i
NAMIK KEMAL ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARALTIRMA PROJELERİ KOORDİNASYON BİRİMİ (NKÜBAP)
BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ SONUÇ RAPORU
NKUBAP.06.GA.17.100 Nolu Proje
HİDROKARBON SONDAJ ATIK ÇAMURUNUN ARITIMI, GERİ KAZANIMI VE INŞAAT SEKTÖRÜNDE TEKRAR KULLANIMI
Yrd. Doç. Dr. Esra TINMAZ KÖSE Yrd. Doç. Dr. Aylin AKYILDIZ Arş. Gör. Dr. Suna Özden ÇELİK
Kimya Müh. Ezgi ENGİN KASIM, 2017 TEKİRDAĞ-ÇORLU
ii
i ÖNSÖZ
Bu çalışmada, genel bertaraf yöntemi arazide kurutma ve depolama olan ve uygun şartlar altında depolanmaması durumunda, çevre için büyük bir tehdit unsuru olan hidrokarbon sondaj çamurunun, bertaraf ve yeniden kullanım alternatifi olarak çimento ile solidifikasyon/stabilizasyon (S/S) prosesinin uygulanabilirliği ve üretilen katılaştırılmış materyalin inşaat sektöründe kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Uygulanan bertaraf yöntemi ne olursa olsun atıkların depolanması kaçınılmaz nihai bertaraf yöntemidir. Çalışma kapsamında ele alınan bir diğer konu da sondaj çamurunun ve S/S prosesi sonucu üretilen materyalin Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik kapsamında depolanabilirliğinin değerlendirilmesidir.
Çalışma kapsamında, sondaj çamurun farklı oranlarda çimento ile ikameli olarak kullanılmasıyla elde edilen harç numunelerinin 28 günlük kür süresi sonunda dayanım deneyleri yapılarak en iyi dayanımı veren karışımın belirlenmesi amaçlanmıştır. Tüm karışımlardan elde edilen harç örneklerinin sızma testine tabi tutulması ile çevresel açıdan en iyi sonucu veren karışım oranı tespit edilmesi yolunda çalışılmıştır. Böylelikle S/S prosesinin, hem söz konusu materyalin dayanıma hem de kirletici konsantrasyonlarının azaltılmasına nasıl bir etki yaptığı belirlenmiştir.
Bu çalışma, Namık Kemal Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri NKUBAP.06.GA.17.100 protokol numaralı ve “Hidrokarbon Sondaj Atık Çamurunun Arıtımı, Geri Kazanımı ve İnşaat Sektöründe Tekrar Kullanımı” başlıklı proje kapsamında yürütülmüş ve sonuçlandırılmıştır.
ii İÇİNDEKİLER
İÇİNDEKİLER ...ii
ŞEKİL LİSTESİ... iii
TABLO LİSTESİ ... iv
ÖZET ... v
ABSTRACT... vi
1. GİRİŞ ... 1
2. LİTERATÜR ÇALIŞMASI ... 3
3. MATERYAL VE YÖNTEM ... 12
3.1 Materyal Temini ve Karakterizasyonu ... 12
3.2 HSAÇ’nun Kurutulması ... 13
3.3 Harç Numunelerinin Hazırlanması ... 13
3.4 Taze ve sertleşmiş harç deneyleri ... 14
3.4.1 Yayılma deneyi ... 14
3.4.2 Ultrases geçiş hızı deneyi ... 14
3.4.3 Eğilme ve basınç dayanımı deneyi ... 14
3.4.4 Su emme deneyi ... 15
3.5 Sızma Testleri ... 15
4. ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA ... 17
4.1. Hidrokarbon sondaj çamuru (HSÇ) Karakterizasyonu ... 17
4.2 Sertleşmiş Harç Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi ... 20
4.3 Sızma Testi Sonuçlarının Değerlendirilmesi ... 31
4.4 Katılaştırılmış Örneklerin Depolanabilirliğinin Değerlendirmesi ... 48
4.5 Taze ve sertleşmiş harç deneyleri ... 48
4.5.1 Yayılma deneyi ... 48
4.5.2 Ultrases geçiş hızı deneyi ... 48
4.5.3 Eğilme ve basınç dayanımı deneyi ... 49
4.5.4 Su emme deneyi ... 50
5. SONUÇLAR ... 52
KAYNAKLAR ... 53
iii ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 4. 1 Şahit (çamur ilavesiz) Katılaştırılmış Orneğin SEM Görüntüsü ... 20
Şekil 4. 2 Kuru HSÇ’nun SEM Görüntüsü ... 21
Şekil 4. 3 %8 Yaş Çamur İkameli Katılaştırılmış Örneğin SEM Görüntüsü ... 22
Şekil 4. 4 %8 Yaş Çamur İkameli Katılaştırılmış Örneğin SEM Görüntüsü ... 23
Şekil 4. 5 Şahit (çamur ilavesiz) Katılaştırılmış Orneğin XRD Patern Çekim ... 24
Şekil 4. 6 Yaş HSÇ’nun XRD Patern Çekim ... 24
Şekil 4. 7 Kuru HSÇ’nun XRD Patern Çekim ... 25
Şekil 4. 8 %8 Yaş Çamur İkameli Katılaştırılmış Örneğin XRD Patern Çekim ... 25
Şekil 4. 9 %8 Yaş Çamur İkameli Katılaştırılmış Örneğin XRD Patern Çekim ... 26
Şekil 4. 10 Kuru numuneden üretilen numunelerin ultrases geçiş hızı ... 27
Şekil 4. 11 Yaş numuneden üretilen numunelerin ultrases geçiş hızı ... 27
Şekil 4. 12 Kuru numuneden üretilen numunelerin eğilme dayanımı ... 28
Şekil 4. 13 Yaş numuneden üretilen numunelerin eğilme dayanımı ... 28
Şekil 4. 14 Kuru numuneden üretilen numunelerin basınç dayanımı ... 29
Şekil 4. 15 Yaş numuneden üretilen numunelerin eğilme dayanımı ... 30
Şekil 4. 16 Kuru numuneden üretilen numunelerin su emmesi ... 30
Şekil 4. 17 Yaş numuneden üretilen numunelerin su emmesi ... 31
Şekil 4. 18 Sızma Testi Arsenik Sonuçları ... 32
Şekil 4. 19 Sızma Testi Baryum Sonuçları ... 33
Şekil 4. 20 Sızma Testi Kadminyum Sonuçları ... 34
Şekil 4. 21 Sızma Testi Krom Sonuçları ... 35
Şekil 4. 22 Sızma Testi Bakır Sonuçları ... 36
Şekil 4. 23 Sızma Testi Cıva Sonuçları ... 37
Şekil 4. 24 Sızma Testi Nikel Sonuçları ... 38
Şekil 4. 25 Sızma Testi Molibden Sonuçları ... 38
Şekil 4. 26 Sızma Testi Kurşun Sonuçları ... 39
Şekil 4. 27 Sızma Testi Antimon Sonuçları... 40
Şekil 4. 28 Sızma Testi Selenyum Sonuçları ... 41
iv TABLO LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 2.1 S/S Prosesinin Genel Kirletici Grupları Üzerindeki Etkinliği (Salihoğlu, 2007) .... 7
Tablo 2. 2 S/S ürünlerinin değerlendirilmesinde yaygın olarak kullanılan fiziksel ve kimyasal testler (EPA 1989, EPA 1993) ... ….9
Tablo 2. 3 Ektraksiyon test koşullarının karşılaştırılması (EPA 1989, EPA 1993) ... 10
Tablo 3. 1 Çimentonun Fiziksel, Kimyasal ve Mekanik Özellikleri...12
Tablo 3. 2 Kurutulmuş HSAÇ için harç karışım oranları ... 13
Tablo 3. 3 Çalışma kapsamında yapılan analizler ve analiz yöntemleri ... 16
Tablo 4. 1 Yaş HSÇ’nun Kimyasal Bileşenleri ……………….17
Tablo 4. 2 Kuru HSÇ’nun Kimyasal Bileşenleri ………17
Tablo 4. 3 Şahit Örneğin Kimyasal Bileşenleri ……….…18
Tablo 4. 4 Yaş ve Kuru HSÇ’nun BTEX, PCBs ve mineral yağ ………19
Tablo 4. 5 Şahit Örnek ve Yaş ve Kuru HSÇ TOK, ÇOK, TÇK ve İletkenlik Değerleri …19 Tablo 4. 6 %8 Yaş Çamur İkameli Katılaştırılmış Örneğin Kimyasal Bilenleri …………... 43
Tablo 4. 7 %8 Kuru Çamur İkameli Katılaştırılmış Örneğin Kimyasal Bilenleri …………. 43
Tablo 4. 8 %8 Yaş ve Kuru HSÇ İkameli Örneklerin BTEX, PCBs ve Mineral Yağ İçerikleri ………44
Tablo 4. 9 %8 Yaş ve Kuru HSÇ İkameli Örneklerin TOK, ÇOK, TÇK ve İletkenlik Değerleri ………44
Tablo 4. 10 Depolanabilirlik Sınır Değerleri………. 45
Tablo 4. 11 Sondaj Çamurunun, Sondaj Çamur İlavesi Yapılmış Olan Harç Numunelerinin Sızma Testi Sonuçlarının Depolanabilirlik Kriterlerine Göre Değerlendirilmesi ………….47
