmasnda ise bir çok inșaat malzemesine
göre daha az yer kaplar ve hafif olmasndan dolay
nakledilmesi kolaydr [15, 16, 17].
Alüminyumdan s iletkenliği, dayankllğ ve hafifliği
sayesinde binalarda enerji korunumu konusunda bașka
biçimlerde de fayda sağlanmaktadr. Buna örnek olarak
aluminyumdan üretilen güneș tabanl fotovoltaik ve
solar enerji tedarik sistemleri verilebilir. Bu sistemler
sayesinde termik enerji panelleri ve tüplerle scak su
ihtiyac sadece güneș enerjisiyle karșlanabilmektedir
[13].
Yaplan kaynak araștrmalarnda aluminyumun termal
enerji dengesinin sağlanmasna yönelik üstünlüklerin
yannda bina kullanm sürecinde farkl enerji
kazanmlarnn sağlanmas konusunda ilave avantajlara
da sahip olduğu görülmüștür. Bu avantajlardan bazlar
ise șu șekildedir:
 Alüminyum yüzeyler üstün yanstc özelliklerinden
dolay aydnlatma elemanlarnda kullanlarak enerji
verimliliğini artrrlar [9],  Bakrdan daha yüksek iletkenlik özellikleri olduğu
için binalarda elektrik enerjisinin nakledilmesinde
kayplarn önlenmesi açsndan büyük avantaj
sağlarlar [7],  Aluminyum havayla temasa geçtiğinde doğal bir
yüzey koruyucu tabaka olușturarak atmosferik
paslanmaya karș gözle görülür bir direnç gösterir.
Bu özelliği sayesinde kullanm ömrü boyunca bakm
maliyetlerini azaltr [9],
 Diğer yap malzemelerine göre avantajl bir
ağrlk/dayanm oranna sahip olmasnn yan sra
oldukça yüksek korozyon mukavemetinden dolay,
özellikle köprülerin bakm masraflarn azaltarak
kullanm ömrünü uzatr. Bundan dolay
aluminyumdan inșaa edilmiș olan Ballingdon
826
Yaplan araștrmalar sonucunda yukarda üç ana bașlk
halinde incelenmiș olan aluminyum kullanmnn, “yap
yașam döngüsü boyunca binalarn sürdürülebilirlik
karakterine etkisinin olumlu olduğu” sonucuna
varlmștr.
Çalșmann bu așamasnda ise en bașta belirlenmiș
olan kapsam ve amaca yönelik olarak inșaat
sektöründe kullanlacak aluminyumun geri dönüșümle
elde edilmiș olanlardan tercih edilmesinin binalarn
sürdürülebilirlik karakterine sağlayacağ dolayl
faydalar tartșlacaktr.
3. Geri Dönüșümle Elde Edilen Aluminyumun İnșaat Sektöründe Kullanmnn Binalarn Sürdürülebilirlik Karakterine Dolayl Etkisi Geri dönüșümle elde edilen ikincil aluminyumun inșaat
sektöründe kullanmnn binalarn sürdürülebilirlik
karakterine sağlayacağ dolayl etkilerin anlașlabilmesi
için bu malzemenin geri dönüșümünün çevresel,
ekonomik ve sosyal beklentilere yönelik faydalarnn
bilinmesi gerekmektedir.
EAA (Avrupa Aluminyum Birliği) tarafndan EN ISO
14040 da tanmlanan ve yașam döngüsü dikkate
alnarak hazrlanmș olan Çevre Ürün Deklerasyonu’nda
“Hammaddeden Fabrikaya Değerlendirmesi” ad altnda
çok az maddenin aluminyum kadar etkin bir geri
dönüșüm kabiliyetine sahip olabileceği ifade
edilmektedir. Bu deklerasyonda aluminyumun
%100’ünün kazanlabileceği ve yaș ne olursa olsun geri
dönüșüm sonucunda fiziksel yapsndan hiçbirșey
kaybetmeyeceği belirtilmektedir [8],
Alüminyumun geri dönüșümüyle; enerji tüketiminde
%95, hava kirliliğinde %90, su kirliliğinde %97, baca gaz
emisyonunda ise %99 orannda azalma sağlanacaktr.
Ayrca aluminyumun bu yolla elde edilmesi 300 yldan
fazla süredir kullanlmakta olan yüksek kalitedeki
boksitin çkarldğ maden ocaklarnn rehabilitasyonu
için bir frsat yaratacaktr. Bu șekilde dünyadaki boksit
maden ocaklarnn %97’si rehabilite edilmiș ve bu
madenin verimli bir biçimde kullanm belirli oranlarda
sağlanabilmiștir. IAI (Uluslararas Aluminyum Enstitüsü)
1991 ylndan beri rehabilite edilen bu maden
ocaklarnn endüstriyel performanslarnn yükseldiğini
gösteren raporlar hazrlamaktadr. Ayrca çoğunlukla
ormanlarn yaknlarnda olan maden ocaklarnn çevre
için yarattğ erezyon riski ve boksit tozundan
kaynaklanan çevre kirliliği ise aluminyumun geri
dönüștürülmesinin önemini bir kez daha ortaya
koymaktadr. Hurda aluminyumun geri dönüștürülerek
elde edilmesi bertaraf edilecek kat atk miktarlarnn
azaltlmas nedeniyle çevre kirliliğinin önemli ölçüde
önlenmesini de sağlanacaktr. Böylece insan nüfusunun
artșna paralel olarak artan tüketimin doğaya vereceği
zarar azaltlacak ve ekonomi üzerinde olumlu etkiler
yaratarak yeni iș imkanlar sağlayacaktr [8; 18],
Geri dönüșümle elde edilen aluminyumun bina
yapmnda kullanlmas yukarda verilmiș örneklerde de
görüldüğü gibi çevresel, ekonomik ve sosyal açdan
çeșitli faydalar sağlayacaktr. Bu ise binalarn
sürdürülebilirlik karakterine dolayl yoldan da olsa art
değer katacaktr.
Elde edilen tüm bu sonuçlar doğrultusunda çalșmann
son așamasnda geri dönüșümle elde edilen
aluminyumun inșaat sektöründe kullanmnn daha
etkin hale getirilmesi ve bu yolla hem doğal
kaynaklarn korunumunun sağlanmas hem de
sürdürülebilirlik karakteri yüksek binalarn tasarlanmas
için çeșitli önerilerde bulunulacaktr.
4. Geri Dönüșümle Elde edilen Aluminyumun İnșaat Sektöründe Etkin Kullanmnn Sağlanmasna Yönelik Öneriler Geri dönüșümle elde edilen aluminyumun inșaat
sektöründe kullanmnn daha etkin hale getirilebilmesi
ve bu yolla hem doğal kaynaklarn korunumunun
sağlanmas hem de sürdürülebilirlik karakteri yüksek
binalarn tasarlanmas için çeșitli önerilerde
bulunulmuștur. Sözkonusu bu öneriler ise șu șekildedir:
 İnșaat sektöründe ikincil aluminyumun etkin bir
biçimde kullanlabilmesi için sektörün bu konudaki
talebine cevap verebilecek oranda aluminyumun
geri dönüștürülebiliyor olmas gerekmektedir.
Delft Üniversitesi tarafndan yaplan bir araștrmada
eski Wembley Stadyumu gözlemlenerek bu
yapdaki
aluminyumun
%96’snn
geri
dönüștürülebileceği görülmüștür. %4’lük kayp ise
menteșe, kulp gibi küçük parçalarn ykm srasnda
kaybolmasndan kaynaklanmaktadr. Aluminyumun
inșaat sektöründen geri dönüșümünün yüksek
oranda sağlanabileceğini gösteren bu tür
araștrmalar oldukça fazla olmasna rağmen 1888
ylndan beri inșaat sektörde kullanlan
aluminyumun %75’inin hala yașam sürecini
tamamlamadğ da bilinmektedir. Bu ise hurda
aluminyumun inșaat sektöründen elde edilebilmesi
için çok uzun yllar beklenmesi gerektiğini
göstermektedir[19]. Aluminyumun tüm sektörlerdeki geri dönüșüm
oranlaryla ilgili hazrlanmș olan raporlara bakldğnda
ise elde edilen sonuçlarn henüz istenilen düzeylerde
olmadğ görülmektedir. Örneğin Delft Üniversitesi’nin
yaptğ bir araștrmann raporunda aluminyumun geri
dönüșünün İngiltere’ de sadece %28 olduğu ifade
edilmektedir. Diğer Avrupa ülkelerindeki geri dönüșüm
oranlar ise Çizelge 3’ deki gibidir [19]. Çizelge 3. Alüminyumun Geri Kazanm Oranlar [16]
Ülkeler Almanya
İngiltere
İtalya
Yunanistan
Avusturya
İsveç
İrlanda
Fransa
İspanya
Benelux
İsviçre
İzlanda
Portekiz
Türkiye
Alüminyumun Marketteki Pay (%) Geri Kazanm Oran (%) 14
78
97
100
70
100
86
35
40
21
100
100
68
77
70
28
35
34
50
91
18
14
14
10
85
80
17
40
Çizelge 3’de de görüldüğü gibi aluminyumun
Türkiye’deki geri dönüșümü %40 oranndadr ve bu
değer ylda 120.000 ton/yl’ a karșlk gelmektedir.
İnșaat sektöründen ykmla elde eldilen ve bu sektörde
kullanlmș olan aluminyumun sadece %18’i olan hurda
aluminyumun geri dönüșümü ise 25 yl önce %70’ i
kadarken bu gün %85’lere yükselmiștir. Ancak bu değer
olmas gerekenin çok altndadr (Çizelge 4) [20, 21]. Çizelge 4. Türkiye’de Alüminyumun Kullanm Ömürleri
ve Hurda Aluminyumdan Geri Kazanm Oranlar [21].
Türkiye’de Alüminyumun Kullanm Ömürleri ve Hurda Aluminyumdan Geri Kazanm Oranlar Kullanm Alan Otomotiv
İnșaat
Ambalajlama
Kullanm Geri Kazanm Oran(%) Ömrü 25 Yl Günümüzde (Yl) Önce 10-30
50
95
30-50
70
85
1/2-2
5-20
30
827
Yukardaki elde edilmiș bulgulardan da anlașlacağ gibi
aluminyumun geri dönüșüm oranlar gerek inșaat
sektöründe gerekse diğer sektörlerde yeterli değildir.
Bu oranlarn artrlmas amacyla atklarn toplanmas,
tașnmas ve ayrștrlmasnn uluslararas normlarda ve
sektörel bazda değerlendirilmesi sağlanmaldr.
Toplama kaplar, araçlar ve ayrștrma sistemlerinin
doğru bir biçimde seçimi ve olușturulmas, yetișmiș
insan güçünün çalștrlmas, eğitim programlarnn
düzenlenmesi geri dönüșümü artracaktr. Ayrca
toplama sistemi kurulurken tüketicilerin uygulamal
eğitimine de önem verilmelidir.
