KİRLİLİK YÜKÜ HESAPLAMALARI Yrd. Doç Dr. Alpaslan EKDAL İTÜ Çevre Mühendisliği Bölümü ekdala@itu.edu.tr Yerüstü Sularının Kalitesinin Belirlenmesi, Sınıflandırılması ve Yönetimi Konulu Hizmet İçi Eğitim Programı (3-7 Kasım 2014 Afyonkarahisar)

KİRLETİCİ KAYNAKLAR Kirletici kaynaklar başlıca 2, daha detaylı olarak 4 sınıfta toplanmaktadır. NOKTASAL KAYNAKLAR YAYILI KAYNAKLAR GEZİCİ KAYNAKLAR DOĞAL KAYNAKLAR

KİRLETİCİ KAYNAKLAR Noktasal Kirletici Kaynaklar Evsel atıksu deşarjları Endüstriyel atıksu deşarjları Kentsel drenaj sistemleri deşarjı Yayılı Kirletici Kaynaklar Tarım, orman ve çiftlik alanları yüzeysel akışları Yağış suları drenajları Rekreasyon alanları akışları ve sızıntıları Su ürünleri üretim alanları Katı atık depolama alanları Atmosferden taşınım

KİRLETİCİ KAYNAKLAR Gezici (mobile) Kirletici Kaynaklar Deniz ulaşımı Su sporları Doğal Kirletici Kaynaklar (Yayılı Kaynaklar) Atmosfer Ormanlık ve çayır alanları akışları ve sızıntıları Heyelan bölgeleri Volkanlar Taşkın alanları Yükselen yeraltı su veya deniz suyu (gel-gitler)

NOKTASAL KAYNAKLAR

ATIKSU DEBİSİNİN BELİRLENMESİ Atıksu miktarını belirleyen faktörler: Proje nüfusu Sızma debisi Yağış şiddeti Yeraltı suyu seviyesi Sanayi debileri ve değişimleri

ATIKSU DEBİSİNİN BELİRLENMESİ Arıtma tesislerinin boyutlandırılmasında atıksu debilerinin bilinmesi gerekmektedir. Bir yerleşimin atıksu arıtma tesisine gelen debi aşağıdakilerin toplamı olarak bulunur: EVSEL ATIKSU DEBİSİ SANAYİ ATIKSUYU DEBİSİ SIZMA DEBİSİ

ATIKSU DEBİSİNİN BELİRLENMESİ Kişi başı su tüketiminden hareketle: Sanayi hariç tüm su tüketimlerini evlere dahil ederek hesaplama Türkiye genelinde bu yöntem uygulanır. Servislere bölme yöntemiyle MESKENLER KURUM VE KURULUŞLAR TİCARİ FAALİYETLER TURİSTİK TESİSLER BU YAKLAŞIM DAHA ÇOK ÖZEL YERLERDE UYGULANIR. Debi ölçüm verilerinin değerlendirilmesi suretiyle Pik faktörleri kabulü ile

BİRİM ATIKSU DEBİSİ Kişi başına su tüketimi: 100-250 L/N-gün (İller Bankası, İSKİ v.b proje şartnameleri) Türkiye’de şebekeye verilen su miktarı: 80-225 L/N-gün (İTÜ Çevre Müh. Böl. araştırmaları) Şebekeye verilen suyun tamamı tüketiciye ulaşmaz; kayıplar Türkiye genelinde %20-%60 arasında değişir. Su ihtiyacının %70-90 arasındaki belirli bir kesri kanallara intikal etmektedir. Ev, kurum, ticari faaliyet ve sızma dahil, sanayi hariç oluşan atıksu miktarı: 90-215 L/N-gün aralığında

NÜFUS TAHMİNLERİ Evsel debi hesabı için söz konusu yerleşimin gelecek nüfusu hesaplanmalıdır. Nüfus projeksiyonu için kullanılan hesap yöntemleri: ARİTMETİK ARTIŞ GEOMETRİK ARTIŞ İLLER BANKASI BENZER ŞEHİR LOJİSTİK EĞRİ AZALAN HIZLI ARTIŞ

ATIKSU DEBİLERİNİN HESABI Q = QEV + QSANAYİ + QSIZMA Evsel debi, kişi başına günlük su sarfiyatının nüfusla çarpımından bulunabilir. Kişi başına günlük su ihtiyacının yıllık ortalaması (ortalama q) ile gösterilirse, yaz aylarındaki su ihtiyacı olan (maksimum q), ortalamanın 1,5 katı olarak kabul edilmektedir. maksimum Qev =  . maks q . N maksimum Qev : Yazlık evsel su sarfiyatı, m3/gün  : Kanala intikal yüzdesi maksimum q : Kişi başına yazlık su ihtiyacı, m3/N-gün N : Kasabanın gelecekteki nüfusu