Tablo 4. 12 Katkı oranına göre harç ultrases geçiş hızı değerlerine ait açıklayıcı istatistikler ………48
Tablo 4. 13 Katkı oranına göre harç numunelerinin ultrases geçiş hızı değerlerine ilişkin varyans analizi (ANOVA) sonuçları ………..48
Tablo 4. 14 Katkı oranına göre harç numunelerinin eğilme dayanımı değerlerine ait açıklayıcı istatistikler ………..49
Tablo 4. 15 Katkı oranına göre harç numunelerinin eğilme dayanımına değerlerine ilişkin varyans analizi (ANOVA) sonuçları……….. 49
Tablo 4. 16 Katkı oranına göre harç numunelerin basınç dayanımı değerlerine ait açıklayıcı istatistikler ………..49
Tablo 4. 17 Katkı oranına göre harç basınç dayanımı değerlerine ilişkin varyans analizi (ANOVA) sonuçları………... 50
Tablo 4. 18. Katkı oranına göre harç numunelerinin su emme değerlerine ait açıklayıcı istatistikler ………... ………..50
Tablo 4. 19. Katkı oranına göre harç numunelerinin su emme değerlerine ilişkin varyans analizi (ANOVA) sonuçları ………... 51
v ÖZET
Bu çalışmada, hidrokarbon sondajı sonucu oluşan atık sondaj çamurlarının çimento ile solidifikasyon/stabilizasyon yöntemi uygulanarak arıtılması ve geri kazanımı araştırılmıştır.
Trakya Bölgesinde hidrokarbon arama ve çıkarma çalışmaları sırasında ortaya çıkan su bazlı hidrokarbon sondaj atık çamuru kullanılmıştır. kurutularak ve kurutulmadan, farklı oranlarda çimento ile ikameli olarak çimento bazlı solidifikasyon/stabilizasyon (S/S) prosesine tabi tutulmuştur. Çalışmanın ilk aşamada S/S prosesi uygulaması ile üretilmiş olan katı materyalin dayanım ve dayanıklılık özellikleri belirlenerek inşaat yapı malzemesi olarak kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. İkinci aşamada söz konusu materyalin içeriğinde bulunan kirleticilerin sıvı ortama geçişleri incelenmiş ve çevresel etkileri ortaya konulmuştur. Böylelikle S/S prosesinin, hem söz konusu materyalin dayanımına hem de kirletici konsantrasyonlarının azaltılmasına etkileri belirlenmiştir.
Çalışma kapsamında ele alınan bir diğer konu da sondaj çamurunun ve S/S prosesi ile üretilen materyalin Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik kapsamında depolanabilirliğinin değerlendirilmesidir. Çalışma sonuçlarına göre sondaj çamurunun inşaat yapı malzemesi olarak geri kazanımı ve bertarafı ortaya konulmuştur.
Anahtar Kelimeler: Bertaraf, Harç, Sondaj Çamuru, Sızma Testi, Solidifikasyon/Stabilizasyon
vi ABSTRACT
In this study, the treatment and recovery of drilling waste sludge occuring from exploration and exploitation of hydrocarbons in the Thrace Region. Wet and dried drilling sludges were used in cement-based solidification / stabilization (S / S) process with different portion of cement. In the first stage of the study, strength and durability properties of the solid material produced by the S / S process application were determined and its usability as a building material was evaluated. In the second step, the leaching of the pollutants from the content of the material to the liquid medium was investigated and the environmental effects were determined. Thus, it has been determined how the S/S process has both an effect on the resistance of the material and reduction in the concentration of contaminants.
Another subject covered in the scope of the study is the assessment of the disposability of the drilling sludge and the materials produced with S/S process in accordance with the Regulation on the Sanitary Landfilling of Wastes. According to the results of the study, the recovery of drilling sludge as a construction building material and disposal of drilling sludge were determined.
Keywords: Dispose, Mortar, Drilling Sludge, Leaching Test, Solidification/Stabilization
1 1. GİRİŞ
Hızla artan dünya nüfusuna paralel olarak insanoğlunun yakıt ihtiyacında da artış meydana gelmiş ve bu durum petrol ve doğal gaz yani hidrokarbon arama ve sondaj çalışmalarının sayılarının her geçen gün artmasına yol açmıştır. Söz konusu faaliyetlerinin artması ile bu faaliyetler sonucu ortaya çıkan atıkların çeşitlerinin ve miktarlarının ve bunun sonucu olarak da çevre kirliliği sorunlarının artmasına sebep olmuştur. Katı atıkların çevreye olumsuz etkileri, gerekli alt yapının en kısa zamanda tamamlanmasını zorunlu kılmaktadır. Bu nedenle atıkların entegre bir atık yönetim sistemi çerçevesinde değerlendirilmesi gerekir.
Entegre katı atık yönetimi dahilinde atık yönetim hiyerarşisinin ilk adımlarını atık miktarının azaltılması ve oluşan atıkların uygun yöntemler uygulanarak geri kazanılması/tekrar kullanılması oluşturmaktadır. Bu amaçla oluşan atıkların farklı sektörlerde hammadde olarak kullanılması oluşan atıkların hem ekonomik bir kaynak olmasını sağlamakta hem de bertaraf edilecek atık miktarını düşürmektedir. Böylelikle atıkların bertaraf maliyetleri düşecek ve daha az miktarda atığın bertarafı çevresel sorunların da azalmasında etkin rol oynayacaktır.
Petrolün ve/veya doğalgazın bulunmasından tüketime sunulmasına kadar geçen süreçte; arama, sondaj, üretim, taşıma, depolama ve rafinasyon işlemleri yer almaktadır. Tüm bu işlemler sırasında; değişik kimyasal maddeler ve tekniklerin kullanılması sonucunda katı, sıvı ve gaz atıklar üretilmektedir. Sondajı faaliyetleri sırasında ortaya çıkan atıklardan en önemlisini sondaj çamuru atıkları oluşturmaktadır. Sondaj faaliyeti sırasında, kesilen zemin yapılarının yeryüzüne taşınmasını sağlamak ve diğer özel amaçlar için sondaj sıvısı kullanılmaktadır. Sondaj sıvısı, fiziksel ve kimyasal özelliklerini kontrol altında tutmak için çok çeşitli organik, inorganik ve anti bakteriyel kimyasal maddeler ilave edilerek hazırlanmaktadır. Sondaj işlemi sonucunda, sondaj sıvısı, kesilen zemin parçaları ile karışık olarak yüzeye alınmakta ve sondaj çamurunu oluşturmaktadır. Sondaj çamurları, Ülkemiz mevzuatında, 02.04.2015 tarih ve 29314 sayılı Resmi Gazete’de yayımlanarak yürürlüğe giren Atık Yönetimi Yönetmeliğine göre, 01 05
“Madenlerin aranması, çıkarılması, işletilmesi, fiziki ve kimyasal işleme tabi tutulması sırasında ortaya çıkan atıklar - Sondaj Çamurları ve Diğer Sondaj Atıkları” bölüm kodu ile tanımlanmakta ve tehlikelilik özellikleri ve konsantrasyonlarına göre kesin tehlikeli veya muhtemel tehlikeli atık olarak ifade edilebilmektedir. Mevcut durumda sözkonusu atıkların geri kazanımı ile ilgili herhangi bir bir çalışma yapılmamaktadır. Bu bağlamda, hidrokarbon sondaj atık çamurlarının geri kazanılması ve bertarafı amacıyla uygun yöntemlerin belirlenmesi önem teşkil etmektedir.