[2].
Anonim, “DPT 8.Beș Yllk Kalknma Plan
2001-2005 (Öz.İh.Kom.Rap.)”, Ankara, (2005).
 İnșaat sektöründe geri dönüșümle elde edilen
aluminyumun kullanm alanlarnn artrlabilmesi için
bu tür çalșmalara yatrm yapan firmalarn karl
olmalarn sağlayacak çeșitli vergi indirimleri, mali
ve yasal teșvikler uygulanmaldr. Ayrca bu
firmalarn küresel ekonomide rekabetçi olabilmeleri
için gerekli ekonomik çevreyi uluslararas
platformda sağlanacak șekilde ülkeler aras
anlașmalar imzalanmaldr. Kar etmek șirketlerin bu
konuda araștrma ve geliștirmeler için fon
ayrmalarn ve geleceğe yatrm yapmalarn, yeni
durumlara ve yeni piyasalara cevap veren yeni
süreçleri ve yeni ürünleri sunmalarn sağlayacaktr.
[3].
Anonim, “Alüminyum
Gazetesi Ekleri, (2004).
 İnșaat malzemesi üreticileri ve tedarikçileri daha
sürdürülebilir bir gelecek olușturulmas konusunda
tedarik zincirinin en önemli parçalardr. Bu nedenle
ikincil aluminyumdan üretilen inșaat malzemelerinin
tedarikçiler tarafndan satșn artracak teșvik edici
düzenlemeler yaplmaldr.
[7].
Anonim, “Sustainable Use of Aluminium in
Buildings Report no.2: Current Status and Future
Prospects”, SINTEF Civil and Environmental
Engineering, NORWAY, (2001).
 İnșaat sektöründe görev alacak genç mühendis ve
tasarmc adaylarna aluminyumun geri dönüșümü
ve etkin kullanm konusunda daha duyarl
olmalarn sağlayacak çeșitli ders, workshop ve
seminerler verilmelidir. Mezunlarn bu amaca
yönelik olarak yetkinliklerini artrmak için ise ilgili
meslek odalar tarafndan bilinçlendirme toplantlar
yaplmaldr.
 Aluminyumun yașam döngüsü esas alnarak her
admnn evrensel boyutta takip edilebileceği bir
veri taban sistemi olușturulmaldr. Bu veri taban
ortak kurallarn kabul edildiği milletleraras ölçekte
aluminyum endüstrisi iletișim ağ kurulmasna
yardmc olunabilir. Bu endüstride yer alan kurum
ya da kurulușlarn veri tabanna aktaracağ bilgilerle
çeșitli data analizleri yaplabilecek bu ise
aluminyumun yașam döngüsündeki her admnda
kullanmn maksimize edebilecektir.
Sonuç Çalșma kapsamnda yaplan öneriler geri dönüșümle
elde edilen aluminyumun inșaat sektöründe etkin
kullanmnn artrlmasna yardmc olacaktr. Bu ise
hem yap yașam döngüsü boyunca enerji tüketimi ve
emisyonlarn azaltan sürdürülebilir bina tasarmlarnn
yaplmasna hem de doğal kaynaklarn korunmas ve
828
aluminyum atklarn sebep olduğu çevre kirliliğinin en
aza indirilmesine yardmc olacaktr.
Kaynaklar [1].
http://www.metalurji.org.tr/arsiv/05_sekt
orel_rapor/aluminyum_raporu.pdf Ek 16 Aluminyum
Raporu> “TMMOB Metalurji Mühendisleri Odas
Aluminyum Komisyonu”, (2008).
Sanayi”,
Dünya
[4].
http://www.eaa.net/en/applications/buil
ding/energy-efficiency/> “ Aluminium Energy
Efficiency”, (2009).
[5].
Wilquin, H, “Aluminium Architecture:
Construction and details”, Birkhäuser Architecture,
(1997).
[6].
Bulson, P.S., “Aluminium
Analysis”, Taylor & Francis, (2007).
Structural
[8].
Anonim, “Aluminium&Sustainability
“a
cradle to cradle” Approach”,
The Council for
Aluminium in Building, UK., (2008).
[9].
http://www.referansmetal.com/aluminyu
m.htm>, “Alașml Alüminyum”, (2009).
[10].
Anonim, “Sürdürülebilirlik Mücadelesi”,
İnșaat Malzemeleri Dergisi, (2007). [11].
http://www.eaa.net/en/applications/buildi
ng/energy-performance/_related/optimising-thermalenergy-balance-of-buildings/>, “Optimising Thermal
Energy Balance of Buildings”, (2009).
[12].
ng/energy-performance/_related/aluminiumcontributing-to-natural-lighting/>,
“Aluminium
Contributing to Natural Lighting”, (2009).
[13].
ng/energy-performance/_related/aluminium-as-keyelement-for-harnessing-solar-energy/>, “Aluminium as
key element for harnessing solar energy”, (2009).
[14].
Günay, D., “Aluminyum Sektörü Hakknda
Değerlendirme”, Türkiye Kalknma Bankas, Ankara,
(2006).
[15].
“Assan
Özer, B. , Güven, V. ve Mustafaoğlu, M.,
Alüminyum A.Ș.-Dünya ve Türkiye'de
Alüminyum Pazar ve Ticareti”, II. Alüminyum
Sempozyumu Bildiriler e-Kitab, (2003).
[16].
http://www.eaa.net/en/aboutaluminium/aluminium-and-sustainability/>, ”Aluminium
and Sustainability”, (2009).
[17].
http://www.aluminum.org/AM/Template.cf
m?
Section=Recycling1&Template=/TaggedPage/TaggedPa
geDisplay.cfm&TPLID=55&ContentID=25968>
“Recycling” , (2009).
[18].
Öztürk, M., “Kullanlmș Alüminyum
Malzemelerin Geri Kazanlmas”, Çevre ve Orman
Bakanlğ, Ankara, (2005).
[19].
Anonim, “Collection of Aluminium From
Buildings in Europe-a study by Delft University of
technology”, European Aluminium Association, (2004).
[20].
Gürer, C., Akbulut, H. ve Kurklu, G., “İnșaat
Endüstrisinde Geri Dönüșüm Ve Bir Hammadde
Kaynağ Olarak Farkl Yap Malzemelerinin Yeniden
Değerlendirilmesi”,
Endüstriyel
Hammaddeler
Sempozyumu Kitab, İzmir, (2009).
[21].
Temirtürkan, Y. ve Kabukcu, K S.,
“Alüminyumun Sektördeki Yeri ve Önemi”,
ll.Aluminyum Sempozyumu, Seydișehir, (2003).
829
UTILIZATION OF ASH IN BUILDINGS a
Didem ÖZÇİMEN , Sevil YÜCEL a, Pnar TERZİOĞLU a
a
Abstract Yldz Technical University, Faculty of Chemical and Metallurgical Engineering, Bioengineering Department, Istanbul, Turkey,
[email protected] Heating buildings produce a great deal of ash waste from combustion of solid
fuels. This ash obtained from solid fuel fired buildings can be utilized in various
fields. It can be properly disposed to landfills in the context of waste regulations.
Thus, valuable materials can be also produced while the wastes are disposed.
Ash generally is classified as fly ash, bottom ash and boiler slag. They can be
used in the production of glass materials, as an additive for asphalt, cement and
concrete and as adsorbent in accordance with their structures. Therefore, the
harmful effects of ash to environment can be prevented and it can be potential
material in different fields in an economical point of view. In this study, potential
usage of ash obtained from solid fuel fired buildings (thermal power station,
house and factory/industrial buildings etc.) will be presented.
Keywords: Boiler slag, bottom ash, fly ash, environmental pollution, waste
recycling.
1. Introduction Due to increasing energy needs, more solid fuels are being consumed
worldwide. Millions tonnes of ash have been generated continually and the
current annual world production of coal ash (fly ash, bottom ash, boiler slag etc.)
is estimated around 600 million tones [1].
Fly ash is generally produced from buildings having electrostatic precipitator
device and cyclones like thermal power stations, but bottom ash and boiler slag
can be produced from all solid fuel fired buildings such as thermal power station,
house and factory/industrial buildings.
The ash wastes cause serious environmental problems. In this context, disposal
of ash as a by-product of incineration of coal, municipal solid wastes and
metallurgical slags is becoming an increasing economic and environmental
burden [2].
Annually approximately 13 million tons of fly ash is being produced from 11
different power stations in Turkey, but only a small amount of this is utilized
mainly in the construction sector [3]. However, the ash produced from other
buildings (houses and factory buildings) are not collected and not utilized
efficiently. Also, there is not clear statistical data on ash production from houses
and factories in Turkey. The consumed energy in these buildings is mainly fossilbased. The natural gases are generally used (29%) in the most of the houses [4].
However, the usage amounts of coal and wood are 10% and 17%, respectively to
heating houses [4]. The large amount of bottom ash is produced from houses
and factories fired these solid fuels.
Ash has many uses, such as geotechnical, agricultural and constructional
applications. Utilization of ash in these areas has also economical and
environmental benefits. The economic advantages include: the exploitation of
non expensive waste materials in civil engineering; the reduction of the amount
of ash that have to be disposed; the possibility to channel coal combustion byproducts to the consumer market [5]. The environmental advantage is:
incorporating of the ash in solid material (concrete and other building products),
lowering the potential environmental hazard (radioactive air and water pollution)
associated with piles and ponds of ash stored near the power stations prior to
their disposal [5]. Moreover, many chemical constituents of ash may benefit
plant growth by improving agronomic properties of soils [6].
In this study, the utilization of ash (fly ash, bottom ash and boiler slag) from solid
fuel fired buildings and various applications in different countries are presented.
2. Types of ash Ash from coal is generally classified as fly ash, bottom ash and boiler slag. Fly
ash is basically a silicous or aluminous combustion waste product, occurring as a
result of burning pulverized bituminous or lignite coal under high temperatures
[2]. 75-80 % of the produced 600 million tonnes coal ash in the world is fly ash.
Fly ash can be considered as the world’s fifth largest raw material resource [1,7].
This large amount of fly ash causes serious environmental problems.
830
Bottom ash is a relatively coarse, gritty material in contrast to fly ash, which
consists of very fine particles. Bottom ash represents 13–20% of the total ash
remaining in the bottom of a coal-fired boiler after combustion [8].
Boiler slag is the molten bottom ash collected at the base of slag tap and
cyclone type furnaces [9].
2.1. Properties of ash The ash that is generated by the burning of solid fuels have widely varying
composition. Dependent on their origin they may contain significant quantities of
inorganic compounds and organic constituents [10].
