Balyalanmış kentsel katı atıkların biyolojik davranışları

Balyalanmış kentsel katı atıkların davranışları klasik depolama, aerobik (kompostlama) veya anaerobik fermantasyon gibi proses temelli kentsel katı atık giderimindeki oluşumlara göre farklılık göstermektedir. Hoş olmayan kokular, toprak, su ve hava kirliliği problemlerinden, patlama ve yangın tehlikelerinden kaçınmak için depolanan atıkların biyolojik aktivitesinin kontrolü ve karakterizasyonu çok önemlidir. Balyalanmış kentsel katı atıkların biyolojik davranışları hakkında geniş çapta çalışmalar gerçekleştirilmiştir.

Martinez ve Gourdon (2000), balyalanmış evsel atıkların uzun süreli davranışlarını izlemek amacıyla laboratuar ölçekli (yaklaşık 15 litre) ve endüstriyel ölçütlerde (yaklaşık 1m3) gerçek balyalanmış atıklar kullanılarak araştırmalar gerçekleştirmişlerdir. Lyon Nord Yakma Tesisinde gerçekleştirilen araştırma da, gerçek evsel atıklardaki kağıt, karton, plastik, iyi ve kolay biyolojik ayrışabilir organik madde fraksiyonları, sentetik ve inert yapıdaki cam fraksiyonlarla karıştırılmıştır. Karışımların nem içerikleri ve organik madde içerikleri Fransa’daki evsel atıklar için verilen (kolay parçalanabilir organik maddenin ortalama içeriği ıslak ağırlık olarak % 28,8 ve nem içeriği % 25 ile 45 aralığındadır) yüksek ve düşük limitlerdeki genel miktarlara göre belirlenerek araştırmalar gerçekleştirilmiştir. Araştırma sonucunda, elde edilen biyogaz hacminin teorik olarak beklenilen üretim miktarından oldukça az olduğu görülmüştür. Diğer taraftan, organikmaddenin anaerobik ayrışmasının belirtileri gerçekleştirilen deneysel koşullar altında ihmal edilebilir düzeyde olduğu belirlenmiştir. Yapılan sentetik deneysel çalışmalarda, atık karışımlarının geçici olarak depolanmasında kullanılan hava geçirimsiz şekilde sarılmış balyaların biyolojik ayrışmayı engellediği ve biyolojik aktivitelerden ötürü zararlı etkileri de oldukça sınırlandırdığı görülmektedir. Diğer taraftan, balyalamış atıklardaki ayrışmanın, araştırılan limitlerdeki nem ve organik madde içeriğine bağlı olmadığını ve sıkıştırmanın anaerobik ayrışmasına önemli bir etkisinin olmadığı görülmüştür.

Martinez ve Gourdon (2000) balyalama tesislerine gelen kentsel atıklarla da çalışmalar gerçekleştirmiştir. Gerçek balyalarda yapılan çalışmalarda, taze balyalarda inkubasyondan 8 ay sonra, eski balyada ise 20 aydan sonra biogaz içerisinde metan belirlenememiştir. Ayrıca, eski balyada yeni balyaya göre oksijen içeriği yüksek CO2 içeriği ise düşük olduğu görülmüştür. Bu durum, eski balyaların plastik sargısının deforme olması sonucu daha iyi durumdaki taze balyaya göre daha fazla hava girişine izin vermesiyle açıklanabilir. Eski balyadaki biogaz, dışarıdan hava girişiyle seyrelmekte ve taze balya anaerobik koşullar altında olmasına karşın, eski balya gerçekte aerobik koşullar altında olduğunu belirlemişlerdir. Yapılan çalışmalar, eski balyada dış hava sıcaklığı veya yüzeye yakın bölge ile merkezi bölge arasında önemli sıcaklık farklılığı (5-15 oC) gözlenmiştir. Bu sıcaklık eğilimlerinin taze balyalarda ise oldukça düşük olduğu belirlenmiştir.