Oluşabilecek kirliliğin azaltılması ve atıkların tekrar kullanılması amacıyla, atıkların solidifikasyon/stabilizasyon prosesi ile çeşitli katkılar kullanılmak suretiyle katılaştırılarak inşaat yapı malzemesi üretiminde kullanılması günümüzde yaygınlaşmakta olan ve pek çok araştırmacı tarafından incelenen bir yöntemdir. Bu yöntemde, atık bünyesindeki kirleticiler katılaştırılmış materyalde sabitlenir. Atık yönetimi kapsamında hangi yöntem uygulanırsa uygulansın nihai bertaraf yöntemi olarak atıkların depolanması kaçınılmazdır.
Solidifikasyon/stabilizasyon yöntemi ile atık bünyesindeki kirleticiler katılaştırılmış materyalde sabitlenmiş, atık stabil hale gelmiş ve bu şekilde atıkların doğaya verebilecekleri zarar engellenmiş olur. Ayrıca, atık malzemelerin çimento ile yer değiştirerek kullanılması hem dayanımı arttırabilmesi hem de ekonomik olması açısından olumlu kazanımlar sağlamaktadır.
2
Bu çalışmada, hidrokarbon sondaj atık çamurlarının (HSAÇ) arıtımı ve geri kazanımı amacıyla solidifikasyon/stabilizasyon yönteminin uygulanabilirliğinin araştırılmıştır. Çalışmanın amaç ve hedefleri aşağıda özetlenmiştir:
• Hidrokarbon (petrol ve doğalgaz) arama çalışmaları sonucunda oluşan atık çamurların uygun olmayan bertafları hava, su ve toprakta çevre kirliliğine neden olmaktadır. Bu çalışma ile önemli bir kirletici kaynağının S/S yöntemi ile arıtılabilirliği araştırılmıştır.
• Çalışma, Trakya Bölgesindeki hidrokarbon sondaj atık çamurlarının S/S yöntemi ile arıtılarak bölgesel bir sorunun çözümü konusunda uygulanabilecek sonuçlar ortaya koymayı hedeflemiştir.
• Bu çalışma, aynı zamanda benzer jeolojik formasyona sahip bölgelerde de uygulanabilecek sonuçlar ortaya koymayı amaçlanmıştır.
• Çalışmada, sondaj çamuru kurutularak ve kurutulmadan kullanılması durumunda arıtılabilirliği ve geri kazanılabilirliği araştırılmıştır. Çamurun kurutulmadan kullanılabilir olması hem sıvı kısmın arıtımını hem de kurutma maliyetlerinin önüne geçilmesini sağlayacaktır.
• Söz konusu çamurların arıtılırken aynı zamanda inşaat yapı malzemesi olarak kullanılabilirliği incelmiştir. S/S prosesi sonucunda üretilen katılaştırılmış ürünlerin, yapı malzemesi olarak kullanımının çevresel etkisinin olup olmayacağı incelenmiştir.
• Atık çamurun inşaat yapı malzemesi amaçlı değerlendirilmesi, çevreye verdiği zararın önüne geçilmesi, depolama alan ihtiyacının azalması ve böylece atık bertarafından kaynaklanan çevresel sorunların önlenmesine katkı sağlayacaktır.
• Çimento yerine atık çamurun ikameli olarak kullanılması ile ülke ekonomisine önemli bir katkı sağlanabilecektir.
• S/S yöntemi sonrasında çıkan ürünlerin, yapı malzemesi olarak kullanımlarının uygun olmaması durumunda katılaştırılmış ürünlerin ülkemizdeki yasal düzenlemeler gereğince depolama alanlarındaki depolanabilirliği ve muhtemel çevresel etkileri değerlendirilmiştir.
3 2. LİTERATÜR ÇALIŞMASI
Artan nüfus, kentleşme ve teknolojik gelişmelerden dolayı yaşam standartları artmakta ve buna bağlı olarak atık miktarı ve türü artış göstermektedir. Endüstriyel faaliyetler, madencilik ve insan aktiveleri atık miktarının artmasında ve atık türünün değişmesinde etkin rol oynamaktadır. Oluşan atıklar çevre sorunlarını da beraberinde getirmekte ve insan sağlığı üzerinde olumsuz etkiler yaratabilmektedir. Bu atıklar, depolanmaları durumunda içerdikleri yüksek kirletici konsantrasyonlardan dolayı yeraltı suyuna karışarak canlı sağlığını tehdit etmektedir.
Hızla artan dünya nüfusuna paralel olarak insanoğlunun yakıt ihtiyacında da artış meydana gelmekte, bu da dünyada petrol ve doğal gaz sondajlarının sayılarının her geçen gün artmasına yol açmaktadır. Söz konusu sondaj faaliyetlerinin artması, beraberinde sondaj faaliyetleri sırasında ortaya çıkan atıklardan kaynaklanan çevre kirliliği sorunlarının artmasına sebep olmaktadır.
Söz konusu çevresel sorunların yaşanmasına katkıda bulunan etkenlerden biri de hidrokarbon arama, sondaj ve üretim çalışmalarıdır. Her ne kadar söz konusu faaliyetlerin, ekonomiye olan olumlu katkıları olsa da doğal çevre üzerinde olumsuz etkileri nedeniyle birçok sorunun kaynağıdır. Petrolün ve/veya doğalgazın bulunmasından tüketime sunulmasına kadar geçen süreçte; arama, üretim, taşıma, depolama ve rafinasyon işlemleri yer almaktadır. Tüm bu işlemler sırasında; değişik kimyasal maddeler ve tekniklerin kullanılması sonucunda katı, sıvı ve gaz atıklar üretilmektedir.
Petrolle birlikte üretilen ve daha sonra ayrıştırılan suyun yüksek oranda tuz ve emülsiyon halinde bulunan petrol içermesi, petrol veya doğal gaz ile birlikte üretilerek ayrıştırılan bu tuzlu suyun tahliyesi, petrolle birlikte üretilen formasyon suları, sabotajlar ve boru hatlarındaki kaçaklar nedeniyle oluşan ham petrol döküntüleri, petrolün yer aldığı kayaçta bulunan ağır metaller, hatta bazı durumlarda radyoaktif maddeler ve çeşitli bakteriler, karada hidrokarbonların çıkartılması işlemleri esnasında kullanılan sondaj sıvıları, içlerinde petrol, dizel ve çok çeşitli kimyasal katkı maddeleri, sondaj esnasında petrol ve doğal gazın kontrolsüz olarak akması ve ayrıca boru hatlarında oluşan hasarlar çevre kirliliğinin oluşmasında etken rol oynamaktadır. (BP, 2015; DPT, 2007; DPT, 2001; Dirik, 2006).
Arama, sondaj ve üretim faaliyetlerinde kullanılan sıvıların yeraltındaki tatlı su rezervuarlarına karışması, kullanılabilir su rezervlerini kirletebilmektedir. Sondaj esnasında petrol ve doğal gazın kontrolsüz olarak akması ve ayrıca boru hatlarında oluşan hasarlar, toprakta ve atmosferde kirlenmelere yol açmaktadır Bunun dışında, hidrokarbon sondaj çalışmaları sırasında açığa çıkan ve öldürücü bir gaz olan H2S, bu tür kazalarda çevrede bulunanların da sağlığını ciddi şekilde tehdit edebilmektedir. (Tüccar, 2011; OGP/IPIECA, 2009; JMO, 2001).