The properties of fly ash depend on the following factors: the source of coal; the
condition of boiler such as temperature and pressure; the settlement of fly ash,
the quality of pulverized fly ash; the physical and chemical properties of coal [11].
Fly ash may have different colors due at different power plants, or at one
power plant with different coal sources or the amount of unburned carbon in the
ash [1,2]. Fly ash occurs as very fine particles having an average diameter of <10
μm and has low to medium bulk density, high surface area and light texture [12].
Fly ash particles are hollow, empty spheres filled with smaller amorphous
particles and crystals [12]. The specific gravity of fly ash usually ranges
from 2.1
to 3.0, while its specific surface area may vary from 170 to 1000 m2/kg [1]. The
color of fly ash could be used as a preliminary indicator for their composition
[13]. For example, the reddish- or browncolored fly ash is a result mostly of
higher contents of hematite, Fe-hydroxides, and ferrispheres. The dark and light
gray-colored fly ash is commonly due to the greater concentrations of char and,
to a lesser extent, magnetite and ferrospheres. The white- or cream-colored fly
ash is a result mainly of the enrichment in quartz, mullite, lime, portlandite,
calcite, anhydrite, and alumino-silicate glass [13]. Fly ash is composed principally
of silica, alumina and iron oxide. It can also contains magnesium, calcium oxide,
sulfur trioxide, sodium oxide and potassium oxide. According to ASTM C 618 fly
ash can be classified into two groups: Class C fly ash, which is typically light or
tan colored and is produced from burning lignite or sub-bituminous coal, and
class F fly ash, which is dark grey and is produced from burning anthracite or
bituminous coal [14]. Usually, Class F fly ash has a low content of CaO and
exhibit pozzolanic properties, but class C fly ash contain up to 20% CaO and
exhibit cementitious properties [15].
The properties of bottom ash depend on the source of the coal and furnace
operating parameters. Bottom ash is coarser and grittier than fly ash. Bottom
ash has angular particles and their surface texture is porous. Bottom ash has a
particle size generally within the range of 0.1–10 mm [8]. It includes mainly silica
and alumina. It can also contain magnesium, calcium oxide, sulfur trioxide,
sodium oxide and potassium oxide, iron and titanium.
The properties of boiler slag particles is also related to the source of the coal
and the type of furnace that is used to burn coal. Boiler slag consists of molten
ash collected at the base of cyclone and pulverized coal boilers [16]. The boiler
slag material is made up of hard, black, angular particles that have a smooth,
glassy appearance. Boiler slag is generally a black granular material and its
particles are uniform in size and hard. [17]. Boiler slag contains same
constituents as bottom ash. Boiler slag and bottom ash has salt content, so
corrosive effect can be seen in some applications.
3. Application Areas of Ash Fly ash, bottom ash and boiler slag which are firing solid fuel by-products can be
evaluated in different areas with various applications. Each potential application
for ash results in the use of a zero-cost raw material, the conservation of natural
resources and the elimination of waste [18].
Fly ash can be evaluated in various applications: road embankments and fills,
adsorbent, cement, concrete, building materials (bricks and tiles), zeolites,
alumina, precipitated silica, glass material, decorative glass, inorganic fibres,
composites, special paints and pigments, fertilizer and etc. The geotechnical
properties of fly ash (e.g., specific gravity, permeability, internal angular friction,
and consolidation characteristics) make it suitable for use in construction of
roads and embankments, structural fill etc. [1]. The pozzolanic properties of the
ash, including its lime binding capacity makes it useful for the manufacture of
cement, building materials concrete and concrete-admixed products. The
chemical composition of fly ash like high percentage of silica (60–65%), alumina
(25–30%), magnetite, Fe2O3 (6–15%) enables its use for the synthesis of zeolite,
alum, and precipitated silica [1].
The other important physicochemical characteristics of fly ash, such as bulk
density, particle size, porosity, water holding capacity, and surface area makes it
suitable for use as an adsorbent [1]. By this property we can get rid of unwanted
color, soluble and suspended organic pollutants of waste waters. It can also be
evaluated in waste water treatment to precipitate heavy metallic ions because
of the alkaline property of fly ash [19].
In agriculture, fly ash and bottom slags are used as adjunct for crop producton.
Fly ash containing the hydroxide and carbonate salts neutralize the soil acidity
and make it suitable for plant growth. Several field and greenhouse experiments
indicate that many chemical constituents of fly ash may benefit in plant growth
and can improve agronomic properties of soil [6].
Fly ash is used as a raw material during the production of tiles, bricks (Figure 1
and 2) and pavement because of its high silica content.
Fly ash can be also used in seawater purification. The use of fly ash treated with
organic silicons has been experienced in Great Britain to clean sea from oil
pollutants. The siliconized fly ash is scattered on the sea surface, adsorbs the oil,
agglomerates and precipitates into the sea bottom together with the pollutants
[20].
4. Applications in Different Countries The total world production of ash is large that in most countries, there are many
applications for this readliy available raw material.
In the European Union approximately 59 million tonnes of coal combustion
products were produced in 2000. Within the European Union, the utilization for
fly ash in the construction industry is currently around 46% and for bottom ash
around 40%, while the utilization rate for boiler slag is 100% [2]. The amount of
ash generated by the combustion of sewage sludges is expected to soon reach 2
Mt/year in the European Union [24]. The estimated amount of fly ash generated
by burning municipal solid waste in the USA, Japan and the European Union was
about 25 Mt/year totally in 2000 [10]. More than 100 million tonnes of coal fly
ash is produced annual in China [25]. It is estimated that 800 million tons of fly
ash per year will be produced worldwide by the year 2010 [2].
The recycling rate of coal ash was 23% in the USA, 42% in the European Union,
and 46% in Japan in 1994 [26]. In the United Kingdom, fly ash utilization was
around 50% during 1998 [27, 28].
With the increase in the demand for power in the public and private sectors as
well as industrial and transportation facilities, more than 6 million tons of coal
ash is being generated from thermal power plants annually in Korea. The most
of fly ash that accounts for approximately 80% of the total generated is recycled
as raw material for cement or cement admixture [29].
There are many appplications in some cities of U.S. since long years. Starting in
1991, combined ash from the Commerce Refuse-to-Energy Facility has been used
as subbase for roads in Los Angles. The City of Long Beach uses ash as a daily
cover at the county landfill. More than 9000 ash blocks, which have shown no
deterioration of structural integrity and are not adversely impacting the
environment, were used to build a boathouse on the State Depertmant of New
York campus. There is a similiar application in Ohio that the Montgomery County
Department of Solid Waste Management built an ash management building
from ash blocks, using ash from country’s mass burn facilities. These ash blocks
have shown no deterioration of structural integrity and are not adversely
impacting the environment.
Figure 1. Ash bricks [21].
Fly ash was also used in European for: the construction of Castor and Pollux
skyscrapers in Frankfurt, and Picasso skyscraper in Madrid, Great Bell East bridge
construction in Denmark, Permantokoski hydroelectric power plant construction
in Finland, Puylaurent barrage in France, Eindhoven airport in Holland,
underground tunnels in Austria, electric poles in Italy, Tornes Nucleer Energy
Power Plant construction in Scotland and high-speed tren line construction
which is designed for connecting England and France [30].
Turkey produced 16,01 million tonnes of waste (contains ash and boiler slag
largely) in 2006 by power plants, but about 10% of waste is utilized [31] .The
most amount of ash is utilized by blended cement production and some local
facility constructions [32].
In our country, mostly, the utilization of fly ash in various application areas such
as; adsorption material [33,34], concrete production [14, 35-38], glass-ceramics
[39], cement additives [32,40], pavement base material [41] and ceramic tiles
[42] has been investigated by researchers. Although it is not like fly ash,
bottom ash was also investigated in some areas such as; concrete material
[43,44] and adsorption material [45] etc. in Turkey.
5. Conclusion Figure 2. Ash bricks house [22].
Bottom ash can be used to offset virgin sand and gravel in applications such as
structural fill, road base, and concrete [16]. It is also used as an adsorbent.
Removal of hazardous industrial effluents is one of the growing needs of the
present time [23]. For example, bottom ash and de-oiled soya were used as an
adsorbent for removing a water-soluble hazardous azo dye [23].
Boiler slag applications include its use as a component of blasting grit and
roofing granules, mineral filler in asphalt, fill material for structural applications
and embankments, raw material in concrete products, snow and as a ice
traction control material. Bricks and concrete as a construction material and
cements, especially Portland cement, can be made from slags. Boiler slag is in
high demand for beneficial use applications, however, supplies are decreasing
because of the removal from service of aging power plants that produce boiler
slag [17].
Due to the toxic heavy metal content and its fine particles, ash will be a major
problem for environment and human health if they are not utilized. This hazard
have been noticed all over the world and many application fields were
developed for ash. Also, there are so many researches about the ash utilization
in Turkey. However, the usage of ash is not prevalent. Generally fly ash from
thermal power stations are just used as additive for cement and concrete
production and other constructions in Turkey. Ash amount obtained from solid
fuel fired buildings (house, factory etc.) is low compared to coal fired power
stations. However, the regulation of laws and incentives are required for collect
of ash from all buildings.
There are many application fields for ash in today. The newer technologies and
quality control methods can be also developed for ash applications.
Consequently, Turkey has great ash potential to use ash wastes in various
appropriate areas using developed technologies and applications. This will
results in technical, economical and environmental benefits for Turkey.
6. References [1].
Ahmaruzzaman, M., “A Review on the Utilization of Fly ash”, Progress in
Energy and Combustion Science, 1-37 (2009).
831
[2].
Erol, M.M., “Glass, Glass-Ceramic and Sintered Materials Produced from
Industrial Wastes”, Ph.D. Thesis, İstanbul Tehnical University, Istanbul,
Turkey (2006) .
[25]. Zhang, J., Dong, W., Li, J. , Qiao, L., Zheng, J. and Sheng, J., “Utilization of
Coal Fly Ash in The Glass–Ceramic Production” ,Journal of Hazardous
Materials ,149: 523–526 ( 2007).
[3].
Türker, P., Erdoğan, B., Katras, F. and Yeğinobal, A., “Türkiye’deki Uçucu
Küllerin Snflandrlmas ve Özellikleri”, Türkiye Çimento Müstahsilleri
Birliği, Ar-Ge Enstitüsü, Ankara (2004).
[26]. Kikuch,i R., “Application of Coal Ash to Environmental Improvement
Transformation into Zeolite, Potassium Fertilizer, and FGD Absorbent”,
Resources, Conservation and Recycling ,27: 333–346 (1999).
[4].
Keskin, T., “Türkiyenin Enerji Panoramas, Enerji Verimliliği”, Dünya Enerji
Konseyi Türk Milli Komitesi.