ATIKSU DEBİLERİNİN HESABI Qh = maks Qev/n1 + Qsanayi/n2 + Qsızma/24 Q24 = ( maks Qev + Qsanayi + Qsızma)/24 Qmin = ort Qev/n3 + Qsanayi/n4 + Qsızma/24 Qh : Hesap debisi , m3/saat Q24 : Ortalama debi, m3/saat Qmin : Minimum debi, m3/saat n : Sabitler

ATIKSU DEBİLERİNİN HESABI n1 gün içindeki salınımları gösterir, 10 ila 20 arasında bir değerdir ve nüfusa bağlı olarak değişir. n1=14 için hesap debisi Q14 işaretiyle de gösterilmektedir. n2 sabiti sanayi kuruluşunun vardiya sayısı ile alakalıdır. Tek vardiya çalışan tesislerde bu değer 5-6 arasında alınabilir. n3 sabiti 37 ila 40 arasında bir değerdir. Bir veya iki vardiya çalışan tesislerde minimum debi hesabında sanayi debisi dikkate alınmaz. Üç vardiya çalışan tesislerde n4=24 alınabilir.

ATIKSU DEBİLERİNİN HESABI Minimum debi : Q min= (24/37)*Q24 Ortalama debi : Q24 Hesap debisi : Qh= (24/14-18)*Q24 Maksimum debi (kurak) : Qmaks,k=(24/12)*Q24 Maksimum debi (yağışlı) : Qmaks,y= 1.5*Qmaks,k

SANAYİ YÜKÜNÜN BULUNMASI Eşdeğer nüfus hesaplanıp, evlerden gelen atıksular içinde düşünülebilir. Neşd=(Qsan*CBOİ)/BOİ5 yükü (g/kişi.g) Üretim türü ve miktarına göre, anketlerle su tüketimi belirlenerek, literatür bilgileri ile her bir sanayi için ayrı ayrı yük hesaplanabilir. Debinin zamanla değişimi ölçüm suretiyle elde edilebilir. Sanayi bölgelerinde hektar başına debi alınmak suretiyle hesaplanabilir. (örn. 0,5-1,0 L/sn-ha)

Sızma Debisinin Tahmini Evlerden gelen debinin belli bir yüzdesi olarak kabul edilebilir. (örn. günlük ortalama debinin %50-100’ü)   Kanalların hizmet ettiği alana bağlı olarak (su toplama havzası alanından) bulunabilir. (örn. 0,1- 0,2 L/sn-ha) Kanal uzunluğuna göre bulunabilir. (örn. 0,80 L/sn-km) Kanal uzunluğuna ve çapına bağlı olarak tahmin edilebilir. (örn. 0,5-5,0 m3/gün-km-cm) Muayene bacalarından atıksu mecrasına giren debi de bu miktara ilave edilmelidir (örn. 0,4 m3/gün-baca sayısı)

KİRLİLİK YÜKLERİNİN BELİRLENMESİ Kişi başına kirlilik yükü kabulleri ile Konsantrasyon kabulleri ile Arıtılacak atıksuyun yeterli süre ve sayıda numune alınarak karakterize edilmesi ile

KİRLİLİK YÜKLERİNİN BELİRLENMESİ BOİ5: Toplumun beslenme alışkınlıkları vb. bağlı olup 30-80 gBOİ5/N-gün aralığındadır. Türkiye’de bu değer 30-45 g/N-gün olup projelerde 54-60 g/N-gün aralığında seçilir. Toplam Kjeldahl Azotu (TKN): 10-18 g/N-gün (15 g/N-gün) Toplam Fosfor (Top-P): 3-6 g/N-gün (4 g/N-gün)

KİRLİLİK YÜKLERİNİN BELİRLENMESİ (g/N-gün) BOİ5 AKM TKN NH3-N Top-P Türkiye 27-50 41-68 8-14 9-11 0,4-2 Almanya 55-68 82-96 11-16 - 1,2-1,6 ABD 50-120 60-150 9-22 5-12 2,7-4,5 Japonya 40-45 1-3 0,15-0,4

150 L/N-gün’lük su sarfiyatı için atıksudaki katı madde konsantrasyonları, mg/L

PROJE DEBİSİ VE YÜKÜNÜN SEÇİMİ Atıksu miktar ve özellikleri değişkendir. Şehirden şehire değişir. Aynı şehirde zaman içinde değişir: Mevsimsel Günlük Saatlik Arıtma tesisi bu değişimlere, en ekonomik şekilde cevap verebilmelidir.

