Solidifikasyon/Stabilizasyon Prosesi

Solidifikasyon/stabilizasyon (S/S) prosesi, kirleticilerin yüzeysel sulara, toprağa, akiferlere, atmosfere yayılımını sınırlayan veya engelleyen bir arıtma prosesidir. Genellikle tehlikeli atıkların çimento, kireç, uçucu kül vb. bağlayıcılar ile yüksek yapısal yoğunluğa sahip katı materyal elde edilmesini sağlayarak, atık içindeki kirleticilerin yayılımının önlendiği, daha az çözünebilen ve daha az tehlikeli forma dönüşümüne dayanır. Bu özelliklerinden dolayı özellikle yüksek konsantrasyonlarda ağır metal içeren farklı tiplerdeki endüstriyel atıklar için uygulanan bir arıtma ve geri kazanım prosesidir.

Genel olarak solidifikasyon ve stabilizasyon prosesleri farklı amaçlara yönelik iki ayrı prosestir.

Stabilizasyon sistemleri materyalin kimyasal ve fiziksel özelliklerini değiştirerek, çözünürlüğünü ve/veya kimyasal aktivitesinin azaltılması esasına dayanır.

Stabilizasyon prosesinde çeşitli bağlayıcıların kullanılması ile kirleticilerin taşınımı, atıktaki kirleticilerin çözünürlüğü ve kirleticilerin toksik özellikleri azaltılabilir. Solidifikasyon sistemleri ise katılaştırıcı madde ile atık arasındaki herhangi bir kimyasal reaksiyon meydana getirmeden fiziksel olarak katı form oluşumu prosesidir. Materyalin buharlaşma, sızma ve dökülme gibi olaylardan dolayı tehlikelilik özelliklerin azalmasını sağlayabilmektedir. Birbirinden farklı bu iki sistemin birarada anılmasının nedeni her ikisinin de aynı amaca hizmet ederek atıkların kirletici özelliklerinin kontrolünü sağlamaktır (EPA, 1986).

S/S prosesi çeşitli mekanizmalarla gerçekleşmektedir. Bu mekanizlar, makrokapsülasyon, mikrokapsülasyon, absorpsiyon, adsorpsiyon, çökelme ve detoksifikasyondur.

Makrokapsülasyon, stabilize edici materyalin içindeki süreksiz boşluklarda tehlikeli atık bileşenlerinin tutulduğu daha büyük bir yapısal matris içinde fiziksel olarak hapsedildiği mekanizmadır. Stabilize olmuş materyal zaman içinde ıslanma, kuruma, donma ve erime gibi çevresel etkilerle bozulabilir. Kolay bozunabilir yapısı nedeniyle sadece makrokapsülasyon ile stabilizayon kirleticilerin tekrar taşınabilir olabilmesi nedeniyle uygun bir teknoloji olarak görülmemektedir (LaGrega, 1994).

10

Mikrokapsülasyonda ise tehlikeli atık bileşenleri mikroskobik seviyede katılaştırılmış matrisin kristal yapısı içine hapsadilir. Stabilize olmuş materyaller nispeten küçük partikül boyutlarına parçalansalar bile çoğu stabilize olmuş tehlikeli atık katı matris içinde kalabilmektedir (LaGrega, 1994).

Stabilizasyon amacıyla uygulanan absorpsiyon prosesinde atıktaki serbest sıvıları emmek ve absorplamak için katı materyalin (sorbentin) eklenmesini gerektirir. Atık işlem görme özelliklerini geliştirmek için serbest sıvının giderilmesi için uygulanır. En yaygın olarak kullanılan absorbantlar toprak, kül, çimento ocağı tozu, kireç ocağı tozu, kaolinit, vermikülit ve zeolit gibi kil mineralleri, talaş ve samandır (LaGrega, 1994).

Adsorpsiyon, kirleticilerin karışım içinde stabilize eden araçlara elektrokimyasal olarak bağlandığı bir prosestir. Kimyasal olarak stabilize olmuş matris içinde adsorplanan kirleticilerin çevreye salıverilmesi sabitlenmemiş olanlardan daha az olasıdır. Mikro ve makro enkapsülasyonun tersine basit partikül bozulmasının kirletici hareketliliğini arttırabildiği yerde adsorplama yüzeylerinden materyalinn desorplanması için ilave fizikokimyasal stres gereklidir (LaGrega, 1994).

Bazı stabilizasyon prosesleri atık içindeki bileşenleri daha kararlı bir forma dönüştürmek için kirleticilerin çöktürülmemesini içerir. Hidroksitler, sülfürler, silikatlar, karbonatlar ve fosfatlar halinde çökeltiler, materyal yapısının bir parçası olarak stabilize atık içinde tutulur. Bu olay, metal hiroksit çamurları gibi inorganik atıkların stabilizayonuna uygulanabilir (LaGrega, 1994).