[27]. McCarthy, M.J. and Dhir, R.K., “Towards Maximizing The Use of Fly Ash As
A Binder”, Fuel, 78:121–32 (1999).
[5].
Nisnevich, M., Sirotin, G., Schlesinger, T. and Eshel, Y., “Radiological Safety
Aspects of Utilizing Coal Ashes for Production of Lightweight
Concrete”,Fuel ,87:1610–1616 (2008).
[28]. Bhattacharjee, U. and Kandpal ,T.C., “Potential of Fly Ash Utilisation in
India”, Energy, 27: 151–166 (2002).
[6].
Pandey, V. C., Abhilash, P.C. and Singh, N. , “The Indian Perspective of
Utilizing Fly Ash in Phytoremediation, Phytomanagement and Biomass
Production”, Journal of Environmental Management ,90: 2943–2958
(2009).
[7].
Mukherjee, A.B., Zevenhoven, R., Bhattacharya, P., Sajwan, K.S. and
Kikuchi, R., “Mercury Flow Via Coal and Coal Utilization By-products: A
Global Perspective”, Resour Conserv Recycl, 52(4):571–91 (2008).
[8].
Mukhtar, S., Kenimer, A.L., Sadaka, S.S. and Mathis, J.G., “Evaluation of
Bottom Ash and Composted Manure Blends As A Soil Amendment
Material”, Bioresource Technology ,89:217–228 (2003).
[9].
www.epa.gov/waste/conserve/rrr/imr/ccps/boilslag.htm, Access date:
February 20, 2010.
[10]. Reijnders, L., “Disposal, Uses and Treatments of Combustion Ashes: A
Review”, Resources, Conservation and Recycling ,43 :313–336 (2005). [11]. Atanur, A., “Uçucu Küllerin Kimyasal ve Fiziksel Vasflar ve Yap
Malzemesi Olarak Kullanlmas, T.C. Bayndrlk bakanlğ karayollar genel
müdürlüğü”, Yayn No: 193 (1971).
[29]. Park, S.B., Jang, Y., Lee, J. and Lee, B.J., “An Experimental Study on The
Hazard Assessment and Mechanical Properties of Porous Concrete
Utilizing Coal Bottom Ash Coarse Aggregate in Korea” ,Journal of
Hazardous Materials,166: 348–355 (2009).
[30]. Güler, G., Güler, E., İpekoğlu, Ü. and Mordoğan, H., “Uçucu Küllerin
Özellikleri ve Kullanm Alanlar”, Türkiye 19. Uluslararas Madencilik
Kongresi ve Fuar, IMCET2Q05. İzmir, Türkiye, (2005).
[31]. www.lpghaber.com/Termik-Santral-Su-Ve-Atik-Istatistikleri--haberi33836.html, Access date: February 21, 2010.
[32]. Baykal, G. and Döven, A.G.,“Utilization of Fly Ash by Pelletization Process;
Theory, Application Areas and Research Results”, Resources, Conservation
and Recycling,30: 59–77 (2000).
[33]. Cetin, S. and Pehlivan, E., “The Use of Fly Ash As A Low Cost,
Environmentally Friendly Alternative to Activated Carbon for The Removal
of Heavy Metals from Aqueous Solutions”, Colloids and Surfaces A:
Physicochem. Eng. Aspects, 298: 83–87 (2007).
[34]. Ozturk, N. and Kavak, D., “Adsorption of Boron from Aqueous Solutions
Using Fly Ash: Batch and Column Studies”, Journal of Hazardous Materials,
127: 81–88 (2005).
[12]. Jala, S. and Goyal, D., “Fly Ash As A Soil Ameliorant for Improving Crop
Production—A Review”, Bioresource Technology ,97: 1136–1147 (2006).
[13]. Vassilev, S. V. and Vassileva, C.G., “A New Approach for The Classification
of Coal Fly Ashes Based on Their Origin, Composition, Properties, and
Behaviour”, Fuel ,86: 1490–1512 (2007).
[35]. Ünal, O. and Uygunoğlu, T., “Afyon Mermer Tozu ve Soma Uçucu Kül
Katkl Betonlarn Donma-Çözülme Özellikleri ve Ekonomik
Değerlendirilmesi”,
Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, İzmir,
Türkiye (2004).
[14]. Felekoglu, B., “Utilisation of Turkish Fly Ashes in Cost Effective HVFA
Concrete Production”, Fuel, 85 :1944–1949 ( 2006).
[36]. Yazc, H., Aydn, S. , Yigiiter, H. and Baradan, B., “Effect of Steam Curing
on Class C High-Volume Fly Ash Concrete Mixtures”, Cement and Concrete
Research, 35: 1122–1127 (2005).
[15]. Shi C. and Qian J., “High Performance Cementing Materials from Industrial
Slags — A Review” Resources, Conservation and Recycling, 29: 195–207
(2000).
[16]. Materials Characterization Paper: In Support of the Advanced Notice of
Proposed Rulemaking –Identification of Nonhazardous Materials That Are
Solid Waste Coal Combustion Products - Coal Fly Ash, Bottom Ash, and
Boiler Slag, (2008).
[17]. www.epa.gov/waste/conserve/rrr/imr/ccps/boilslag.htm, Access date:
February 18, 2010.
[18]. Ferreira, C., Ribeiro, A. and Ottosen, L., “Possible Applications for Municipal
Solid Waste Fly Ash”, Journal of Hazardous Materials, 96: 201–216 (2003).
[19]. Erol,
M., Küçükbayrak, S., Ersoy-Meriçboyu, A. and Ulubaș, T., “Removal of
Cu2+ and Pb2+ in Aqueous Solutions by Fly Ash”, Energy Conversion and
Management, 46: 1319-1331 (2005).
[20]. Oltulu, B. and Ates. E., “Pressing and Sintering of Fly Ash”, Boğaziçi
University,Istanbul, Turkey, ME 492 Final year project, (1992).
[21]. www.tradeindia.com/fp346857/Fly-Ash-Blocks.html, Access date: February
15, 2010.
[22]. www.nagpalind.com/images/fly-ash-brick-house.jpg,
February 12, 2010.
Access
date:
[23]. Mittala, A., Kurup (Krishnan), L. and Guptab ,V.K., “Use of waste
materials—Bottom Ash and De-Oiled Soya, as potential adsorbents for the
removal of Amaranth from aqueous solutions” Journal of Hazardous
Materials,117: 171–178 (2005).
[24]. Lopes, M.H., Abelha, P.P., Lapa, P., Oliveira, J.S., Cabrita, I. and Gulyurtlu, I.,
“The Behaviour of Ashes and Heavy Metals During The Co-combustion of
Sewage Sludges in A Fluidised Bed”, Waste Manage,23:859–70 (2003).
832
[37]. Yazc, H., Aydn, S., Yigiiter, H. and Baradan, B., “ Sulfuric Acid Resistance
of High-Volume Fly Ash Concrete”, Building and Environment, 42: 717–721
(2007).
[38]. Atiș, C.D. and Karahan, O., “Properties of Steel Fiber Reinforced Fly Ash
Concrete”, Construction and Building Materials, 23: 392–399 (2009).
[39]. Erol, M., Genç, A., Ovecoglu, M.L., Yucelen, E., Küçükbayrak, S. and Taptk,
Y., “Characterization of A Glass-Ceramic Produced From Thermal Power
Plant Fly Ashes”, Journal of the European Ceramic Society, 20: 2209-2214
(2000).
[40]. Türk, K., Karataș, M. and Ulucan, Z.Ç., “Farkl Oranlarda F Snf Uçucu Kül
İçeren Kendiliğinden Skșan Betonun Dayanm Özellikleri”, Science and
Eng. J of Frat Univ.,18 ,4:, 513-520 (2006).
[41]. Lav, A. H., Lav M. A. and Goktepe, A. B., “Analysis and Design of A
Stabilized Fly Ash As Pavement Base Material”, Fuel, 85: 2359–2370
(2006).
[42]. Olgun, A., Erdogan, Y., Ayhan, Y. and Zeybek , B., “Development of Ceramic
Tiles From Coal Fly Ash and Tincal Ore Waste”, Ceramics International, 31:
153–158 (2005).
[43]. Kurama, H. and Kaya, M., “ Usage of Coal Combustion Bottom Ash in
Concrete Mixture”, Construction and Building Materials, 22: 1922–1928
(2008).
[44]. Ozkan, O., Yuksel, I. and Muratoglu, O., “Strength Properties of Concrete
Incorporating Coal Bottom Ash and Granulated Blast Furnace Slag”, Waste
Management, 27: 161–167 (2007).
[45]. Dinçer, A.R., Gunes, Y., Karakaya, N. and Gunes, E., “Comparison of
Activated Carbon and Bottom Ash for Removal of Reactive Dye from
Aqueous Solution”, Bioresource Technology, 98: 834–839 (2007).
AN INNOVATIVE WASTE MANAGEMENT SYSTEM, ‘CIERRA RECYCLING’, AND ITS PRODUCT AS A SUSTAINABLE BUILDING MATERIAL Özge SÜZER a, Meltem YILMAZ b
Hacettepe University, Faculty of Fine Arts, Interior Architecture and Environmental Design Department, Ankara, Turkey,
[email protected]
b
Hacettepe University, Faculty of Fine Arts, Interior Architecture and Environmental Design Department, Ankara, Turkey,
[email protected]
a*
Abstract The material selection in the construction industry is crutial since it can
imply a threat for the nature and human health. Natural materials seem
to be better choices considering the harmful emissions in production,
consumption and disposal processes of man made synthetic products.
However, production of natural materials is harmful in the sense that
they lead to the depletion of the World’s natural resources, to the
disadvantage of future generations. Another threat for the planet Earth
is the enourmous amount of waste produced globally that gives out
polluting solids, liquids or gases. Similarly, the present solution for
getting rid of wastes by ‘landfill’ needs urgent and critical decisions to
be taken, since we are rapidly running out of suitable land. Along these
lines, the company “Cierra Recycling” which has been dissolved in
October, 2009 due to the financial crisis, had introduced to the market,
a new material composed of %80 recycled waste and %20 plastic for
use as various construction materials seemed to offer a good
compromise since it did not consume natural resources, moreover it
turned waste into useful products, eventually reducing carbon and
other harmful emissions into the atmosphere. The aim of this study is
to examine the product of Cierra Recycling as a sustainable building
material and evaluate the consequential benefits of the waste
management system in order to create an overall awareness in
material selection considering the ‘sustainability’ issue, and to draw
the attention of the governmental and municipal authorities and the
construction-industry, to make joint efforts to revive such
environmental friendly industries.
Keywords: sustainability, material, Cierra recycling, waste management
system
1. Introduction
Certainly the environment which man is creating for himself now is
more threatening and also more promising than it was several decades
ago, which in return emphasizes the distance between man and
environment as two opposing elements. Changes in our ecology ranging
from new levels of radiation and pollution, to increased number of
people, new kinds of machines, enormous social organizations are all
altering our ecology.