PROJE DEBİSİ VE YÜKÜNÜN SEÇİMİ Debi ve yük değişiminin etkisi birimden birime değişir. Çeşitli birimler için farklı debi ve yükler göz önüne alınır. Değişim, genel olarak pik faktörleri ile karakterize edilir. Büyük projelerde yerinde ölçüm yapılması faydalıdır. İstatistiki değerlendirme yapılmalıdır. Çevre faktörleri her koşulda dinamiktir. İstatistik, bu dinamik faktör veya etkileri yorumlamak için gereklidir.

BOYUTLANDIRMADA KULLANILAN TİPİK DEBİLER Debi Faktörü Uygulama alanı Saatlik pik Pompalar ve kanallar (borular), ızgara, kum tutucu, çöktürme havuzları, filtreler, klor temas havuzu Maks. günlük Çamur pompaları >1-gün maks. Izgara atıkları ve kum için depolama ihtiyacı Maks. haftalık Kayıt ve raporlama Maks. aylık Kayıt ve raporlama, kimyasal madde depolama tesisi Min. saatlik Pompaların durdurulma süresi, debi ölçerlerin en düşük ölçme aralığının tayini Min. günlük Giriş kanallarında katı madde çökelmesi kontrolü Min. aylık Düşük akım dönemlerinde devrede tutulacak birim sayısı

BOYUTLANDIRMADA KULLANILAN TİPİK DEBİLER Yük faktörü Uygulama Alanı Maksimum günlük Biyolojik proses üniteleri 1-gün maksimum Çamur yoğunlaştırma ve susuzlaştırma sistemleri Süreli pik Çamur arıtma birimleri Maksimum aylık Çamur depolama tesisi Minimum günlük Damlatmalı filtre geri devir oranı

YAYILI KAYNAKLAR

YAYILI KİRLETİCİ YÜKLERİN TAHMİNİ Arazi kullanımına göre ortaya çıkan yayılı kirlilik yükleri topraktan alıcı ortama ulaşıncaya dek çeşitli taşınım prosesleri ile azalmalara uğrayabilir. Detay çalışmalarda havza yük modellerinden yararlanarak alıcı ortama ulaşabilmesi olası yükler çeşitli senaryolarla irdelenebilir. SWAT, HSPF (ABD) ve MONERIS (Avrupa) modelleri örnek olarak verilebilir. Modellerin girdi verilerinin sağlıklı elde edilmesi veya üretilmesi gereklidir.

YAYILI KİRLETİCİ YÜKLERİN TAHMİNİ MONERIS kararlı hal modeli olup, yıllık bazda kabaca bir fikir vermektedir. Özellikle Tuna Nehri gibi büyük havzalarda kullanılmaktadır. Tarımsal kirleticilerin sağlıklı saptanması ve hesaplanması gerekli bilgilerin ulaşılabilirliğine bağlıdır. Aksi takdirde seçilecek birim yükler bazında kaba tahminler yapılabilir. Veri eksikliği yayılı kirleticilerin tespitinde önemli bir dezavantajdır.

YAYILI KİRLETİCİ YÜKLERİN TAHMİNİ N ve P (besi maddesi) parametreleri bazında yıllık yük tahminleri yapılmaktadır. Arazi kullanımı dağılımı ve arazi kullanımına ait alansal veriler kullanılmaktadır. Birim kirlilik yükleri literatür bazlı aralık değerler olarak verilmektedir. Aralık değerlerin seçimindeki önemli faktörler Coğrafi Durum Topografya İklim ve Meteoroloji Toprak yapısı ve özellikleri

Melen Havzası Örneği Coğrafi Durum Topografya İklim ve Meteoroloji

ARAZİ KULLANIMI 2006 yılı arazi kullanımı 1987 yılı arazi kullanımı

YAYILI KİRLETİCİ YÜKLERİNİN TAHMİNİ Yayılı Kaynak Yükleri (N & P bazında kg/yıl) Tarım alanlarından kaynaklanan yükler (artık ticari gübre) Hayvancılıktan kaynaklanan yükler Orman alanlarından kaynaklanan yükler Çayır, mera ve otlak alanlarından kaynaklanan yükler Kentsel yüzeysel akış Kırsal yüzeysel akış Atmosferik birikim Katı atık depo alanları sızıntı suları Fosseptik çıkış suları