Detoksifikasyon, bir kimyasal bileşeni, daha az toksik veya toksik olmayan başka bir bileşene dönüştürme mekanizmasıdır. Örneğin çimento bazlı stabilizasyonda kromun +6 değerlikli formundan +3 değerlikli forma indirgenmesidir. +3 değerlikli krom, +6 değerlikli kromdan daha düşük çözünürlüğe ve toksisiteye sahiptir. Ayrıca indirgenmiş kromun sızması durumu da daha az tehlikeli bir durumdur (LaGrega, 1994).

S/S prosesi çeşitli endüstriyel atıklara başarıyla uygulanabilir olmasına rağmen atık özellikleri, atık bileşenleri, kullanılan katkılar, prosesin uygulanma özellikleri gibi pek çok nedenden dolayı farklılıklar gösterebilmekte ve aynı tip endüstriden çıkan aynı tip atıklar bile bu prosese farklı yanıtlar verebilmektedir (Salihoğlu, 2007).

11

Tablo 2.1 de S/S prosesinin genel kirletici grupları, topraklar ve çamurlar üzerindeki etkinliği özetlenmektedir. S/S prosesi uçucu olmayan ağır metalleri taşınamaz hale getirme eğilimindedir (Salihoğlu, 2007).

S/S prosesinde kullanılan çeşitli bağlayıcılar ve katkı malzemeleri atığın daha kararlı bir hale dönüşebilmesini, sızmaya karşı daha dirençli bir yapı oluşturulasını sağlamaktadır. Uçucu kül, kireç gibi bağlayıcıların kullanımı da mümkün olmakla birlikte, Portland çimentosu tehlikeli atık arıtımında kullanılan en yaygın bağlayıcıdır. Çimento bazlı S/S prosesi, çimento esaslı beton üretimi sürecine benzer. Beton, kaba ve ince agrega, su portland çimentosu ve katkılar içeren bir üründür. Bu bileşenler karıştırıldığında Portland çimentosu kimyasal olarak suyla reaksiyona girer ve agregayı bağlar (Weitzmann, 1990; Salihoğlu, 2007). Portland çimentosu süreçlerinde, atık içindeki su hidrate silikat ve alüminat bileşikleri oluşturmak üzere portland çimentosu ile reaksiyona girer. Atık içindeki katılar, beton oluşturmak üzere agrega gibi harekete geçer. Yaş atık içindeki katı tipleri düşük mukavemette beton üretebilirler. Atık ve portland çimentosunun en uygun kombinasyonu, seçilen portland çimentosu tipine, katı maddelerine, atık tipine ve kompozisyonuna göre değişecektir. Çalışabilirlik açısından portland çimentosu minimum miktarda su gerektirir. Minimum su/çimento oranı portland çimentosu için yaklaşık %40 civarındadır ancak bu oran atığa bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Bazı atıklar daha büyük oranlarda su adsorbe edebilirler. Suyun çok fazla ilave edilmesi katılaştırılmış ürünün yüzeyinde serbest su birikimine, dayanımda azalmaya ve permeabilitede artışa neden olabilmektedir. Portland çimentosunun kullanılması durumunda, 1 saat ile 1-2 gün arası gibi bir sürede katı bir yapı elde edilir. Çimentonun yüksek pH’ı metallerin çözünmeyen hidroksiller veya karbonat tuzları halinde tutar. Metal iyonları çimento matrisi içine alınabilir. İlave edilen bağlayıcı, pH’ı değiştirirken çökelme reaksiyonlarının oluşumunu sağlar ve kirletici çözünürlüğünü azaltır ( Conner, 1990).

S/S prosesi, genel olarak arazide uzaklaştırma, kirlenmiş zeminlerin iyileştirilmesi ve endüstriyel atıkların solidifikasyonu amacıyla uygulanmaktadır.

Sıvı ve çamur formundaki atıkların arazide uzaklaştırılması ve depolanması sonucu kirleticilerin çevreye sızma olasılığı yüksektir. Bu nedenle sıvı atıkların ve çamurların düzenli depolama öncesi S/S prosesi ile arıtımı uygun bir seçenektir. Böylelikle sıvı veya çamur içindeki atılar bağlayıcı maddeler ile karışarak katı forma sahip atık yığınları oluşmakta ve hem kirleticilerin sızma olasılıkları azalmakta hem de suyun neden olduğu işletme problemleri

12

giderilmiş olmaktadır. Bu prosesin, bu amaçlı kullanımdaki en büyük dezavantajı ise atık hacmindeki artıştır.

Tablo 2.1. S/S Prosesinin Genel Kirletici Grupları Üzerindeki Etkinliği (Salihoğlu, 2007)

Kirletici Gruplar Etkinlik

Organik

Halojenli uçucular

Halojenli olmayan uçucular Halojenli yarı uçucular

Halojenli olmayan yarı uçucular ve uçucu olmayanlar PCB’ler

1: Beklenen bir etki yok: teknolojinin çalışamayacağına dair uzman görüşü 2: İspatlanmış Etki: Belli bir ölçekte başarılı arıtılabilirlik testi tamamlanmıştır.