There seems to be a new attitude especially in the field of architecture
created by passion for rapid and misfit technology and its adoption. Man
is the least stable element in nature by virtue of his capacity for
competition and for both undergoing and initiating change. He has
greatly altered the biotic mantle of the earth. There is a general
tendency now to denounce modern man for upsetting the balance of
nature. Man has altered in varying degrees many principal components
of his natural environment. The number of co-existed animals that have
been got rid of is enormous. But, whereas for a long time he merely
collected plants and minerals, he hunted and killed animals and
sometimes destroyed them altogether, as he still does, leading to the
extinction of many species all over the globe.
Built areas will seem more threatening if one perceives the rate as the
world will disappear under concrete and asphalt. [1]
Climate is another component which has been vastly affected. In the
densely settled parts, man has significantly altered the local climate.
The change from forest to field alters the local heat balance, and
introduces greater temperature extremes at the soil surface globally. In
addition, it decreases the amount of oxygen in the air. The toxic gas
emissions that man produce as a drawback of using technology also
contributes to the damaging of environment in a global scale.
It can be stated that devastation is revealed in the most advanced
industrial societies. The technical exploitation is reaching terrifying
limits. This shows that these societies are at once the most enlightened
and the most dangerous of all. That is, every invention of man has
made his environment more favorable for his short term multiplication.
But, on the other hand, it has made his environment less favorable for
his long term survival. The driving force of man’s evolution can be
stated as the competitive success in invention. [1] Concern about environment is much more publicized today due to the
ever-increasing injuries to the biosphere by events which continually
upset a balance originally thought to be well established. We do not
know whether the planet will be burnt up by the unbalancing of its
radiation budget, or whether it will explode in an atomic war. But
obviously there is the urgent need to create a common consciousness
in order to prevent the nature from being damaged. As the architecture
and construction industry has a great responsibility on the issue of
damaging the natural habitat and upsetting its balance, the architects
and designers undertake an important role as to their preferences in
approach and material selection. Therefore, in search of the sustainable,
this paper deals with the issue of eco-friendly material selection.
2. The Problem of Excessive Material Consumption and Production Thanks to industrial innovation, today designers have the opportunity to
select materials for every application among virtually infinite number of
choices offered in the market. The shift of agriculture based economies
into industrial and service based economies of today, led to great
changes in material consumption. Invention, technological development
and commercialization of new materials were the natural causes and
consequences of industrialization. Over the next 50 years, World
Resources Institute projects a rise of 300% in material and energy use
globally. [2] As seen in Figure 1, construction industry consumes much of
the World’s resources and is responsible for a considerable part of the
environmental damages. Moreover as seen in Figure 2, the recyclable
material use in traditional construction industry is too low, namely 5%,
among the percentages of materials consumed.
The primitive vegetation cover of the earth has been vastly altered
through human agency. The history of ancient man shows how fire was
used to burn dense forests to frighten dangerous animals and make
them come out of their hiding places. The major consequences of
burning are that vegetation complexes are simplified and the forests
are scaled down in threatening rates for the environment. The breaking
up of soil structure by powerful machines is one of the factors that
make extensive and long-enduring alterations of the earth’s mantle. The
modern city of concrete and steel, spreading into the countryside is the
present and most powerful expression of man’s conquest of nature.
833
Furthermore, the critical point in recycling is obviously achieving a
reasonable efficiency in doing it. That is, the energy consumed in order
to conduct the process, the damage given to the environment as to
emissions etc. or the cost of the process should not be exceeding the
benefits. For example, post consumer PVC is not typically recycled due
to the prohibitive cost of regrinding and recompounding the resin
compared to the cost of virgin (unrecycled) resin. [5]
2.4. Minimizing Material Usage Figure 1. The effects of traditional buildings in percentages [3]
Another approach to reduce resource consumption is using less material
to make things. The ‘Dematerialization’ strategy searches for
possibilities of getting maximum performance within minimum
materials. The idea of minimizing material usage involves the reduction
of volume of resource use by careful designing, as well as overall
reduction of material usage in society and therefore the reduction of
waste generation per unit of industrial product. [4]
2.5. Toxicity Concerns Material choices can also be limited by toxicity concerns. Designer’s
objective is to select materials that have the least significant toxic
properties.
As to toxicity concerns it is also advised that natural materials should
be preferred over synthetic ones due to the potential harm they give to
the natural habitat and human health. [4] However, it should also be
considered that, consuming global resources vastly, for that sake of
using natural materials also constitutes a great danger for next
generations as it would lead to the depletion of them.
Figure 2. Material composition in a
traditional building [3]
As it is well known, in all phases in the life of every type of material,
whether it is production, usage or disposal, environmental damage is an
inevitable consequence. The rise in material consumption and
production leads to: global resource depletion, increase in harmful
emissions and excessive usage of land. Therefore, sustainable product
development has become increasingly important due to the widespread
environmental consciousness. “Reduce, Reuse, Recycle” is the policy to
embrace.
Some well known criteria to be considered in choosing materials with
an environmentalist approach are as follows:
2.1. Global Resource Limitations Material consumption rates increased due to the ever growing
globalization, namely the transportation of materials all over the world
regardless of their origins, dramatically increasing populations and the
rise of living standards. Therefore, global resource availability became
more and more significant as opposed to the past. With the increasing
stress on material resources and associated high costs due to limited
supplies of certain materials, designer needs to consider using local
materials. [4]
2.2. Extraction of Raw Materials To recover 1 ton of copper, for example, it requires the removal of some
350 tons of overburden and the processing of 100 tons of ore.
Therefore, it is important to keep in mind that the extraction of
materials is extremely energy intensive and tends to be destructive of
local ecological habitats. [4]
2.3. Recycling In contrast to extraction and processing, an efficient recycling operation
may provide adequate quantities of a needed material at much lower
expenditures of cost and environmental impact.
However, the issue of using recycled materials as construction
materials needs special attention as most recycling is actually down
cycling with materials losing value while circulating through industrial
systems. Therefore, in order to have some sort of guidance as to
materials’ industrial cycles, which would route them from production
through reuse; a materials passport, much like a barcode on consumer
goods would be extremely helpful.
834
As a result it can be said that the aim is to choose abundant, non toxic,
non regulated materials, design for minimum use of materials and try
to get the needed materials through recycling streams than through
raw materials.
3. The Problem of Waste As a result of the excessive consumption and production of today’s
capitalist society, industrialized countries are turning the environment
into a dumping area. The accumulation of waste is accelerating all over
the globe and seriously threatening human health and the environment.
Today, the total global waste that has been accumulated is between
2.5 billion and 4 billion tons, which does not even include construction,
mining, and agricultural waste. By the year of 2020 the values are
estimated to rise up to 40%. [6]
Furthermore, as it is well known, any uncontrolled disposal of solid
waste without any precaution possesses a great potential for water
pollution, public health problems, explosions and landslides. An
unfortunate example
of such explosion event has occurred in Umraniye,
in Istanbul on 28th of April, 1993, leading to the death of more than 30
citizens. [7]
The management of waste is 70%-80% in developed countries,
particularly within the municipality borderlines, while in developing
countries it drops to only 20% -30%. The current waste management
strategies strive for recycling and reuse, however they are not capable
of abolishing all of the waste. [6] The waste management hierarchy set out by the European Union and
imposed by the local governments mandates that the priorities in
descending order are; Prevention, Minimization, Reuse, Recycling,
Energy Recovery, and Disposal. The least favoured option is disposal as
the applications such as landfill and incineration have certain loads on
the environment. [8]
3.1. Problems with Landfill
In order to prevent the escape of polluting liquid or gases, historically
we have land filled much of our waste globally. As a result, many
current landfill sites are nearly full and most countries are rapidly
running out of suitable land, for new landfills. The waste to be land
filled is currently being transported long distances to sites that are
remote due to environmental health issues which adds significant costs
and adds to pollution. Furthermore, landfill sites require significant
maintenance. Many sites require 30 years of ongoing maintenance after
they have closed to new waste, which is costly and unnecessary. And
most importantly/above all, landfill is just simply burying and losing
good resources. [9]
3.2. Problems with Incineration
On the other hand, another disposal application / technique which is
also problematic is the incineration process. All local communities are
justifiably opposed to an incinerator in their vicinity and recently there
have been many well publicized community protests at incinerator
proposals. The reason lies under the fact that the incineration process
produces toxic gases and toxic ash residue. Furthermore, incineration
plants are a significant producer of CO2 emissions. Besides these, they
are expensive to build and maintain, and they are not easily modified
and moved once built. Moreover due to high cost and social
undesirability of incineration plants, waste is generally transported
across large distances and producing further unnecessary CO2
emissions. [9]
the system is that throughout the whole process, emissions are
contained and treated within the building. So there are no harmful
emissions into the atmosphere. [9] 4.2. The Product The material was used in the manufacture of a wide range of product
varieties such as roof tiles and building bricks, decking, fencing, board
walks, cladding, marine fendering, outdoor furniture, children’s
playgrounds and railway sleepers. Moreover, as to the physical
characteristics of the end product, in the strength tests Cierra’s product
showed a better performance compared to timber. [10]
4. Searching for a Solution: A Case Study on ‘Cierra Recycling’ So far the issues of excessive material consumption and production,
and consequential excessive waste generation which lead to great
environmental damage were discussed. The question here should be, “Is
there a way to turn this situation around?” That is to say, benefit from
waste in a way that it will be possible to avoid the damages mentioned
so far. The innovative company Cierra Recycling which was dissolved in
October 2009 due to the financial crisis, had offered a new technology
in waste management system. Its product manufactured totally from
recycled municipal waste, seemed to be the answer as it gave the
opportunity to reduce the threat for depletion of natural resources and
ease the environmental problems created by waste generation.
Unfortunately, the company could not get to the mass production phase
because of the market conditions during the last global financial crisis.
4.1. The Process The production process developed by Cierra Recycling is as follows:
The production process of the material consists of four stages which
are collection and separation of waste, transformation, and product
manufacture. 4.1.1. Collection and Separation of Waste Waste does not require any separation at source. This removes the
responsibility that is currently placed upon the householder.
Furthermore, there is no usage of water for cleaning. Once the waste arrives in the deposit area in the facility, the materials
such as cardboard, paper, metal and glass, containing no biological
activity, and that are suitable for reuse and recycling are selected out.