HAVZA MODELLEME VE YAYILI BESİ MADDESİ YÜKLERİNİN TAHMİNİ

Tarım Alanlarından Gelen Besi Maddesi Emisyonlarının Tahmini

BİRİM YAYILI KİRLETİCİ YÜKLER Yayılı Kaynak Tipi Aralık Değerler Ortalama değerler Evsel atıksu g/kişi/gün N 2,19-4,38 P 0,37-1,46 N 3,28 P 0,92 Tarım alanları kg/ha./yıl N 0,11-13,45 (*) P 0,56-3,03 (*) N 7,96 (**) P 0,11 (**) N - P - N 7,96 P 0,11 Orman alanları N 1,45-3,36 P 0,56-3,03 N 2,41 P 0,05 Kırsal Alanlar N 9,50 P ,0,90 Yağış mg/L N 1,00 P ,0,10 Hayvancılık Büyükbaş, kg/hayvan/yıl N 3,80 P 2,50 Küçükbaş, kg/hayvan/yıl N 1,10 P 0,20 Kümes Hayvancılığı kg/hayvan/yıl N 0,05 P 0,02 BİRİM YAYILI KİRLETİCİ YÜKLER Yayılı Kaynak Birim Yükler (kg/ha.yıl) (Istanbul Ömerli-Elmalı Baraj Havzası Çalışmaları) Toplam N ToplamP Tarım Alanları Orman Alanları Çayır ve Meralar Meskûn Bölge 10 2 5 3 0.30 0.05 0.10 0.50

MELEN HAVZASI ARAZİ KULLANIMI (2006 YILI) Kullanımı (ha) Düzce Sakarya Bolu Zongul. Toplam Merkez Akçakoca Cumayeri Çilimli Gölyaka Gümüşova Kaynaşlı Yığılca Tarım 17.378 968 1.825 3.379 3.715 2.638 2.772 6.433 3.351 371 16 42.823 Orman 31.442 2.687 1.810 2.348 12.436 1.553 13.732 28.315 13.392 18.016 642 126.365 Çayır, Mera, otlak 13.846 3.637 4.859 3.098 5.367 3.373 3.975 11.477 12.044 913 70 62.697 Su 139 13 14 4 102 47 71 339 754 Kentsel Alan 2.879 27 110 153 225 400 538 329 100 4.754 Kırsal 145 3 12 28 32 5 62 15 304 Kum 2.132 55 293 510 717 247 149 1.415 426 44 8 5.991 67.961 7.389 8.923 9.494 22.590 8.289 21.242 48.369 29.341 19.356 735 243.689

YAYILI YÜKLERİN TAHMİNİ Tarım Alanları Ticari gübre uygulamaları Düzce Tarım İl Müdürlüğü’nden elde edilmiştir. Ancak ürün türü bazında ticari gübre kullanımı verisi temin edilememiştir. Aylık satılan gübreler farklı tür ve çeşitte olduğundan, öncelikle aktif N ve P değerlerine dönüştürülmüştür. Bu dönüşümün sonucu olarak, tarım arazilerine uygulanan toplam N ve P miktarı belirlenmiştir. Farklı türlerdeki gübrelere göre aktif azot ve fosfor değerleri ilçe ve ay bazında hesaplanmıştır.

ORMAN, ÇAYIR, OTLAK VE MERA ALANLARI ORMAN ALANLARI 2 kg N /ha/yıl ve 0,05 kg P /ha/yıl birim yükleri kullanılmıştır. ÇAYIR, MERA VE OTLAK ALANLARI 5 kg N /ha/yıl ve 0,10 kg P /ha/yıl birim yükleri kullanılmıştır. KENTSEL YÜZEYSEL AKIŞ 3 kg N /ha/yıl ve 0,50 kg P /ha/yıl birim yükler kullanılmıştır. KIRSAL YÜZEYSEL AKIŞ 9,5 kg N /ha/yıl ve 0,90 kg P /ha/yıl birim yükler kullanılmıştır.

