LEE- Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19504

Gözat

Çıkarma tarihi ile LEE- Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği-Doktora'a göz atma

Dizinde bir noktaya atla:
  • Öge
    Haliç dip tarama çamuru ve maden atığının geotekstil tüp ile susuzlaştırılması ve geoteknik mühendisliği açısından değerlendirilmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Karadoğan, Ümit ; Teymür, Berrak ; 501132302 ; Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği ; Soil Mechanics and Geotechnical Engineering
    Sanayi ve kentleşmenin artmasıyla beraber birçok sektörde yüksek su muhtevasına sahip tarama çamurları ve endüstriyel atıklar oluşmaktadır. Bu atık malzemelerin su içeriğinin azaltılarak bertaraf edilmesi ve/veya yeniden kullanılması hem ekonomik hem de çevre sağlığı açısından büyük kazanımlar sağlamaktadır. Ülkemizde ve dünyada giderek artan miktarlarda oluşan bu yüksek su içeriğindeki atık malzemelerin susuzlaştırılması birçok araştırmacının dikkatini çekmiştir. Araştırmalar özellikle geotekstil ve poliakrilamid kullanılarak yapılan susuzlaştırma yöntemi üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu yöntemde, geotekstil katı ve sıvının ayrılması için filtre görevi görürken poliakrilamid küçük daneleri bir araya getirerek oluşan floklarının daha hızlı çökelmesini sağlamaktadır. Literatürde bu yöntem çoğunlukla uçucu küller olmak üzere aynı zamanda tarama çamurları, mandıra lagünleri ve endüstriyel atıklar için kullanılmıştır. Ülkemizde son yıllarda deniz ve nehirlerin kirliliğinin azaltılması için tarama yapılarak çamur çıkarılmaktadır. Tarama sonucu ortaya çıkan atık malzemeler bertaraf için önceden belirlenen alanlara depolanmaktadır. Aynı zamanda çoğu kez denizlerden çıkarılan tarama malzemeleri tarama alanından uzağa fakat yine denize boşaltılmaktadır. Bu şekilde yapılan bertaraf sonucunda deniz ekosistemi telafisi zor bir zarar görmektedir. Dolayısıyla bu malzemelerin su içeriklerinin azaltılması ve yeniden kullanım alanlarının belirlenmesi ülke ekonomisi ve çevre riskleri açısından büyük önem arz etmektedir. Literatüre bakıldığında poliakrilamid katkılı yapılan geotekstil tüp ile susuzlaştırma çalışmalarında tüp içerisine doldurulan çamurun çok kısa bir süre içerisinde hacminde %80'lere varan azalmalar olmuştur. Dahası geotekstilden sızan suyun tekrar kullanımının veya herhangi bir arıtma yapılmadan doğal ortama doğrudan deşarjının mümkün olduğu görünmektedir. Bu çalışmada, İstanbul ilinde bulunan ve doğal liman olan Haliç'ten alınan dip tarama çamuru ve İstanbul Kemerburgaz'da bulunan agrega madeninden alınan maden atığının geotekstil ve poliakrilamid kullanılarak susuzlaştırılması ve yeniden kullanılması incelenmiştir. Bu kapsamda 11 anyonik ve 2 katyonik olmak üzere toplam 13 farklı moleküler ağırlığa sahip poliakrilamid ve susuzlaştırma uygulamalarında kullanılan bir geotekstil kullanılmıştır. Her atık malzemenin flokülasyonu için malzemeye özgü bir poliakrilamid bulunmaktadır. Bu yüzden Haliç tarama çamuru ve maden atığı için uygun poliakrilamid ve optimum dozajın belirlenmesi için Jar deneyi yapılmıştır. İlk olarak iki atık malzemenin de İTÜ Geoteknik Laboratuvarlarında endeks özellikleri bulunmuştur. Burada elek, hidrometre analizi, Atterberg kıvam limitleri deneyi ve piknometre deneyi yapılmıştır. Daha sonra, zeta potansiyel ölçümleri