The separation is done both manually by workers and by automated
machines. For ferrous metals, magnets; for aluminum, Eddie Current; for
paper and cardboard, air separation and for organic materials screening
is used. The extracted materials are sent to Materials Recovery Facility
for reprocessing then the residue which contains mostly contaminated
organic waste enters the transformation process. [9]
4.1.2. Transformation Here, the waste stream is rendered inert where all biological life is
killed and transformed into sterilized inert fibrous material. First the
waste stream goes through the shredder which makes it a
homogeneous sludge. Then, in order to sterilize and remove the
moisture inside it, the sludge goes into the bio reactor. By steam
explosion and pressure, it is transformed into ‘high grade fiber’. Here,
the heat goes up to 400C. The process is a mechanical process, no
gases are used. At the end of this transformation, the waste size is
reduced approximately 80%. The output of inert fiber has a number of
uses such as fertilizer for plants. [9] 4.1.3. Product Manufacture In the Product Manufacture phase, the inert fiber is blended with
plastics and then passed through an extruder where it is cast and
molded, given the desired form as an end product. The material is
extruded as if squeezing it just like toothpaste coming out of a tube.
Here the material is heated and pressurized. And finally it is extruded
into the cooling carousel molds. One of the most important features of
Figure 3. Examples of ‘Cierra Recycling’s
product applications [9]
4.3. Evaluation The technology would provide benefits from economical, environmental
and social perspectives. First of all, as to the financial benefits, the
capital costs are significantly reduced over alternative waste
management methods. This technology costs less than a quarter of
incineration. Operation cost of the plant is also very low.
Regarding environmental benefits the most significant one is that it can
turn waste into a useable product, which reduces the use of wood, and
as such, hence, the threat towards global deforestation and World’s
natural resources. It provides the recovery of land that is being used for
landfill. It has no harmful emissions into the atmosphere. The
production of the material leaves no residue for disposal. Moreover, the
process does not involve any incineration or burial of materials.
Furthermore, the plant is powered on fuels derived from waste, which
removes the requirement for external electricity. On the other hand,
this technology reduces the amount of water that is wasted by
homeowners for washing recyclables prior disposal, as the waste is
sterilized in the plant.
Finally, as to the social benefits, it takes the responsibility for recycling
from the consumer and municipal authorities. On the other hand, the 20% plastic content of the products may cause
the emission of VOC’s in interior spaces which endangers human health.
Therefore, in case of indoor uses of these products, the indoor air
quality performance tests should be performed.
835
5. Conclusion
World’s resources that are given in a heavenly way are rapidly being
exhausted. Therefore, in search of the sustainable, within the
framework of selecting eco-friendly materials, the Cierra production
process seemed like a more efficient waste management alternative.
The common waste management methods being performed globally
consists of separation of recyclable materials and producing electrical
energy from waste. Whereas, beyond the contributions of the common
methods, the method introduced by Cierra Recycling would be
pioneering in producing an eco friendly material out of waste. It could
help to reduce the threat for depletion of natural resources and ease
the environmental problems created by waste generation. Cierra
production process, as a waste management option was expected to
develop a strong recycling culture and promote more self-sustainable
communities globally. Governmental and municipal authorities and the
construction-industry, should make joint efforts to revive such
environmental friendly industries. The support to be given to such
industries might be both at investment and marketing stages. For
example, beside the tax incentives to these industries, capital
sharing by governmental bodies in establishing the company at
investment stage, may also be helpful in providing a purchase
guarantee for the products.
References
[1]. [5]. Darlington, C.D., (1972), The Impact of Man on Nature in Ecology,
the Shaping Enquiry’ ed. Benthel, J., Longman: London, U.K.
World Resources Institute Report, 2000.
Sarier et al. 2008, ‘Surdurulebilir Yesil Binalar’, Cumhuriyet Bilim
& Teknoloji Newspaper, 26 Sept., p.8.
Graedel, T.E., & Allenby, B.R 1995, Industrial Ecology, Prentice
Hall: New Jersey, U.S.A.
Randa Group S.A. 2000, Report: "Life Cycle Assessment of PVC
[6].
Palabiyik, ‘Kentsel Kat Atklar ve Yönetimi’, The Journal of
[7].
[8]. [9].
[10]. www.byegm.gov.tr
www.nottinghamshire.gov.uk www.cierrarecycling.com, June 2008.
Abacioglu, T., private communication, July 22, 2008.
[2]. [3]. [4]. 836
and of principal competing materials”.
Turkish Weekly
ATIK LASTİKLERİN İNȘAAT SEKTÖRÜNDE DEĞERLENDİRİLMESİ THE EVALUATION OF WASTE TYRES IN CONSTRUCTION SECTOR a
Mehmet EMİROĞLU a, Servet YILDIZ b
Düzce Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Yap Eğitimi Bölümü, Düzce, Türkiye, [email protected]
b
Frat Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Yap Eğitimi Bölümü, Elazğ, Türkiye, [email protected]
Özet 2. Lastik Üretimi ve Çevresel Sorunlar Kauçuktan üretilen araç lastikleri, kullanm ömrünü tamamladktan sonra atk
olarak büyük bir çevresel sorun haline gelmektedir. Kullanm ömrünü
tamamlamș tașt lastiklerinin kendiliğinden yok olmas için uzun yllar
geçmekte, böylece çevre ve insan sağlğ açsndan büyük bir tehdit unsuru
olmaktadr. Giderek önemli bir çevresel sorun haline gelen atk lastiklerin,
hammaddenin en çok tüketildiği sektörlerden birisi olan inșaat sektöründe
yeniden kullanlmas, çevresel korunum, sürdürülebilirlik ve ekonomik kazanm
açsndan önemlidir. Bu çalșmada, gün geçtikçe artmakta olan atk lastiklerin
geri dönüșüm olanaklar incelenmiș ve özellikle inșaat sektöründe kullanm
olanaklar tartșlmștr.
2.1. Lastik Üretimi Anahtar kelimeler: Atk lastikler, Atk yönetimi, Kaynaklarn korunumu, İnșaat
sektörü
Abstract After fulfilling their useful life the vehicle tires produced with the rubber is
becoming a major environmental problem. It is necessary many years for selfdestruction spontaneously these vehicle tires, so they are cause a major
threat in terms of environmental and human health. Reuse the waste vehicle
tires became increasingly important environmental problem in construction
sector which is one of the most consumed of the raw materials is very
important in terms of environmental protection, sustainability and economic
gains. In this study, recycling facilities of the waste vehicle tires were
researched and use facilities were discussed especially in the construction
sector.
Keywords: Waste tires, Waste management, Conservation of resources,
Construction Sector
1. Giriș Üretim ve kullanm faaliyetleri sonucu ortaya çkan, insan ve çevre sağlğna
zarar verecek șekilde doğrudan veya dolayl biçimde alc ortama verilmesi
sakncal olan her türlü maddeye atk denilmektedir [1, 2].
Cam șișeler, plastik içecek ve yemek kaplar, teneke kutular, kereste atklar,
mobilya döșeme atklar, ezilmiș seramikler ve camlar, atk beton kütleleri, atk
araç lastikleri gibi malzemeler çevremizde en sk karșlaștğmz kat atklar
arasnda yer almaktadr. Tekerleğin Sümerler tarafndan icadndan bugüne
kadar beș bin yldan fazla bir süre geçmiștir. Lastik üretimi, kauçuğun 18.
yüzylda bulunmas ile hzlanmș ve günümüzde üst seviyeye gelmiștir. Avrupa
ve Amerika’da çok daha önceden atk lastiklerin geri kazanm ile alakal
yönetmelikler çkarlmasna rağmen, “Ömrünü Tamamlamș Lastiklerin
Kontrolü Yönetmeliği” ülkemizde 2006 ylnda yürürlüğe girmiștir [1-3].
Atk lastikler, yerel yönetimlerin elle kontrol etmekte zorlandklar özel atklar
arasnda yer almaktadrlar ve stoklandğ bölgelerde insan sağlğ
problemlerine, çevresel ve estetik problemlere neden olmaktadrlar [3].
Sanayileșmenin ve gelișmișliğin değerlendirme kriterlerinden birisi de inșaat
sektörünün büyüklüğüdür. İnșaat sektörü hammadde ihtiyacn bölge snrlar
içinden karșlayarak birçok sektörün tetikleyicisi olmakta ve sanayileșme
sürecinde ivmeyi arttrmaktadr. İnșaat sektörünün ihtiyac olan doğal tașlar;
çimento hammaddeleri (kireçtaș, alçtaș ve alç), yap malzemeleri (tuğla,
kiremit topraklar) ve agrega (kireçtaș, kum-çakl, mcr) olarak snflandrlabilir
[4]. Hiç șüphe yoktur ki hammaddenin en çok tüketildiği sektörlerden birisi de
inșaat sektörüdür. Hammaddenin bu kadar çok tüketildiği bir sektör için
alternatif kaynak arayșlar son yllarda hzla artș göstermiștir.
Bu çalșmada, gün geçtikçe artmakta olan atk lastiklerin geri dönüșüm
olanaklar incelenmiș ve özellikle inșaat sektöründe kullanm olanaklar
tartșlmștr.
Lastik üretimi, kauçuğun 18. yüzylda bulunmas ile hzlanmș ve günümüzde
üst seviyeye gelmiștir. 1736-1774 yllar arasnda Güney Amerika’da incelemeler
yapmak için bulunan bir Fransz bilim adam, yerlilerin hevea adn verdikleri
ağaçtan bir sv elde ettiklerini kaydetmiștir. Amazon sakinleri bu ağaca Kao
(odun) OÇu (szan-ağlayan) diyorlard, kauçuk buradan türemiștir. Kauçuk
hammaddesine dayal ilk uygulamalar iki Fransz’n silgi imal ederek piyasaya
sürdükleri 1770 ylnda bașlar [5].
Avrupa’da kauçuk ilk defa 18. yüzylda ortaya çkmș ve silgi, yapșkan ve
hortum yapmnda kullanlmștr. Materyalin ekonomik olmas geçtiğimiz yüzyl
ortalarnda Charles Goodyear tarafndan vulkanizasyon’un (yakma) keșfi ile
olmuștur. Kükürtle stlnca yapșkan ve gevșek malzeme, sert ve elastik hale
gelmiș böylece otomobil tekerleklerini kaplayan ve birçok avantaj beraberinde
getiren lastik üretimi mümkün olmuștur. Otomobil lastikleri önceleri dolgu
șeklinde yaplmaktayken daha sonra ise basnçl hava içeren șekilde yaplmaya
bașlanmș ve bu lastikler genelde kauçuk yannda çelik tel, tekstil elyaf ve az
miktarda kurum, yağ, reçine ve çinko oksitleri içermektedirler [6]. Günümüzde
lastik üretiminde kullanlan tipik malzemelerin listesi Çizelge 1’de verilmiștir.
Çizelge 1. Lastik üretiminde kullanlan tipik malzemeler.