Wagner ve Bilitevski (2009) kentsel katı atıkların uzun süreli depolanmalarıyla ilgili gerçekleştirdikleri bir çalışmada, balyalama işlemi sonrası hemen aerobik parçalanmanın başladığını ve balya içerisindeki CO2 ve sıcaklık konsantrasyonunun ikiside hızla artarak, oksijen içeriğinin keskin bir şekilde düşdüğünü belirtmişlerdir. Dolayısıyla balya içerisindeki oksijenin tamamı tükeninceye kadar aerobik parçalanma devam etmekte ve birkaç gün sonra aerobik parçalanma sona ermektedir. Farklı depolama tesislerinde değişik araştırmacılar tarafından yapılan ölçümler, sıcaklığın 60 oC’nin üzerine çıkamaması parçalanmayı inhibe ettiğini göstermektedir. Balyalama ile yapılan çalışmalar açık bir şekilde bir kaç gün içerisinde aerobik parçalanmanın durduğunu ve genellikle çeşitli nedenlerle anaerobik parçalanmanın gerçekleşmediğini göstermektedir. Anaerobik parçalanmanın gerçekleşmeme nedenleri aşağıdaki şekilde özetlenmiştir:

• Sarılmış balya içerisinde meydana gelen ortamın mikroorganmizmaların gelişimi için asidik olması,

• Termal kullanım için kullanılacak atıkta çok düşük su içeriği olabilmesi,

• Kağıt ve kartondaki ana bileşenler selüloz ve ağaçtaki lignin olduğundan dolayı biyolojik olarak parçalanabilir karbon içeriği, anaerobik parçalanma için yeterli olmaması,

• C/N oranı geniş bir aralığa sahip olması,

• Balyalanmış materyal içerisinde nitrüent eksikliği sonucu mikroorganizma aktivitesinin engellenmesi,

• Anaerobik parçalanmanın, aerobik parçalanmaya göre daha fazla su ve nitrüent içeriğine gereksinim duyması olarak sayılabilir.

Balyalanmış kentsel katı atıkların davranışlarıyla ilgili yapılan çalışmalardan elde edilen sonuçları özetlenecek olursa;

• Kentsel katı atık balyaları LDPE malzeme ile sarıldığından dolayı, dışarıdan oksijen ve su girişi önlenmiş olmaktadır. Dolayısıyla süzüntü suyu oluşturmamaktadır.

• Öncelikle, balya içerisindeki oksijenin hızla tükenmesine yol açarak oldukça az miktarda kalmasına neden olan hızlı bir şekilde aerobik fermantasyon gerçekleşmektedir. Bu işlemin gerçekleşmesi sonucunda da CO2 üretimi meydana gelmektedir. Balya içerisinde mevcut oksijen miktarına bağlı olarak CO2 üretimi birkaç gün gerçekleşmektedir. CO2 miktarı yaklaşık % 30 maksimum seviyesine ulaştıktan sonra, % 20-25 civarında sabit kalmaktadır.

• Bu aerobik fermantasyon prosesine bağlı olarak ilk birkaç gün süresince sarılmış balya içerisindeki sıcaklık birkaç derece artmaktadır. Bu sıcaklık artışı, yüksek nem içeriğine bağlı olarak değişim göstermektedir. Yüksek nem içeriği belli miktarda suyun buharlaşmasına neden olur. Bu durum su buharı şeklinde LDPE’den dışarıya kaçışlara neden olabilir. Kendiliğinden tutuşmada mümkün görülmemektedir.

• Oksijen yaklaşık olarak tükenme noktasına geldiğinde, normal olarak aerobik safha durarak anaeorobik safha başlamalıdır ancak metan oluşumu çok düşük seviyededir. Martinez ve Gourdon (1999) bildirdiği gibi mevcut koşullar altında, ortamdaki fakultatif bakteriler tarafından açığa çıkarılan karboksilik asit, düşük bakiye oksijen içeriğinden dolayı aktiviteleri inhibe olmuş asetojenik yada metanojenik bakteriler tarafından indirgenememektedir.

• Başlangıç periyodundan sonra plastikle sarılmış balya içerisindeki sıcaklık değişimleri dış ortamdaki sıcaklık değişimleriyle zorunlu olarak korelasyon (uyumluluk) göstermektedir.

• Yapılan çalışmalar depolamadan birkaç hafta sonra alınan pH ölçümlerinin hafif asidik sonuçlar (5-6) verdiğini göstermektedir. Bu durumda ayrışmanın ilk safhası süresince organik asitlerin oluştuğunu göstermektedir.

• Yapılan çalışmaların çoğunda balyalardan çıkan gazların emisyon kontrolleri gerçekleştirilmiştir. Organik bileşikler saptanamamış ve biogaz emisyonlarının da çok düşük seviyelerde olduğu belirlenmiştir.

• Sarılmış balyanın delinmesi yada yırtılması durumunda O2 içeriği artarken CO2 içeriği azalmaktadır. Bu durumun nedeni, LDPE tabakasının zamanla deformasyonunun balya içerisine hava girişi sağlayarak aerobik ayrışmasına sebep olmasıdır.