İTÜ MEM-TEK laboratuvarında yapılmıştır. Malzemenin zeta potansiyeli topaklaşma (flokülasyon) işleminin verimini belirleyen bir parametredir. Değer sıfıra ne kadar yakın olursa flokülant yani poliakrilamid verimi o kadar yüksek olmaktadır. Zeta potansiyeli karışımların pH değerine göre değişkenlik gösterebilmektedir. Bu yüzden takip edilmesi ve malzemenin farklı pH değerlerindeki yük dağılımı davranışının ölçülmesi gerekmektedir. Çalışmada kullanılan malzemelerde yapılan ölçüm sonucunda malzemelerin doğal pH değerleri ile flokülasyona uygun oldukları tespit edilmiştir. 13 farklı poliakrilamid aynı dozajda kullanılarak Jar deneyi yapılmıştır. Jar deneyi sonunda numunelerin çökelme hızı ve bulanıklık değerleri kaydedilmiştir. Bu noktada en yüksek çökelme hızı ile en düşük bulanıklık sonucunu veren poliakrilamid seçilmiştir. Seçilen poliakrilamidin optimum dozajının belirlenmesi için ise farklı dozajlarda Jar deneyi tekrarlanmıştır. Yapılan deney sonunda en iyi sonuçları veren poliakrilamid dozajı optimum dozaj olmaktadır. Deney sonunda görünmüştür ki, optimum dozajın üstünde poliakrilamid eklenerek yapılan Jar deneyi sonunda oluşan sıvı kısmın bulanıklık değerinde artış meydana gelmiştir. Poliakrilamid eklendiğinde küçük daneler bir araya gelerek daha büyük fiziksel yapı olan flokları oluşturmaktadır. Flok oluşumunun değişimini görmek için partikül boyut dağılımı analizleri yapılmıştır. Her iki atık malzeme için yapılan ölçümlerle görünmüştür ki, poliakrilamid eklendiğinde başlangıçtan optimum dozaja kadar partikül boyutları büyümekte ve topak yapı oluşmaktayken optimum dozajın üstüne çıkıldığında flokülasyon verimi azalmaktadır. Yüksek konsantrasyonlarda yapılan dozlamadan sonra sıvı kısmın bulanıklık değerinin artması da bu sonucu destekler niteliktedir. Seçilen poliakrilamid ve geotekstil malzemenin birlikte çalışma uygunluğunun araştırılması için laboratuvar ölçekte Hızlı Susuzlaştırma Testi (Rapid Dewatering Test, RDT) yapılmıştır. Hali hazırda kullanılan deney seti tez çalışması için mahsus modifiye edilmiştir. Modifiye deney seti bilgisayar yardımıyla düzenli veri alabilecek hale getirilmiş ve böylelikle anlık geotekstilden sızan su miktarı kaydedilmiştir. Aynı zamanda geotekstil malzeme üzerinde oluşan filtre kekinin su muhtevası da ölçülmüştür. Bu veriler ışığında poliakrilamid katkısı yapılarak geotekstil ile susuzlaştırma işleminin performansı incelenmiş ve optimum dozaj belirlenmiştir. Daha sonra üç boyutlu susuzlaştırma deneyi olan yastık tipi geotekstil bohça kullanılarak %10 katı oranında hazırlanan karışımlarda poliakrilamid katkılı ve katkısız olarak hazırlanan karışımlarla Geotekstil Tüp Susuzlaştırma Testi (Geotextile tube Dewatering Test, GDT) yapılmıştır. Geotekstil tüp susuzlaştırma deneyi (GDT) olarak adlandırılan bu deney, saha uygulamalarında kullanılan sistemin düşük hacimli bir modelidir. Poliakrilamid katkılı ve katkısız GDT sonrası oluşan sıvı faz ve filtre kekin bünyesindeki poliakrilamid kalıntısı olup olmadığını analiz etmek amacıyla Fourier-Dönüşüm İnfrared Spektrumu (FTIR) taranmıştır. Daha sonra susuzlaştırma işlemi sonunda geotekstil tüpten sızan sızıntı suyunun çevresel etkisinin incelenmesi için sızıntı suyunun su kalitesi parametreleri analiz edilmiştir. Bunun için, iyon analizlerinde ise Dionex ICS-3000 İyon Kromatografi cihazı, ağır metal ve diğer elementel