Hidrokarbon arama çalışmaları; hidrokarbon kaynaklarının varlığını belirlemek amacıyla, jeofizik yöntemlerin kullanılmasından, arama kuyusu açılmasına kadar olan süreci kapsar.
Bu süreç içerisinde özellikle sondaj çalışmaları sonucu olarak önemli ölçüde katı (kayaç kesintileri ve kırıntıları) ve sıvı (sondaj sıvısı/çamuru) atıklar ortaya çıkmaktadır.
Sondaj sırasında geçilen kayaç katmanlarda ağır metaller (cıva, kadmiyum, çinko, molibden, bakır, krom vb) bulunabilmektedir. Bu tür kayaçların sondajı sonucu ortaya çıkan kesintiler, sondaj sıvısıyla yeryüzüne aktarılırlar. Bu kesintilerden arındırılmamış sondaj sıvısının atılması da kirlilik oluşturur. Örnek vermek gerekirse, yüksek basınçlı formasyon kuyularında, sondaj sıvısının % 35’i kadar barit, basıncı karşılamak üzere ilave edilir.
4
Basıncı karşılamak üzere eklenen barit, kullanıldığı oranda çevresel kirlilik yaratır. Bunun sebebi kadmiyum, civa ve kurşun gibi ağır metaller içermesidir. Kullanılacak baritin içindeki bu ağır metallerin miktarının daha az olmasına dikkat edilmesi çevresel açıdan gereklidir.
Sondaj sıvı türleri arasında özellikle petrol bazlı sondaj sıvılarının çevre kirliliği açısından çok sakıncalı olduğu araştırmalarda yer almaktadır. En basit bileşenleri mazot, tuzlu su ve barit olarak sıralanabilir. Mazot ve baritin çevreye olan olumsuz etkilerine ek olarak tuz yoğunluğu da yüksek olan bu atıklar; toprağın verimliliğini azaltmakta ve bitki örtüsünü olumsuz etkilemektedirler (Kılıç ve diğ., 2013).
Kirliliğin en yoğun olduğu alanlar kullanılmış sondaj sıvılarının toplandığı atmosfere açık havuzlardır. Bu havuzların altındaki yer altı su kaynaklarından alınan su örneklerinde, normal değerlerin çok üstünde ağır metal konsantrasyonlarına ulaşıldığı literatürde de yer almaktadır. Sondaj atıklarının işlenmesi ve arıtımı için kullanılan yöntemler genel olarak, sudan ayırma ve gömme (en ucuz yöntem: buharlaştırarak ayırma), açıkta depolama (su bazlı sıvılar için geçerli), atıkların katılaştırılması (çimentolaştırıcılarla karıştırma ve kurutma), yakma ve biyolojik işlemlerdir (Kılıç ve diğ, 2013) Üretim çalışmaları, varlığı belirlenmiş kaynakların ekonomik olarak değerlendirilmesine yönelik olarak bir alanda birden fazla kuyunun üretime açılması çalışmalarını ve üretimi artırıcı çalışmaları kapsamaktadır. Üretim kuyularının en önemli atık maddesi olarak petrolle birlikte üretilen formasyon suyu olarak gösterilmektedir. Formasyon sularının içindeki bileşenler, hidrokarbonlar, ağır metaller, radyoaktif maddeler, tuzlar ve çözünmüş gazlar içerebilmektedir. Formasyon sularının arıtımı genellikle deniz veya göl gibi doğal su kütlelerine boşaltma veya yeraltında uygun kayaç katmanlarının içine basma şeklinde uygulanır. Bu sulara, çevreye atılmadan önce gerekli arıtma işlemleri uygulanmazsa, önemli ölçüde yeraltı ve yerüstü su kirliliği meydana gelecektir. Bunun sonucunda oluşacak kirlilik ile su kaynakları kullanılmaz hale dahi gelebilir.
Hidrokarbon üretiminde hava kirliliğine ise neden olan en önemli olay olarak ani püskürmeler gösterilmektedir. Püskürme ile birlikte petrol, gaz, çamur ve tuzlu su yayınımı meydana gelir.
Bu kirleticiler rüzgâr tarafından dağıtılarak çevre bitki örtüsünün, sularının ve toprağın kirlenmesine neden olmasının yanında, hidrokarbonlar da doğrudan atmosfere yayılarak hava kirliliğine sebep olur. Su yüzeyinde dağılmış halde bulunan petrolün buharlaşması ile de ilave bir miktar hidrokarbon atmosfere taşınır.
Denizde hidrokarbon üretimi karada hidrokarbon üretimine oranla çevreye zararı daha azdır.
Denizde hidrokarbon üretimi sırasında suyun kirlenmesinin başlıca nedenleri olarak ani püskürme ve taşmalar sonucu yayılan hidrokarbonlar ile kullanılmış suyla atılan hidrokarbonlar gösterilebilir.
Karada üretim sırasında ise bu etkilere ek olarak, yolların yapımı ve kanalların açılması da su kirliliğine yol açar. Yol yapımı bölge suyunun kalitesini etkilerken, kanalların açılması ise geçici olarak bulanıklığın ve çökelti oluşturan madde konsantrasyonunun artmasına yol açar (TPAO) Bu nedenle TPAO(Türkiye Petrolleri A.O) gibi hidrokarbon sondajı yapan şirketler sondaj atıklarının bertarafı konusunda yeni yöntemler araştırma ve geliştirmeye yönelmişlerdir. (Ekizer vd, 2013)
Hidrokarbon sondajı faaliyetleri sırasında ortaya çıkan atıklardan en önemlisini sondaj çamuru atıkları oluşturmaktadır. Sondaj çamuru, sondaj faaliyeti sırasında kesilen zemin yapılarının yeryüzüne taşınmasını sağlamak ve diğer özel amaçlar için kullanılan özel bir sıvıdır. Sondaj sıvısı da denilen sondaj çamurunun hazırlanması esnasında, fiziksel ve kimyasal özelliklerini kontrol altında tutmak için, çok çeşitli organik, inorganik ve anti bakteriyel kimyasal maddeler
5
ilave edilmektedir. Sondaj çamuru kesilen zemin parçaları ile karışık olarak yüzeye alınmakta, kesintiler fiziksel olarak ayrılarak bertaraf edilmektedir.(Ekizer vd., 2013)
Hidrokarbon kaynaklı kirliliğinin toprak ve yeraltı suyundan giderimi için dünya literatüründe kabul gören saha için (in-situ) ve saha dışı (ex-situ) adıyla tanımlanan, yerinde ve yerinden alınarak uygulanan yöntemler mevcuttur. Saha dışı yöntemler; kirlenmiş toprak, moloz malzeme, çamur veya endüstriyel atıklar, tehlikeli maddeler ve atıklar, sahanın dışında kurulan mobil ya da sabit tesislerde, arıtma uygulamalarıdır. Bu yöntem dahilide kullanılan uygulamalar genellikle toprak yıkama, ısıl arıtım, biyolojik arıtım (pompala & arıt teknolojisi), kimyasal arıtım (adsorpsiyon (GAC kullanımı ile), iyon değişimi, organik solventler ya da su bazlı yıkama çözeltilerinin kullanılması, metal ekstraksiyonu, stabilizasyon / solidifikasyon, katı faz kompostlaştırma olarak özetlenebilir (Jamieson ve diğ., 1996) Uygulanabilen saha içi yöntemler ise, toprak buhar ekstraksiyonu, biyoventilizasyon, biyolojik arıtma (biyoremediasyon yöntemleri), vitrifikasyon, yerinde toprak yıkama, toprak karıştırma (solidifikasyon /stabilizasyon), fitoremediasyon, yerinde Isıl desorpsiyon, pompala& arıt yöntemleridir.(Hız, 2015).