3: Potansiyel etki: Teknolojinin çalışacağına dair uzman görüşü

Organik ve inorganik atıklarla kirlenmiş zeminlerin iyileştirilmesi amacıyla S/S prosesinin kullanılması durumunda kirleticilerin taşınabileceği yüzey alanının, kirleticilerin çözünürlüğünün ve bazı kirleticilerin toksisitelerinin azaltılması sağlanmış olabilmektedir.

Düşük seviyeli kirleticiler nedeniyle kirlenmiş zeminlerde yerinde uygulama yapılabilmekte ve böylelikle toprak kazmak, taşımak, depolamak ve yakmak gibi yöntemlerden daha ekonomik olabilmektedir.

Endüstriyel atıkların solidifikasyonu, özellikle tehlikeli atıkların dayanım ve sıkışabilirlik özelliklerini etkileyerek atıkların mühendislik özelliklerinin geliştirildiği, kirleticilerin çevreye sızma potansiyellerinin düşürülerek bertarafının sağlandığı ve bunun da ötesinde atıkların geri kazanımının sağlanabildiği süreçler olarak karşımıza çıkmaktadır. Endüstriyel atıklara S/S prosesinin uygulanmasıyla oluşan ürünler, yumuşak, toprak benzeri malzemeden, beton ve benzeri monolitlere kadar değişik türde olabilir. Uzaklaştırma faaliyetlerinde kolay ufalanabilir,

13

sıkıştırılabilir bir malzeme tercih edilirken, katılaştırılan matrisin inşaat yapı malzemesi olarak kullanılacak olması durumunda yüksek dayanıma sahip olması tercih edilmektedir.

S/S prosesi sonucu oluşan ürünün değerlendirilebilirliğinin belirlenmesinde çeşitli testlerin yapılması ve bu testlerin sonuçlarına göre kullanım alternatiflerinin yorumlaması gerekmektedir. Yapılan testleri fiziksel ve kimyasal testler olarak ikiye ayırmak mümkündür.

Atıkların S/S prosesi ile arıtılması durumunda oluşan ürünün uygunluğunun araştırılması amacıyla pekçok fiziksel ve mühendislik özelliklerinin araştırılması gerekmektedir. Bu nedenle uygulanan testler,

• Farklı bağlayıcıların S/S prosesinde katlılarının belirlenmesi,

• Yasal zorunluluklara uygunluğu araştırılmak,

• S/S materyalinin işlenebilirliğini tespit etmek ve

• Geniş ölçekte uygulanabilmesi durumunda ekipmanları seçmek amacıyla kullanılır.

Uygun test yönteminin uygulanması atık, arazi şartları ve test amacına uygun olarak seçilmelidir. S/S prosesi ürünlerinin değerlendirilmesinde kullanılan fiziksel ve kimyasal testler Tablo 2.2’de özetlenmiştir.

Kimyasal testler S/S prosesinin tehlikeli atılar için bir arıtma süreci olarak performansını değerlendirmek için için kullanılan en yaygın testlerdir. S/S ürününün çevresel performansı genelde sızma veya ektraksiyon testleriyle ölçülür. Her ülke kendi yönetmelikleri tarafından önerilmiş sızma metodlarını kullanmaktadır. Sızma testleri, stabilize atık kütlesi içindeki kirleticilerin çevreye sızma potansiyelini belirlemek amacıyla kullanılır. Bütün sızma testlerinde belirli bir yıkama sıvısı (leachant) atık ile belirli süre boyunca temas ettirilerek yıkama sıvısına geçen kirletici miktarı ölçülür. Bu testlerde önemli olan nokta yıkama sıvısıyla etkileşime giren stabilize edilmiş atığın partikül boyutu diğer bir değişle yüzey alanıdır (EPA, 1989; Bayraktar, 2011)

14

Tablo 2.2. S/S ürünlerinin değerlendirilmesinde yaygın olarak kullanılan fiziksel ve kimyasal testler (EPA 1989, EPA 1993)

Fiziksel Testler

Genel Özellikler Mühendislik Özellikleri Dayanıklılık Özellikleri Nem içeriği Toksisite Karakteristikleri Sızma Prosedürü (TCLP) Ekstraksiyon Prosedürü-Toksisite Karakteristiği (EP Tox) Amerikan Nükleer Topluluğu Sızma Testleri (ANS 16:1) Olası Maksimum Konsantrasyon Testi

Denge Sızdırmazlık Testi Dinamik Sızdırmazlık Testi Çoklu Ekstraksiyon Prosedürü Asit Nötralizasyon Kapasitesi (ANC) Sentetik Yağışla Sızdırma Prosedürü (SPLP