analizde Perkin Elmer ICP-OES cihazı kullanılmıştır. Analizler doğrultusunda, çıkan suyun kalitesi hem ulusal hem de uluslararası içme suyu standartlarıyla karşılaştırılmıştır. Böylece doğal ortama deşarj edilecek suyun yeraltı suyuna sızma riski taşıması halinde ortaya çıkacak sonuç değerlendirilmiştir. Katkılı ve katkısız yapılan GDT sonunda tüp içerisinde oluşan filtre kekin Taramalı Elektron Mikroskobunda (SEM) farklı büyüklüklerde görüntüsü alınmış ve detaylı elementel analizleri yapılmıştır. GDT sonrası geotekstil tüp içerisinde oluşan filtre kekin mühendislik parametrelerini tespit edebilmek için Haliç dip tarama çamurunda üç eksenli basınç deneyi (UU) yapılmışken, maden atığının granüler olmasından dolayı kesme kutusu deneyi yapılmıştır. Haliç dip tarama çamuru için farklı basınç yüklemeleri altında konsolidasyonu ve permeabilite katsayısının araştırılması için permeabilite ölçümünün de yapılabileceği konsolidasyon aleti kullanılmıştır. Maden atığında yapılan GDT deneyinde iki tüplü farklı bir seçenek çalışılmış ve bu kısımda poliakrilamid kullanılmadan ilk dolumun yapılması ve daha sonra ikinci dolumda poliakrilamid eklenmesinin daha etkili ve ekonomik olduğu anlaşılmıştır. Bu sayede ilk dolumda tüp içerisinde poliakrilamidin olmadığı ham malzeme elde edilmiştir. Bu malzemenin karayolunda dolgu malzemesi uygunluğunun araştırılması için Standart Proktor deneyi ve yaş CBR deneyi yapılmıştır. Yapılan çalışmada, Haliç dip tarama çamuru ve maden atığı için geotekstil tüp ve poliakrilamid kullanılarak susuzlaştırma işleminin ekonomik ve etkili bir yöntem olduğu ortaya konmuştur. Her iki malzeme içinde yapılan filtre deneylerinde elde edilen sonuçların hem Jar deneyi hem de geotekstil tüp susuzlaştırma deneyi sonuçlarıyla ile benzerlik gösterdiği anlaşılmıştır. Haliç dip tarama çamurunun poliakrilamid kullanılmadan yapılan susuzlaştırma işleminde katı oranı %12 iken uygun poliakrilamid kullanılmasıyla katı oranı %54'e yükselmiştir. Filtrasyon verimliliğinin ise %49'dan %90.5'e kadar yükseldiği görülmüştür. Yapılan mühendislik deneyleri ile susuzlaştırma işlemi sonrası oluşan filtre kekinin mühendislik parametreleri belirlenmiştir. Tüp dışına sızan suyun kimyasal analizi yapılmış ve sızıntı suyu içerisindeki ağır metallerin miktarlarında azalma olduğu bulunmuştur. Böylelikle sızıntı suyunun deniz suyu kriterlerini sağladığı belirlenmiştir. Haliç dip tarama çamurunun geoteknik mühendisliği uygulamalarında kullanılabileceği anlaşılmıştır. Aynı şekilde maden atığı için yapılan deneylerde 1.tip susuzlaştırma işlemi yerine 2. tip susuzlaştırma işleminin yapılmasının daha ekonomik ve verimli olduğu anlaşılmıştır. 1.tip geotekstil tüp dolumuna göre geotekstil tüp miktarında yaklaşık %40 oranında tasarruf sağlanırken poliakrilamid kullanımında ise %93 oranında tasarruf sağlanmıştır. 2. tip susuzlaştırma deneyinde poliakrilamid kullanılmadan yapılan susuzlaştırma deneyinde oluşan ham malzeme üzerinde mühendislik parametrelerini belirlemek için deneyler yapılmıştır. Deney sonuçları Karayolları Teknik şartnamesi ile karşılaştırıldığında malzemenin karayollarında dolgu malzemesi olarak kullanılabileceği anlaşılmıştır. Poliakrilamid katkısız ve katkılı yapılan geotekstil susuzlaştırma deneyleri sonucunda oluşan filtre keklerinin kayma mukavemet açılarının değerleri sırasıyla 34 ve 36 olarak bulunmuştur.