Bu çalışma kapsamında, hidrokarbon sondaj atık çamurlarının arıtımı ve geri kazanımı amacıyla çimento bazlı solidifikasyon/stabilizasyon (S/S) prosesinin uygulanması incelenmiştir.
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 atıklar, bağlayıcı maddeler ile karışarak katı forma sahip atık yığınları oluşmakta ve hem kirleticilerin sızma olasılıkları azalmakta hem de suyun neden olduğu işletme problemleri giderilmiş olmaktadır. Bu prosesin, bu amaçlı kullanımdaki en büyük dezavantajı ise atık hacmindeki artıştır.
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.
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
6
ufalanabilir, sıkıştırılabilir bir malzeme tercih edilirken, katılaştırılan matrisin inşaat yapı malzemesi olarak kullanılacak olması durumunda yüksek dayanıma sahip olması tercih edilmektedir.
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).
Çimento ile katılaştırılarak inşaat yapı malzemesi olarak kullanılması işleminin temel prensibi; uygun bir katı ürün elde etmek üzere çimento-atık karışımı içinde çimentonun hidratasyon etkisidir. Kireç, çimento, alçı gibi malzemeler, su eklenmesi ile plastik bir hamur haline gelen ve zamanla plastikliğini kaybedip sertleşen; bağlayıcı özelliği olan malzemelerdir. Başlangıçta bu hamura istenen şekil verilebilir. Belirli bir süre sonra hamur katılaşmaya başlar, plastik şekil değişimi yapma yeteneğini kaybeder. Çimento ile katılaştırma işleminde meydana gelen en önemli olaylar; katı formu oluşturan kalsiyum silikat hidratlarının ve kalsiyum aluminat hidratlarının hidratasyon prosesleri ile kütle içinde bağ yapı oluşturmasıdır. Atık bileşenleri adsorbsiyon ve hapsetme mekanizmaları ile çimento bünyesinde sabitlenebilmektedir (Filibeli 1996). Çimento yüksek pH değerine sahip olduğundan ağır metalleri hapsederek asidik atıkların nötralizasyonunu sağlar. Çimento karışımının pH’sında birçok çok değerlikli katyonlar, çözülmeyen hidroksitlere veya karbonatlara dönüştürülür. Bununla birlikte metal hidroksitleri ve karbonatları sadece dar bir pH aralığında çözünmeyen formdadır ve bunun dışında çözünme ve sızma söz konusu olabilmektedir. Çözünmüş metal iyonları, çözünemeyen hidroksil ve karbonat tuzları formunda kalır. Bu hidroksiller ve karbonat tuzları çimento yapısı içinde kapsüllenir ve hapsedilir. Literatürde yer alan çalışmalar kurşun, bakır, çinko, kalay ve kadmiyumun kimyasal fiksasyon yoluyla yapı içerisinde tutulduğunu, cıvanın ise fiziksel makro kapsülasyonla hapsedilerek, çözünmeyen bileşikler oluşturduğunu göstermiştir (Conner (1990), LaGrega ve diğ. (1994)).
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. 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. 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,
7
talaş ve samandır. 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. 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 hidroksit çamurları gibi inorganik atıkların stabilizayonuna uygulanabilir 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). Tablo 3.1 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).
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
Pestisitler Dioksinler/furanlar
Organik siyanitler Organik korozifler
1 1 2 2 3 3 3 3 3
İnorganik
Uçucu metaller
Uçucu olmayan metaller Asbest
Radyoaktif malzemeler İnorganik korozifler İnorganik siyanitler
2 2 2 2 2 2
Reaktif Oksitleyici
İndirgeyici 2
2
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
8
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 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 pek çok 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 3.2’de özetlenmiştir. Fiziksel testlerden biri olan basınç dayanımı, eksenel basınç yükü etkisi altındaki betonun/harcın kırılmamak için gösterebildiği direnme kabiliyeti, eksenel basınç yükü etkisiyle oluşan maksimum gerilme olarak tanımlanmaktadır.
Beton, harç vb. örneklerde araştırılan dayanım türleri içinde mühendislik uygulamalarında sıklıkla kullanılan basınç dayanımıdır. Bunun nedenleri şu şekilde özetlenebilir:
• Basınç dayanımının belirlenebilmesi için uygulanan deney yöntemleri diğer dayanım türlerinin belirlenebilmesi için uygulanan yöntemlerden daha basittir.
• Hemen hemen tüm yapıların tasarımında basınç dayanımı değeri esas alınmaktadır.
Birçok yapıda çekme, eğilme, yorulma gibi değişik yüklere maruz kalınabiliyor olsa da bunların içinde en önemlisinin basınç yükleri olduğu kabul edilerek hesap yapılmaktadır.
9
• Basınç dayanımı ile çekme ve eğilme dayanımları arasında yaklaşık da olsa bir korelasyon bulunmaktadır. Bu nedenle, basınç dayanımı bilindiği durumlarda diğer dayanım türlerinin büyüklükleri hakkında fikir edinilebilir.
• Basınç dayanımının bilinmesi, örneğin diğer özellikleri hakkında da kalitatif bilgi sağlayabilmektedir. Örneğin, basınç dayanımının yüksek olması, örneğin su geçirimliliğinin az olduğunu ve dayanıklılığın yüksek olduğunu işaret etmektedir.
Numunelere uygulanan bir diğer test eğilmede çekme dayanım testidir. Çekme dayanımı, çekme etkisi yaratacak kuvvetlerin neden olacağı şekil değiştirmelere ve kırılmaya karşı numunenin göstereceği direnme kabiliyeti olarak tanımlanmaktadır. Numunede oluşan çekme kuvvetleri, numunenin çatlamasına ve kırılmasına yol açan en önemli neden olarak kabul edilmektedir.
Kimyasal testler S/S prosesinin tehlikeli atıklar 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 sıvısı ile etkileşime giren stabilize edilmiş atığın partikül boyutu diğer bir değişle yüzey alanıdır (EPA, 1989; Bayraktar, 2011)
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
Partikül boyutu Özgül ağırlık Boya filtre testi Sıvı salma testi (LRT) Atterberg limitleri Porozite testi
Basınç dayanımları Permeabilite testi Sıkışabilirlik testi
Islak/kuru dayanıklılık Donma/erime dayanıklılığı
Kimyasal Testler
Sızma Testleri 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
Sızma testleri, stabilize edilmiş atık kütlesi içindeki kirleticilerin çevreye sızma potansiyellerini belirlemek amacıyla uygulanmaktadır. Uygulanan yöntem ne olursa olsun tüm sızma testlerinde, belirli bir yıkama sıvısı (leachant) ile atığın belirli süreyle teması sağlanarak yıkama sıvısına geçen kirletici miktarları ölçülür. Buradaki en önemli nokta,
10
yıkama sıvıyla teması sağlanan atığın partikül boyutu, diğer bir değişle yüzey alanıdır. Bu nedenle de her bir farklı test prosedüründe kullanılması gereken partikül boyutu farklılık göstermektedir. Tablo 2.3’de ise çeşitli sızma testlerinin ektraksiyon test koşulları karşılaştırmalı olarak verilmiştir.
Tablo 2. 3 Ektraksiyon test koşullarının karşılaştırılması (EPA 1989, EPA 1993) Test
metodu
Ektraksiyon sıvısı Sıvı-katı
oranı Maksimum patikül boyutu
Ektraksiyo
n sayısı Ektraksiyon süresi
TCLP Asetik asit* 20:1 <9,5 mm 1 18 saat
EP Tox 0.04 m ASE 16:1 <9,5 mm 1 24 saat
MEP EP Tox ile aynı, sonra sentetik asit yağmuru (ağırlıkça
%60 sülfürik asit/
%40 nitrik asit karışımı)
20:1 <9,5 mm 9 veya daha fazla
Her ekstraksiyon
için 24 saat
ANS 16:1
Distile su Hacim yüzey alanına oranı 10 cm
Monolit uzunluğunun çapa pranı 0,2
ile 5 arasında değişebilir
12 Sızıntı suyu 2,7 saatte ve 1, 2, 4, 5, 14, 28, 43
ve 90 günde yenilenebilir.