HAYVANCILIK (ARTIK DOĞAL GÜBRE) Hayvancılık faaliyetlerinden kaynaklanan hayvan dışkılarından tarımsal faaliyetlerde doğal gübre olarak yararlanılmaktadır. Bundan dolayı, hayvan sayılarını ve bunlara karşı gelen dışkıların kalite ve miktarlarını bilmek önemlidir. Doğal ve ticari gübrelerin çevrede davranışları ve akıbetleri neredeyse aynıdır; ikisinin de içerdiği besi maddelerinin bir kısmı su ortamına yüzeysel akış ve sızma vasıtasıyla taşınmaktadır. Bundan dolayı, azotun yaklaşık %5-30’unun ve fosforun %0,5-5’inin alıcı ortama girdiği düşünülmektedir. Ticari gübrelerde olduğu gibi aynı kayıp yüzdeleri, %15 N ve %5 P, kabul edilerek, hayvan gübresi birim kayıpları tipik gübre besi maddesi oranı için hesaplanmıştır. Bu hesaplamalarda, çeşitli hayvan türlerinin ağırlıkları manda ve sığır için 500 kg, koyun için 45 kg ve tavuk için 2 kg olarak kabul edilmiş olup, hayvan yetiştiriciliğinden kaynaklanan birim kirletici yükleri buna göre hesaplanmıştır.

TRAFİK EMİSYONLARI DAHİL ATMOSFERİK BİRİKİMLERİNDEN GELEN YÜKLER Trafik emisyonları ve endüstriyel emisyonlardan, ısıtma sistemlerinden, vs. gelen hava kirletici kaynaklar. Trafik emisyonlarından gelen yükler, Cornair Program / Copert III Modeli ile bulunmuştur. 0,004 NH4+-N/ ha.yıl olarak bulunmuştur. Toplam trafik emisyonları miktarı 0,155 kg N/ha.yıl olarak tahmin edilmiştir. Atmosferik birikim yolu ile başlıca hava kirletici parametreler NO3- ve NH4’tür. Tahmini azot yükleri ulusal ve uluslararası literatür baz alınarak hesaplanmıştır. Atmosferik birikim açısından başlıca hava kirletici parametreler NO3- ve NH4’dür.

TRAFİK EMİSYONLARI DAHİL ATMOSFERİK BİRİKİMLERİNDEN GELEN YÜKLER Yıllık ortalama yağış miktarı 836 mm/m2, (8360 m3/ha. yıl) kabulü ile her iki formdaki azot birim yükleri: NO3- -N = 2,809 kg /ha. yıl ve NH4-N = 7,491 kg N/ha. yıl olarak hesaplanmıştır. Böylece, atmosferik birikim yolu ile ortaya çıkacak toplam birim kirlilik yükü 10,300 kg N/ha. yıl olarak bulunmuştur. Toplam atmosferik birikim birim yükü trafik emisyonları da ilave edildikten sonra 10,455 ~ 10,5 kg N/ha. yıl olarak hesaplanmıştır. Bulunan birim yük, toplam havza alanının %5’ine uygulanacaktır. Her bir ilçe ve havzayı paylaşan diğer iller için bu oran sabit kabul edilmiştir. Görüldüğü gibi, trafik emisyonları atmosferik birikime oranla oldukça düşüktür.

KATI ATIK DEPOLAMA ALANLARI SIZINTI SULARI Düzensiz depolama tesislerinden gelecek sızıntı suyu miktarı hesaplanırken kapanma (iyileştirme) öncesinde yıllık yağış yüksekliğinin %70’i, kapanma sonrasında ise %35’ine eşdeğer sızıntı suyu oluşumu kabul edilmiştir. Sızıntı suyu toplama havuzlarında oluşan bu miktarın %50’sinin en yakın atıksu arıtma tesisine yönlendirileceği düşünülmektedir. Toplanamayan sızıntı sularının da yüzeysel ve yeraltı suyu akışıyla yayılı kaynak olarak alıcı ortama ulaşacağı varsayılmaktadır.

FOSSEPTİK ÇIKIŞ SULARI İlçelerin bazıları tam olarak kanalizasyon sistemine bağlı değildir. Bundan dolayı, buralardaki yerleşimler fosseptik kullanmaktadırlar. Fosseptik çıkış suları yayılı kirletici kaynak olarak kabul edilmektedir. Kanalizasyona bağlı olmayan kırsal nüfusun su kullanım hesabında kişi başına su tüketiminin 50 L/kişi/gün olduğu ve bunun %80’inin ise atıksu olarak çıktığı düşünülmüştür. Fosseptik çıkış sularının besi maddesi yükleri tipik konsantrasyonlar alınarak hesaplanmıştır. TKN konsantrasyonu 60 mg/L, toplam P konsantrasyonu ise 10 mg/L alınarak fosseptik çıkış suyu yükleri hesaplanmıştır.

TOPLAM KİRLİLİK YÜKLERİ

YAYILI KİRLİLİK YÜKLERİ

NOKTASAL KİRLİLİK YÜKLERİ

TOPLAM BESİ MADDESİ YÜKLERİ

TOPLAM BESİ MADDESİ YÜKLERİ

TEŞEKKÜRLER…