1. Sentetik Kauçuk
2. Doğal Kauçuk
3. Sülfür ve Sülfür Bileșikleri
4. Fenolik Reçine
5. Yağ

Aromatik

Naptenik

Parafinik
6. Kumaș

Polyester

Naylon
7. Petrol Mumlar
8. Pigmentler

Çinko oksit

Titanyum dioksit
9. Karbon Siyah
10. Yağ Asitleri
11. Atk malzemeler
12. Çelik teller
2.2. Atk Lastik Sorunu Lastik diș dibi derinliği l,6 mm oluncaya kadar güvenle kullanlabilir. Bu nedenle
diș derinliği l,6 mm'den büyük olan lastikler ksmen așnmș lastikler olup, her
türlü ticareti serbesttir. Birçok lastik üzerindeki trtklar așnmadan
atlmaktadr. Bunlarda depolarda artarak yğlmaktadr. Ülkemizde kullanm
ömrünü tamamlamș atk lastiklerin yllk miktar 180 bin ton olarak
bildirilmektedir [7]. Atk lastikler, yerel yönetimlerin elle kontrol etmekte
zorlandklar özel atklar arasnda yer almaktadr. Bu nedenle, atk lastikler,
stoklandğ bölgelerde insan sağlğna zarar vermekte ve çevresel-estetik
problemlere neden olmaktadrlar [8]. Hzla büyüyen atk lastik stoklar,
Dünya’da olduğu gibi Ülkemizde de büyük bir çevresel sorun haline
gelmektedir. Lastiklerin kompleks yaps, geri kazanmn zorlaștrmaktadr.
Lastiklerin ana yaps olan kauçuk, kimyasal olarak çapraz bağl bir polimer
olduğundan dolay doğada kendi bașlarna eriyebilme ya da çözülebilme
özelliği göstermezler. Sonuç olarak bașka șekillere sokulmas oldukça zordur.
Bu nedenle kullanm ömrünü tamamlamș tașt lastiklerinin kendiliğinden yok
olmas için uzun yllar geçmekte, böylece çevre ve insan sağlğ açsndan
büyük bir tehdit unsuru olmaktadr [3].
837
Lastik atklar diğer atklardan ayr olarak depolandğ zaman, tehlikeler daha
belirgin hale gelmektedir. Bütün halindeki parçalanmamș lastikler arasnda,
yangn bașlamasna (Șekil 1) neden olabilecek yeterli oksijen bulunur. Yangn
olduğunda, lastik yğnlar aylarca sürebilecek yanmaya ve toksik yağlarn
toprağa, oradan da yeralt suyuna geçmesine neden olmaktadrlar. Bütün bu
olumsuz özelliklere ek olarak, lastik yğnlar sivrisinek ve kemirgenler için
ideal bir yetișme ortam sağlamaktadrlar [9].
3.1. Lastiklerin Enerji Elde Etmek Amacyla Yaklmas Atk lastiklerin 454 gramnda yaklașk 1266–1688 kJ enerji bulunmaktadr. Bu
değer kömürden biraz daha yüksek bir değerdir. Atk lastikler enerji ihtiyac
olan santrallerde ve baz fabrikalarda yaklmak suretiyle enerji elde
edilmesinde kullanlabilmektedirler. Ancak bu yöntemin çevre kirliliği açsndan
sakncalar bulunmaktadr.
Atk lastikler;
• Enerji santrallerinde,
• Lastik üretim fabrikalarnda,
• Çimento frnlarnda,
• Selüloz ve kâğt fabrikalarnda ve
• Küçük üniteli buhar jeneratörlerinde enerji ihtiyac için yaygn olarak
kullanlmaktadrlar [10].
3.2. Lastiklerin Șok Emici Olarak Kullanm Bütün lastikler ile yapay kayalklar, deniz duvarlar ve dalgakranlar
olușturulabilir. Hem deniz hem de tatl su limanlarnda, lastikler bot siperleri
olarak yaygn bir șekilde kullanlmaktadr. Ayrca atk lastikler, eğimli arazilerde
teras yapmnda, spor alanlarnda, tartan pist ve tenis kortu yapmnda, oyun
bahçeleri düzenlemesinde, termoplastik ve plastik karșmlarda yaygn bir
biçimde kullanlmaktadrlar [10].
Șekil 1. Atk lastiklerin olușturduğu yangn tehlikesi [9].
Atk lastikler kimyasal olarak kararl olmalar nedeniyle toksik etki
göstermemelerine rağmen açk havada kontrolsüz olarak yaklmalar sonucu
hava, su ve toprak kirliliğine yol açarak çevre için önemli bir sorun teșkil
ederler. Çünkü yanma srasnda siyah duman, uçucu organik bileșenler,
dioksinler ve karbon monoksit, mono ve poliaromatik hidrokarbon açğa çkar.
Fenoller, poliaromatik hidrokarbonlar, çinko ve demir içeren metaller yeralt
sularna ve nehirlere szabilirler. Yangn kontrol etmede kullanlan su ve
yağmur suyu da bu kirleticilerin toprağa geçmesine ya da civardaki su
kütlelerine akmasna neden olabilirler [9].
Ayrca atk lastik yğnlar ve depolar, lastik boșluklarnda yağmur suyunu
tutarak, belirli iklim koșullarnda hastalklar insanlara tașma riski olan
sivrisinekler ve benzer böcekler için uygun ortam oluștururlar [3].
3. Atk Lastiklerin Yönetimi Atk lastiklerin yönetimi için günümüze kadar çeșitli yöntemler kullanlmștr.
Bu yöntemlerden, atk lastikleri baz plastik ürünlerde kullanmak amacyla
yeniden değerlendirmek, çimento fabrikalarnda ve enerji santrallerinde enerji
elde edebilmek için yakt olarak kullanmak, erozyondan korunmak amacyla
setler olușturmak, asfalt kaplamada ve beton içerisinde agrega olarak
kullanmak en yaygn çözümler arasnda yer almaktadr. Atk lastiklerin
bulunduklar șekle göre sk kullanm alanlar Çizelge 2’de özetlenmektedir [10].
Doğu ve Bat deprem kușaklarnn kesișim noktalarnda yer alan Türkiye'deki
konutlarn çoğunluğunu olușturan yğma yaplarn kullanlmș otomobil lastikleri
yardmyla sürdürülebilir ve gerçekleștirilebilir bir șekilde depreme karș
dayankl hale getirilmesi amacyla, kullanlmș lastiklerle takviye edilmiș yğma
yap duvarlar depreme karș güçlendirilmiștir. Yaplan bu çalșmada, yğma
duvarlar, araba lastiği ile ard-germe uygulanarak güçlendirilmiștir. Çalșmada,
hazrlanan 1:1 ölçekli deney için ön data ve önemli parametrelerin tespit
edilmesini amaçlamștr. 1:10 ve 1:1 deney sonuçlarnn (numunelerin göçmeye
uğradğ ivmeler, yklma ve hasar türleri, deney numunelerinin gösterdiği
davranș farkllklar gibi) uyum içinde olduğu bildirilmiștir [12].
3.3. Lastiklerin Dolgu Malzemesi Olarak Kullanlmas Atk lastikler düșük birim ağrlklar sebebiyle mühendislik uygulamalarnda
hafif agrega gibi değerlendirilmekte ve dolgu malzemesi olarak toprak
setlerde, istinat duvarlarnda ve zemin dolgularnda kullanlmaktadrlar. Atk
lastikler düșük birim ağrlklar (zeminlerin 1/3’ü kadar), iyi s yaltm
(zeminden 8 kat daha iyi), iyi drenaj kabiliyeti (10 kez daha iyi) ve
skștrlabilirlik gibi özelliklerinden dolay mühendislik uygulamalarnda
kullanlmaktadrlar [13]. Atk lastiklerin dolgu olarak kullanlmasyla ilgili bir
örnek Șekil 2’de verilmiștir.
Çizelge 2. Atk lastiklerin bulunduklar șekle göre sk kullanm alanlar
Lastik Șekli Kullanm Alanlar Bütün Lastikler Yrtlmș Lastikler Yapay kayalklar ve dalgakranlarda, oyun sahas
donanmnda, erozyon kontrolünde, anayollarda gürültü
bariyeri olarak
Zemin paspaslarnda, contalarda, ayakkab tabanlarnda,
tersane tamponlarnda, dolgu olarak, yaltkan olarak
kullanlrlar.
Parçalanmș Lastikler Hafif yol yapm malzemesi olarak, oyun sahas çakl
malzemesi olarak, bataklk slahnda.
Öğütülmüș Lastikler Kauçuk ve plastik ürünlerde, demiryolu geçitlerinde, asfalt
kaplamalarda katk malzemesi olarak kullanlrlar.
Atk lastiklerin bertaraf edilmesi için çeșitli yöntemler belirlenmiștir bunlar;
yeniden kaplama, geri kazanma, enerji elde edilmesi, depolarda biriktirme ve
ihracat olarak sralanabilir.
Hurda lastiklerin geri kazanlmas yöntemleri günümüzde giderek çeșitlenerek
yaygnlașmaktadr. Hurda lastiklerin geri kazanlmas bütün halden toz hale
kadar, çeșitli boyutlar için yaplmaktadr [11]. Atk lastiklerin inșaat sektöründe
değerlendirme yöntemleri ise șöyle sralanabilir; enerji elde edilmesi için
çimento fabrikalarnda yaklmas, afsal ve beton agregas olarak kullanm,
dolgu malzemesi olarak değerlendirilmesi, dalgakranlarda, güvertelerde ve
demiryolu balastlarnda șok emici olarak ve binalarda deprem izolatörü olarak
değerlendirilmesi gibi [3].
838
Șekil 2. Atk lastiklerden toprak set olușturulmas.
Zayf zeminlerde, toprak setlerde, heyelan stabilizasyonunda, istinat duvarlar
ve köprü ayaklarnda dolgu malzemesi olarak atk lastikler kullanlmaktadrlar
[14].
3.4. Lastik Agregal Asfalt Üretimi
Asfalt betonu içerisinde atk lastik kullanm ilk bașlarda oldukça ümit vericiydi.
Yaplan çalșmalarda, lastikli asfaltlarn normal asfalta oranla daha iyi kama
direnci gösterdiği, krlma çatlaklarn azalttğ ve kaplama ömrünü artrdğ
bildirilmiștir. Fakat, lastikli asfaltn ilk maliyeti geleneksel asfalta göre %40 ile
%100 orannda daha fazla olduğu ve uzun süreli davranș hakknda kesin
bilgilerin olmadğ sonucuna varlmș ve yaplan çalșmalar giderek azalmștr
[15, 16].
3.5. Lastik Agregal Beton Üretimi Son zamanlarda atk lastiklerin beton içerisinde agrega olarak
değerlendirilmesi hakknda çeșitli çalșmalar yürütülmektedir. Beton
karșmndaki normal agregann hacimsel olarak atk lastiklerle yer
değiștirilmesi șeklinde masraf az olan bir yöntem, kauçuklu beton üretimi için
kullanlmaktadr.