Denge sızdırma
testi
Distile su 4:1 150 µm 1 7 gün
Kesikli sızdırma
testi
Asidite değeri artan 5 farklı ekstraksiyon sıvısı
16:1 ile 40:1 arasında değişebilir
150 µm 5 2 ile 24 saat
arasında değişir.
ANC Ekivalent miktarı artan nitrik asit
çözeltisi
3:1 150 µm 10 48 saat
SPLP Ağırlıkça %60 sülfürik asit/ %40 nitrik asit karışımı (distile su ile pH ayarlama: 4,2 veya
5,0)
20:1 <9,5 mm 1 12 saat
İki farklı asedik asit çözeltisi kullanılır: 1) pH= 4,93±0,05 2) pH=2,88±0,05 Literatürde mevcut pek çok çalışmada hidrokarbon sondaj atık çamurlarının solidifikasyon/stabilizasyon yöntemiyle arıtımı ve bertarafı konusu çalışılmıştır. Bu çalışmalarda çamurun tekbaşına veya farklı atıklarla karıştırılarak kullanımı incelenmiştir.
Hidrokarbon atık çamurlarının yüksek karbonlu santral uçucu külü (Leonard ve Stegemann, 2010a); puzolanik uçucu kül, kireç ve çimento (En iyi sonucun elde edildiği oranın % 20 kireç,% 10 uçucu kül ve% 5 çimento olduğu belirlenmiştir.) (Tuncan ve diğ., 2000); kireç, montmorillonit, diyatomit, sepiyolit ve uçucu kül (En iyi sonucun elde edildiği oranın çimento:uçucu küllü:sodyum sülfat oranının 2: 1: 1 olduğu belirlenmiştir.) ( Xi de diğ., 2014); % 8,% 9,% 10,% 11,% 12 ve % 13'lük oranlarında bitkisel yağ ve petrol çamuru karışımı (Kogbara ve diğ., 2016) ile S/S prosesine tabi tutulduğu görülmüştür. Çalışmalarda bağlayıcı olarak fosfoiksim (Ablieieva ve Plyatsuk), % 30 portland çimentosu ve % 8,% 9,%
11
10,% 11,% 12 ve % 13'lük oranlarında bitkisel yağ ve petrol çamuru karışımı (Kogbara ve diğ., 2016), 2: 1, 3: 1, 4: 1 sondaj atığı ve bağlayıcı (Opete ve diğ.)
Sondaj atıklarının S/S ile arıtılabilirliği için, portland çimentosu (CEM I) ve organik kirleticiler için yeni bir adsorban olan yüksek karbon yakma tesisi uçucu külü birlikte kullanılmıştır. Atık-bağlayıcı oranı, bağlayıcı formülasyonu, kür zamanının etkisini belirlemek içeren S/S ürününün basma dayanımı, hidrolik iletkenlik, porozite, sızıntı pH’ı ve asit nötralizayon kapasitesi gibi bağıl değişkenler ile faktöriyel dizayn deneyi yapılmıştır.
Sonuçlara göre tüm değişkenler, S/S ürününü önemli şekilde etkilemektedir. Sondaj atığı ve kül eklenmesi dayanımı düşürmüştür, fakat kül eklenmesi ile şahit numuneye göre hidrolik iletkenliğin arttığı belirlenmiştir (Leonard ve Stegemann, 2010a).
Sondaj atıklarının S/S’u ile ilgili az sayıda çalışma mevcuttur. Al-Ansary ve Al-Tabbaa (2007) tarafından yürütülen çalışmada, çeşitli bağlayıcılarla sondaj atıklarının S/S’u denenmiştir. Çalışmada EN 12457 kesikli ekstraksiyonunda klorür ve petrol tehlikeli olmayan atıkların depolanması için UK kabul kriterlerini karşılamaktadır. Bir diğer çalışmada (Yuan ve diğ., 2009), petrol sondaj atıkları çimento, kireç ve kül ile katılaştırılmış ve basınç dayanımı ve permeabilite artmış, fakat klorürlerin sızması değerlendirilmemiştir.
Joshi ve diğ, (1995) sondaj atıklarından yağ ve benzin çamurlarının ve hidrokarbonların çimento, kül, kireç ve sodyum silikat ile S’S’ini değerlendirmiş, fakat hidrokarbon veya metal sızması incelenmemiştir.
Leonard ve Stegemann (2010b), bir başka çalışmasında aynı şartlarda üretilen S/S materyalinin, metal, klorür ve hirokarbon sızma durumunu da incelemişlerdir. Tüm S/S ürünlerinde sızıntı pH’ı ve asit nötralizasyon kapasitesi aside karşı yüksek dayanıklılık gösteren kalsiyum-silikat-hidrat bazlı matrix oluşumunu ve sondaj atığının olumsuz etkisinin oldukça az olduğunu göstermiştir. Amfoterik metallerin pH’tan oldukça etkilendiği belirlenmiştir. Tüm çalışma şartları ayrıca klorürlerin, hidrokarbonların sızma durumunu da etkilemiştir. Kül eklenmeksizin çimento eklenmesi, klorürlerin immobilizasyonunda daha etkili olmuştur. Fakat genel olarak klorür immobilizasyonunun tüm denemelerde zayıf olduğu belirlenmiştir. Kül eklenmesi hidrokarbonların sızıntısını oldukça azaltmıştır. S/S ürünlerinden ve ham sondaj atığından kg başına mg olarak kirletici sızıntısının karşılaştırılması sonucu, hidrokarbon ve klorürlerin immobilize olduğu açık bir şekilde kanıtlanmıştır. Çalışma sonuçları, külün organik kontaminantların immobilizasyonunu geliştirdiğini ve organik atıkların S/S’i için pahalı olmayan bir bağlayıcı olabileceğini göstermiştir. Sadece portland çimentosu ile S/S edilmiş üründen organik kirleticilerin sızması sadece bazı çalışmalarda araştırılmıştır. Örneğin dinamik sızma testi nispeten yüksek PAH, metanol ve kloranilin sızıntısı meydana getirmiştir.
Bir diğer çalışmada (Mulder ve diğ., 2001) , TCLP ile sızıntı analizinde standartların üzerinde PAH rapor edilmiştir. Bir başka çalışmada, TCLP’de 0’e kadar fenol sızıntısı belirlenmiştir.
Hatta bir çalışma, alkanlar ve PAH içeren rafineri çamurunda artan çimento oranlarında kesikli ekstraksiyon sonrası, S/S öncesi duruma göre daha fazla konsantrasyonlara rastlanmıştır.
12 3. MATERYAL VE YÖNTEM
3.1 Materyal Karakterizasyonu
Bu çalışmada su bazlı sondaj sıvıları kullanılması durumlarında oluşan hidrokarbon sondaj atık çamurları (HSAÇ) materyal olarak kullanılmıştır. Materyal, Türkiye Petrolleri’nin (TP) Trakya Bölgesi’nde yürüttüğü hidrokarbon sondaj işlemleri sonucunda oluşmaktadır. Temin ettiğimiz hidrokarbon sondaj atık çamurunu aldığımız bölgenin jeolojik özellikleri Trakya havzasında Eosen ile başlayan sedimanter istif, beş farklı temel üzerinde yer almaktadır. Bunlar batı da Rodop masifi, kuzeyde Istranca masifi, yine kuzeyde Üst Kretase Volkanikleri (Yemişliçay Formasyonu), doğuda istanbul Paleozoik sedimanları, güneyde Sakarya Zonu ve İntra –Pontid Sütur Zonlarıdır. Çalışma sahasında ise Temeli Istranca metamorfikleri oluşturmaktadır.
Çalışma kapsamında kullanılan diğer bir materyal çimentodur. Harç üretiminde, TS EN 197- 1 (2012) standardına uygun olan Akçansa çimento fabrikasından temin edilen CEM I 42.5 çimentosu kullanılmıştır. Kullanılan çimentonun fiziksel ve kimyasal ve mekanik özellikleri Tablo 3.1’de verilmiştir.
Tablo 3. 1 Çimentonun Fiziksel, Kimyasal ve Mekanik Özellikleri
Birim Değer
KİMYASAL ANALİZ
Çözünmez Kalıntı % 0,29
SO3 % 3,25
Kızdırma Kaybı % 1,85
Cl- % 0,0421
Özgül Ağırlık g/cm3 3,14
Priz süresi Başlama dak 126
FİZİKSEL ANALİZ Bitiş dak 199
Hacim Genleşmesi mm 1
Özgül Yüzey- cm2/g 3530 İncelik 45µm elek kalıntısı % 3,7
90µm elek kalıntısı % 0,3
DAYANIM DENEYLE Rİ
Mekanik Özellik
Erken Dayanım MPa 30,4
Erken Dayanım MPa 43,5
Standard Dayanım MPa 55,7
Rilem kumu ise çalışmada kullanılan diğer materyaldir. Harç yapımında Limak Çimento San. ve Tic. A.Ş. Trakya Çimento Fabrikasında üretilmiş olan ve TS-EN 196-1 Standartlarına uygun CEN standart rilem kumu kullanılmıştır.
Çalışma kapsamında öncelikli olarak kullanılacak olan materyallerin pH, nem içeriği, kızdırma kaybı, elektrik iletkenliği, çözünmeyen kalıntı, metal konsantrasyonları (As, Ba, Cd, Cr toplam, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn), yarı kantitatif element analizi, SEM analizi
Biçimlendirilmiş: Yazı tipi: 12 nk, Kalın Değil
13
ve mineralojik içerikleri belirlenmiştir. Bu amaçla yapılan analizler ve analiz yöntemleri Tablo 3.2’de belirtilmiştir.
Sızma testlerinde kullanılacak eluatlar, TS-EN 12457-4 ve EPA 1311 TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) yöntemleri uyarınca hazırlanmıştır.
3.2 HSAÇ’nun Kurutulması
Su bazlı HSAÇ, çalışmada kurutularak ve kurutulmadan olmak üzere iki şekilde kullanılmıştır. HSAÇ’nun kurutulması amacıyla, 25 oC’lik oda sıcaklığının simüle edildiği etüvde sabit tartıma kurutma uygulanmış ve kurutulmuş numune desikatörde muhafaza edilecektir.
3.3 Harç Numunelerinin Hazırlanması
Solidifikasyon mekanizmasında bağlayıcı olarak CEM I 42.5 Portland çimentosu kullanılmıştır. Ayrıca harç üretimi için kum ve su karışımlara eklenmiştir. Belirlenen kür süresi sonunda elde edilmiş numuneler, inşaat yapı malzemesi olarak geri kazanımının irdelenmesi amacıyla dayanım deneylerine tabi tutulmuştur.
Üretilen prizmatik harç örneklerinde, su/çimento oranı 0.50 ve kum miktarı 1350 gr ± 5 gr aralığında sabit tutulmuştur. Temin edilen sondaj atık çamurunun nem içeriğine göre çimento ile farklı oranlarında ikame edilerek harç karışımları hazırlanmıştır. HSAÇ kurutularak ve kurutulmadan diğer bir değişle araziden temin edildiği su içeriği ile kullanılmıştır. Bu aşamada, harç üretiminde kullanılacak olan su miktarı hesaplanırken, çamurun su içeriği dikkate alınarak hesaplama yapılmıştır. Kurutulmadan, yaş halde kullanılan HSAÇ miktarı hesaplanırken önce çamurun su içeriği belirlenmiş ve buna göre Tablo 3.3’de verilen kurutulmuş çamurun katkı oranına denk gelecek karışım oranları hesaplanmıştır.
Çamurun kurutulmadan kullanılması ile hem sıvı kısmın arıtımı sağlanacak hem de kurutma maliyetinin önüne geçilmiştir. Yaş ve kurutulmuş HSAÇ için harç karışım oranları belirlenirken her bir numune için çamur özelliklerine ve su içeriğine göre beşer farklı karışım (ikame) oranı kullanılacaktır. Kurutulmuş çamur katkısı için örnek harç karışım oranları Tablo 3.3 ’de verilmiştir.
Tablo 3. 2 Kurutulmuş HSAÇ için harç karışım oranları
Karışım Kodu
Katkı Oranı,
%
Çimento, g
Sondaj
çamur, g Kum, g Su,
g Bağlayıcı/su,%
KÇ0 0 450 450 1350 225 0.5
KÇ4 4 432 18 1350 225 0.5
KÇ8 8 414 36 1350 225 0.5
KÇ12 12 396 54 1350 225 0.5
KÇ16 16 378 72 1350 225 0.5
KÇ20 20 360 90 1350 225 0.5
Harç numuneleri, Tablo 3.3’de verilen karışım oranları uygulanarak TS EN 196-1’e göre hazırlanmıştır. Numuneler, 40x40x160 mm’lik kalıplara dökülmüş ve 24 saat sonra kalıplardan çıkartılarak 20±1 °C de ki su içerisinde 28 gün süreyle kür edilmeye bırakılmıştır.
14 3.4 Taze ve sertleşmiş harç deneyleri
S/S prosesi sonucunda kür edilen numunelerin yapı malzemesi olarak kullanıma uygunluğunun kontrolü amacıyla Fakültemiz İnşaat Mühendisliği Bölümü Laboratuvarlarında deneylere tabi tutulmuştur.
Kür süresini tamamlayan numuneler üzerinde ise ultrases geçiş hızı, basınç dayanımı, eğilme dayanımı ve su emme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneyler en az üç numune üzerinde yapılmış ve alınan sonuçların ortalama değerleri kullanılmıştır.
3.4.1 Yayılma deneyi
Harç yayılma ölçümleri TS EN 1015-3 Kagir Harcı- Deney Metotları- Bölüm 3: Taze Harç Kıvamının Tayini (Yayılma Tablası ile)‟ standardına uygun bir yayılma tablası kullanılarak yapılmıştır. Kıvam deneyi için araştırma kapsamındaki karışımlar hazırlanarak sarsma tablasının kalıbına iki aşamada tokmak ile yerleştirildikten sonra harcın üst yüzeyi düzeltilip kalıp çekildikten sonra sarsma tablası üzerindeki harç 15 saniyede 12.5 mm yükseklikten 15 defa düşürüp bu işlem sonucunda yayılan taze harcın çapı iki ayrı noktadan ölçülerek ortalaması alınacak, taze harçlara ait kıvam değerleri belirlenmiştir.
3.4.2 Ultrases geçiş hızı deneyi
Beton numunelerde, ASTM C 597-02 (2002) ve BS 1881 Part 203 (1986)‟ya uygun ultrases aleti ile t, μs ses geçiş süreleri ölçülmüştür.
V=l/t (3.1)
Ses geçiş sürelerinin ölçülmesinde mala yüzeyindeki pürüzlerin oluşturduğu boşlukları doldurmak amacı ile numunelerin alt ve üst yüzeylerine vazelin sürülmüş 55 kHz‟lik ses dalgaları gönderen gönderici ve alan alıcı numunenin düzgün yüzeylerine yerleştirilip, direkt iletim yöntemi uygulanarak ses geçiş süresi (t, μs) okunmuştur. Problar yer değiştirilerek ikinci okuma alınmış ve her numune için bu iki okumanın ortalaması alınarak 3.1 bağıntısından yararlanarak ses geçiş hızı (V, km/sn) hesaplanmıştır.
3.4.3 Eğilme ve basınç dayanımı deneyi
Numunelere ait çekme dayanımlarının belirlenmesi amacıyla, kür edilmiş 40x40x160 mm boyutundaki numuneler, üç noktalı eğilme deneyine maruz bırakılmıştır. Çekme dayanımı değerleri 3.2 formülü yardımıyla hesaplanmıştır.
σç=(3*(F∙l))/(2*(b∙h2)) (3.2)
Basınç dayanımı tespiti için ise, numuneler kırma presi yardımıyla eksenel basınca maruz bırakılmıştır. Numunelere ait basınç dayanım değerlerinin hesabı 3.3 ile hesaplanmıştır.