[2].
Emiroglu, M., Yldz, S. Ve Keleștemur, M. H., “Kat Atklarla Elde Edilmiș
Betonlarda Dayanm Azalma Faktörünün Belirlenmesi”, 5. Uluslar aras İleri
Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), Karabük Üniversitesi, 2147-2149, (2009).
[3].
Emiroğlu, M., “Atk Tașt Lastiğin Beton İçerisinde Kullanm Ve Betonun
Karakteristiklerine Etkisi” Yüksek Lisans Tezi, Frat Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, Yap Eğitimi Anabilim Dal, Elazğ, Türkiye, (2006). (Danșman: S.
Yldz).
Kauçuklu beton geleneksel betona göre daha düșük birim ağrlk, yüksek
tokluk ve yaltm özelliği gibi avantajlar ile öne çkmaktadr. Fakat lastik
miktar arttkça basnç dayanmnda bir düșüș meydana gelmektedir. Yaplan
çalșmalar, lastik boyutunun ve miktarnn artmasyla dayanmn azaldğn
göstermiștir [16-18]. Beton içerisinde ince öğütülmüș atk lastik parçacklar
kullanlmasyla, betonun çekme ve basnç dayanmnda bir azalma meydana
gelmekte ancak scaklktan kaynaklanan büzülme çatlaklar büyük ölçüde
azalmaktadr. Ayrca kauçuklu betonlarn titreșim ve darbelere karș büyük
ölçüde dayanm kazandğ da bilinmektedir [19-22]. Li ve arkadașlar, elde
ettikleri kauçuklu betonlarn, düktil bir krlma sergilediğini, basnç-eğilme
yükleri altnda daha fazla enerji soğurduğunu ve iyi bir titreșim yaltm
sağladklarn kaydetmișlerdir [23]. Khatib ve Bayomy beton içerisinde ince ve
iri agrega yerine iki farkl boyutta lastik agrega kullanlmasnn lastik agregal
betonun dayanmn azalttğn, buna karșn tokluğunu arttrdğn
belirlemișlerdir [18]. Oliveras ve arkadașlar ortalama uzunluklar 12,5 mm olan
atk lastik ve polipropilen lif kullanmnn lastik agregal betonlarn basnç
dayanmlarn azalttğn belirlemișlerdir [24]. Segre ve Joekes atk lastik
tozlarn sodyum hidroksit çözeltisi içerisinde yüzey ișlemine tabi tutarak
beton içerisinde kullanmșlar ve ürettikleri lastik agregal betonlarn basnç
dayanmlar ile tokluklarnn arttğn kaydetmișlerdir [25]. Güneyisi ve
arkadașlar yaptklar çalșmada, silika katkl ve silika katksz lastik agregal
betonun mekanik özelliklerini belirlemișler ve silika füme katksnn lastik
agregal betonun basnç dayanmndaki düșüș orann azalttğn
kaydetmișlerdir [26].
[4].
Konak, G., Onur, A. H. Ve Karakuș, D., “İnșaat Sektörünün İhtiyac Olan
Agregann İșletilmesi ve Kentsel Faydalar”, TMMOB İzmir Kent
Sempozyumu, 229-236, (2009)
[5].
Batr, B., “Türkiye İçin Kullanlmș Lastik Yönetimi Araștrmas”, Yüksek
Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul,
Türkiye, 2002. (Danșman: İ. Demir)
[6].
http://www.bcm.org.tr/pdf/lastiklerin%20geri%20kazanimi.pdf (22 Șubat
2010).
[7].
http://www.lasder.org.tr/tr03.asp (22 Șubat 2010).
[8].
DPT, “Kauçuk Ürünleri Sanayi Özel İhtisas Komisyonu Raporu”, Sekizinci Beș
Yllk Kalknma Plan, Ankara, Türkiye, (2001).
[9].
http://osfm.fire.ca.gov/codedevelopment/pdf/tirefire/TPFReportFinal.pdf (22
Șubat 2010)
Çizelge 3, farkl uygulamalar için hafif beton dayanm kriterlerini
özetlemektedir [27]. Yaplan çalșmalar, beton içerisinde yaklașk %20 lastik
agrega kullanm ile tașyc hafif beton üretiminin söz konusu olduğu, yaklașk
%60 lastik agrega kullanm ile de orta dayanml hafif beton üretiminin
mümkün olacağn ve dayanmn ikinci planda olduğu uygulamalarda bu tür
betonlarn kullanlabileceğini göstermiștir.
Çizelge 3. Hafif Beton Karakteristikleri.
[10]. https://www.rma.org/getfile.cfm?ID=985&type=publication (22 Șubat 2010)
[11].
Gönüllü, M. T., “Atk Lastiklerin Yönetimi”, Kat Atk Geri Dönüșüm
Teknolojileri Semineri, İSO, İstanbul, (2004).
[12]. Korkmaz, S. Z., Korkmaz, H. H. Ve Türer, A., “Krsal kesim konutlarnn
kullanlmș araba lastiği ile ard-germe uygulayarak güçlendirilmesi”, Deprem
Sempozumu Kocaeli 2005, Kocaeli Üniversitesi, 1002-1003, (2005).
[13]. Amari, T., Nicolas, J. T. and Iddo, K. W., “Resource Recovery from Rubber
Tires”, Resources Policy 25, 179-188, (1999).
[14]. Humphrey, D. N., “Civil Engineering Application Of Tire Shreds”, The Tire
Industry Conference, 1-16, (1999).
[15]. Nehdi, M. and Khan, A., “Cementitious Composites Containing Recycled Tire
Yoğunluk (kg/m3) 1350-1900
Minimum Dayanm (MPa) Orta Dayanml Beton 1900-800
7-17
Yapsal olmayan amaçlarla
kullanlr (Yaltm panelleri,
kaplamalar, bloklar vs.)
Beton Snf Tașyc Hafif Beton
Düșük Dayanml
Beton
300-800
17
4. Sonuç Sanayileșmenin bir ürünü olarak ortaya çkan atk lastikler, günümüzde atlan
doğru admlarla çevresel bir tehdit olmaktan çkmș ve atk lastiklerin yönetimi
konusunda çalșmalar hz kazanmștr. Ancak yine de alnan önlemlere rağmen
atk lastik olușum miktarnn önüne geçilememekte ve bu atklarn bertaraf
edilmesi için yeni yöntem arayșlar devam etmektedir.
Yaplan bu çalșma, atk lastiklerin hammadde ihtiyacnn çok fazla olduğu
inșaat sektöründe kullanm olanaklarn ortaya koymuștur.
Bu atklarn enerji ihtiyac olan santrallerde ve fabrikalarda yaklmas ile enerji
elde edilse de ortaya çkan zehirli gazlar ve hava kirliliği gibi nedenlerle uygun
bir bertaraf yöntemi olmadğ açktr. Özellikle zemin dolgu malzemesi olarak
ya da yüksek dayanmn istenmediği beton uygulamalarnda parçalanmș atk
lastik kullanm, çevresel korunum, sürdürülebilirlik ve ekonomik kazanm
açsndan önemi büyüktür.
Rubber: An Overview of Engineering Properties and Potential Applications”,
Cement and Concrete Aggregates, Vol. 23, No. 1, June pp. 3–10, (2001).
[16]. Emiroglu, M., Yldz, S. ve Özgan, E., “Lastik Agregal Betonlarda Elastisite
Modülünün Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi”, Gazi Üniv. Müh. Mim.
Fak. Der., Cilt 24, No 3, 469-476, (2009).
[17]. Topcu I. B., “Assessment of brittleness index of rubberized concretes”, Cem.
Concr. Res., 27 (2) 177-183, (1997).
[18]. Khatib Z.K., Bayomy F.M., “Rubberized Portland cement concrete”, J. Mater.
Civ. Eng., 11 (3) 206– 213, (1999).
[19]. ] Turgut, P., Yeșilata, B. ve Ișker, Y., “Kompozit Yap Malzemelerinde Isl
Özellik Ölçümü-2: Hurda Lastik Katkl Betonlar İçin Ölçüm Sonuçlar”,
Mühendis ve Makina, 48 (565), 33-39, (2007).
[20]. Topçu, İ.B., “The Properties of Rubberized Concretes”, Cement and
Concrete Research, 34, 304-310, (1995).
[21]. Topçu, İ.B. ve Avcular, N., “Collosion Behaviours of Rubberized Concretes”,
Cement and Concrete Research, 27, 1893-1898, (1997).
[22]. Topçu, İ.B. ve Avcular, N., “Analysis of Rubberized Concrete as a Composite
Material”, Cement and Concrete Research, 27, 1135-1139, (1997).
[23]. Li, Z.; Li, F. and Li, J. S. L. “Properties of concrete incorporating rubber tyre
particles”, Magazine of Concrete Research, 50, 297-304, (1998).
Beton içerisinde agregann hacimsel olarak %60-%75 orannda yer kapladğ
bilinmektedir, yeni deprem yönetmeliğinde yap kalitesinin yükseltilmesi ve
depreme dayankl yap tasarm için deprem bölgelerinde kullanlacak en
düșük beton dayanm snfn C 20 olarak belirlemiștir. Türkiye Hazr Beton
Birliği verilerine göre, ülkemizde düșük dayanml (≤ 20 MPa) beton üretimi
ylda yaklașk 70 bin m3’tür. Sadece beton agregas için tahmin edilen bu
veriler dikkate alndğnda, hammaddenin en çok tüketildiği sektörlerden biri
olan inșaat sektöründe atk lastiklerin yeniden değerlendirilmesinin çevresel
korunum, sürdürülebilirlik ve ekonomik kazanm açsndan önemini ortaya
koymaktadr.
[24]. Herna´ndez-Olivares, F., Barluenga, G., Bollati, M. and Witoszek, B., “Static
Kaynaklar [27]. Neville, A. M., “Properties of Concrete”, ISBN / ISSN: 0-582-23070-5, John
[1].
and dynamic behavior of recycled tyre rubber-filled concrete”, Cement and
Concrete Research, 32 (10) 1587–1596, (2002).
[25]. Segre N., Joekes I., “Use of tire rubber particles as addition to cement
paste”, Cement and Concrete Research, 30 (9) 1421–1425, (2000).
[26]. Güneyisi, E., Gesoğlu, M. and Özturan, T., “Properties of Rubberized
Concretes containing Silica Fume”, Cement and Concrete Research, 34,
2309-2317, (2004).
Wiley & Sons, Inc. New York, (2002).
http://www.cevreonline.com/atik2/atikyonnedir.htm (22 Șubat 2010)
839

Chapter IV Environmental Pollution Control and Auditing

Transkript

Benzer belgeler