σB=F/A (3.3) Bu bağıntılarda kullanılan semboller,
σç : çekme gerilmesini (N/mm2) σB : basınç gerilmesini (N/mm2) F : uygulanan kuvveti (N)
15 A: Kuvvet uygulanan alan (mm2).
l : Mesnet silindirleri arasındaki uzaklık (mm) b: Prizma kesitinin eni (mm),
h: Prizma kesitinin yüksekliği (mm) temsil etmektedir.
3.4.4 Su emme deneyi
Su emme miktarı ve bağlantılı boşluk miktarı ASTM C 642 “Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete” standardına göre belirlenmiştir. Harç numunelerinin ağırlığı 105 ºC sıcaklıkta kurutulduktan sonra belirlenmiştir (A). Sonraki aşamada, numuneler 21 ºC sıcaklığındaki su içerisinde 48 saat süreyle bekletilecek ve kuru yüzey doygun ağırlığı belirlenmiştir (B). Su emme değeri hesabı 3.4 ile hesaplanmıştır.
Su emme = ((B-A)/A)*100 (3.4)
3.5 Sızma Testleri
Çalışma kapsamında, dayanımları belirlenmiş olan katılaştırılmış örneklerden alınan numuneler üzerinde, çevresel etkilerinin ortaya konulabilmesi amacıyla, su ortamına herhangi bir geçişi olup olmadığının kontrolünü sağlamak adına sızma testleri iki farklı yöntemle yapılmıştır.
Bu yöntemlerden birincisi, EPA 1311 TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) yöntemidir. Bu yöntemde, örnekler boyutları 9,5 mm’den küçük olacak şekilde öğütülecek ve standartta ekstraksiyon sıvısında, sıvı: katı oranı 20:1 olacak şekilde 18 saat süresince 20 oC’de 30 RPM’de ekstrakte edilecek ve süre bitiminde filtre edilerek analizleri için hazır hale getirilmiştir.
Uygulanan ikinci yöntem ise Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik kapsamında Ek 1’de belirtilen TS-EN 12457-4 Atıkların Nitelendirilmesi standardına göre yapılmıştır. Bu yöntemde, partikül boyutu 4 mm den küçük olacak şekilde, sıvı:katı oranı 10 lt/kg olan eluat hazırlanmış ve su ortamına geçen kirletici konsantrasyonları belirlenmiştir.
Çalışma kapsamında yapılan tüm analizler ve analiz yöntemleri Tablo 3.2’de verilmiştir.
16
Tablo 3. 3 Çalışma kapsamında yapılan analizler ve analiz yöntemleri
Materyal
tanımlama S/S prosesi sonrası HSAÇ içermeyen
katılaştırılmış numunede (şahit) yapılacak analizler
S/S prosesi sonrası HSAÇ içeren katılaştırılmış numunede yapılacak analizler
Optimum şartların sağlandığı numunede yapılacak analizler*
Analiz Yöntemi
Metal analizleri (As, Ba, Cd, Cr toplam, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb,
Se, Zn)
Metal analizleri (As, Ba, Cd, Cr toplam, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb,
Sb, Se, Zn)
Metal analizleri (As, Ba, Cd, Cr toplam, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb,
Sb, Se, Zn)
Ekstraksiyon sonrasında ICP Optik Emisyon Spektrofotometrik
Metot (EPA 1311 TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) TS-EN 12457-4 Atıkların Nitelendirilmesi standartlarına göre hazırlana extraklarda)
Nem APHA (1998) Metod No:
2540 G
Uçucu Katı Madde APHA (1998) Metod No:
2540 E
pH APHA (1998) Metod No:
4500
Elektrik iletkenliği Çözünmüş numunede
elektrometrik metot Çözünmeyen
kalıntı TS-EN 192-2
ÇOK (Çözünmüş organik karbon)
ÇOK (Çözünmüş
organik karbon)
SM- 5310 B Yük.
Sıcaklıkta Yakma TÇK (Toplam
çözünen katı) TÇK (Toplam
çözünen katı) SM- 2540 C Gravimetrik TOK (Toplam
Organik Karbon)
TOK (Toplam
Organik Karbon)
SM- 5310 B Yüksek Sıcaklıkta Yakma
BTEX BTEX EPA, 8015C
PCBler (7 türdeş) PCBler (7 türdeş) ISO 10382
Mineral yağ (C10 – C40’a kadar)
Mineral yağ (C10
– C40’a kadar)
BS EN 14039 Kimyasal
özelliklerinin belirlenmesi
Kimyasal özelliklerinin
belirlenmesi
Kimyasal
özelliklerinin belirlenmesi
X-Işını Floresan Spektrometre (XRF)
sistemi ile Mineralojik
özelliklerinin belirlenmesi
Mineralojik özelliklerinin
belirlenmesi
Mineralojik
özelliklerinin belirlenmesi
X-Işını Difraktometre (XRD) sistemi ile
SEM Analizi SEM Analizi SEM Analizi Taramalı Elektron
Mikroskobu (SEM)
Yayılma deneyi TS EN 1015-3 Kagir Harcı-
Deney Metotları- Bölüm 3:
Taze Harç Kıvamının Tayini (Yayılma Tablası
ile)
Ultrases deneyi ASTM C 597-02 (2002) ve
BS 1881 Part 203 (1986)
Basınç dayanımı EN 14039 GC-MS
Çekme dayanımı EN 14039 GC-MS
Su emme ASTM C 642 “Standard
Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete
* En düşük sızma konsantrasyonu ve en yüksek dayanımı veren numunede
17 4. ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA
4.1. Hidrokarbon sondaj çamuru (HSÇ) Karakterizasyonu
Sondaj çamurunun, Philips PW-2404 model dalga boyu dağılımlı X-ışını floresan spektrometre cihazı ile yapılan yarı kantitatif element analizi sonucunda bileşiminde bulunan elementlerin ve bu elementlerin oksitleri % bileşen olarak tespit edilmiştir. Yaş ve kuru HSÇ’nun kimyasal bileşenleri Tablo 4.1 ve 4.2’de verilmiştir.
Tablo 4. 1 Yaş HSÇ’nun Kimyasal Bileşenleri
Element % Oksit %
O 41.590
Na 2.150 Na2O 3 2.898
Mg 2.482 MgO 4.115
Al 7.150 Al2O3 13.509
Si 21.482 SiO2 45.958
P 0.070 P2O5 0.161
S 0.506 SO3 1.263
Cl 3.009 Cl 3.009
K 4.565 K2O 5.499
Ca 11.080 CaO 15.503
Ti 0.362 TiO2 0.605
Cr 0.041 Cr2O3 0.060
Mn 0.084 MnO 0.108
Fe 3.952 Fe2O3 5.650
Co 0.012 Co3O4 0.016
Ni 0.017 NiO 0.022
Cu 0.042 CuO 0.053
Zn 0.011 ZnO 0.014
Ba 1.394 BaO 1.557
Yaş çamur için yapılan analiz sonuçlarına göre toplam kütlenin ağırlık yüzdesi olarak en yüksek miktara sahip element %21.482 ile silisyum (Si) ve takiben %11.080 ile kalsiyum (Ca) dur. Aynı elementlerin oksitlerinin yaş çamur içindeki oranları incelendiğinde SiO2 ve CaO içeriğinin sırasıyla %45.958 ve %15.503 oranında olduğu görülmektedir. En yüksek değere sahip 3. element ise alüminyum (Al)’dur. Yaş çamurdaki Al ve Al2O3 oranları sırasıyla
%7.150 ve %13.509’dur.
Tablo 4. 2 Kuru HSÇ’nun Kimyasal Bileşenleri
Element % Oksit %
O 38.667
Na 6.666 Na2O 8.985
Mg 2.167 MgO 3.594
Al 6.409 Al2O3 12.109
Si 18.612 SiO2 39.818
P 0.072 P2O5 0.166
S 0.543 SO3 1.355
Cl 6.350 Cl 6.350
K 4.631 K2O 5.579
