Life Cycle Assessment for Solid Waste Management: A Case Study for Melikgazi Municipality (Kayseri)

Abstract

Solid waste production increases rapidly due to population growth and technological developments. Reducing negative impacts from solid wastes requires the development of integrated management approaches that consider environmental sustainability. Life cycle assessment is one of the tools that can be used to assess environmental impacts of products and processes. In this study, the alternative management scenarios for solid wastes were examined using life cycle assessment approach for the Melikgazi Municipality, Kayseri. Four scenarios were identified. In Scenario 1, all wastes are collected, transferred to landfill site and landfilled. In Scenario 2, recyclable wastes are partially separated at the source and the remaining wastes are transferred and landfilled. In Scenario 3, all recyclable wastes are separated at the source and other wastes are landfilled. In Scenario 4, after separation of recyclable wastes, other wastes are either composted (50%) or landfilled (50%). Life cycle assessment for all scenarios was based on IWM (Integrated Waste Management) model. Net energy use / non-renewable energy resources depletion potential (GJ), global warming potential (kg CO2-equivalent), acidification potential (kg SO2-equivalent) and eutrophication potential (kg O2-equivalent) were calculated for all scenarios. For Melikgazi Municipality, Scenario 3 and 4 provided more advantageous alternatives in terms of energy consumption and environmental impacts. Separating recyclable wastes at the source has been effective in reducing environmental impacts. In addition, composting application has created less environmental impact compared to landfilling.

Keywords

• Solid Waste Management
• Life Cycle Assessment
• Kayseri

Evsel Katı Atık Yönetim Senaryolarının Yaşam Döngüsü Analizi: Melikgazi İlçesi (Kayseri) Örneği

Abstract

Nüfus artışı ve teknolojik gelişmeler nedeniyle katı atık üretimi hızla artmaktadır. Katı atıklardan kaynaklanan olumsuz etkileri azaltmak için atık yönetiminde çevresel sürdürülebilirliği de dikkate alan entegre yönetim yaklaşımlarının geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. Yaşam döngüsü analizi bir ürün veya hizmetin çevresel etkilerinin değerlendirilmesi için kullanılabilecek araçlardan biridir. Bu çalışmada, Kayseri İli Melikgazi İlçesi’nde evsel katı atık yönetimi için seçilmiş alternatif yaklaşımlar yaşam döngüsü analizi kullanılarak incelenmiştir. Katı atık yönetim alternatifleri olarak dört adet senaryo belirlenmiştir. Senaryo 1, atıkların toplanması, depo sahasına taşınması ve düzenli depolanmasını içermektedir. Senaryo 2’de geri dönüşebilir atıklar kısmen kaynakta ayrıştırılmakta ve kalan atıklar ise düzenli depo sahasına taşınarak, depolanmaktadır. Senaryo 3’te geri dönüşebilir atıkların tamamı kaynakta ayrıştırılmakta ve diğer atıklar ise düzenli depo sahasına taşınmakta ve depolanmaktadır. Senaryo 4’te ise geri dönüşebilir atıkların tamamının kaynakta ayrıştırılması sonrası kalan atıkların %50’si kompostlama ve %50’si düzenli depolama ile bertaraf edilmektedir. Bu senaryolar yaşam döngüsü analizinde değerlendirilirken, hesaplama yöntemi olarak IWM (Integrated Waste Management-Entegre Atık Yönetimi) modeli kullanılmıştır. Çalışmada, tüm senaryolar için net enerji kullanımı / yenilenemeyen enerji kaynakları tüketme potansiyeli (GJ), küresel ısınma potansiyeli (kg CO2-eşdeğeri), asidifikasyon potansiyeli (kg SO2-eşdeğeri) ve ötrofikasyon potansiyeli (kg O2-eşdeğeri) hesaplanmıştır. Melikgazi Belediyesi için Senaryo 3 ve Senaryo 4’ün hem enerji tüketimi hem de çevresel etkileri açısından diğer alternatiflere göre daha avantajlı olduğu tespit edilmiştir. Geri dönüşebilir atıkların kaynakta ayrıştırılması çevresel etkilerin azaltılmasında etkili olmuştur. Ayrıca kompostlama uygulaması düzenli depolamaya nispeten daha az çevresel etki oluşturmuştur.

Keywords

• Entegre Katı Atık Yönetimi
• Yaşam Döngüsü Analizi
• Kayseri

References

1. Abduli M.A., Naghib A., Yonesi M., Akbari A., (2011), Life cycle assessment (LCA) of solid waste management strategies in Tehran: landfill and composting plus landfill, Environmental Monitoring and Assessment, 178, 487–498.
2. Balahorli V., Kemirtlek A., Aydoğan Y., (2015), Bursa Entegre Katı Atık Yönetim Planı, İSTAÇ İstanbul Çevre Yönetimi Sanayi ve Tic. A.Ş., İstanbul.
3. Banar M., Cokaygil Z., Ozkan A., (2009), Life cycle assessment of solid waste management options for Eskisehir, Turkey, Waste Management, 29(1), 54-62.
4. Bauman H., Tillman A., (2004), The Hitch Hiker's Guide to LCA: An orientation in life cycle assessment methodology and application, Studentlitteratur AB, Sweden, 543ss.
5. Çetinkaya A.Y., Bilgili L., Kuzu S.L. (2018), Life cycle assessment and greenhouse gas emission evaluation from Aksaray solid waste disposal facility, Air Quality, Atmosphere and Health 11, 549-558.
6. Chen X., (2012), Life cycle assessment (LCA) of five municipal solid waste management systems (MSWMS): A case study of Nanjing, China, Msc Thesis, Eastern Anglia University, Norwich.
7. Chen D.M-C., Bodirsky B.L., Krueger T., Mishra A., Popp A. (2020), The world's growing municipal solid waste: trends and impacts, Environmental Research Letters, 15(7):074021, doi: 10.6084/m9.figshare.12102510.
8. Clift R., Doig A., Finnveden G., (2000), The application of life cycle assessment to integrated solid waste management: Part 1—Methodology, process safety and environmental protection, 78(4), 279-287.

9. Çil S., (2013), Yalova kentsel katı atık yönetim alternatiflerinin çevresel yaşam döngüsü analizi ile incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gebze, Kocaeli.
10. Çokaygil Z., (2005), Atık yönetimi planlamasında yaşam döngüsü analizi. Anadolu Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir, 2005.
11. Erses Yay A.S., (2017), Yaşam döngüsü analizinin ambalaj atıklarının yönetiminde kullanılması, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(5), 1008-1017.
12. Ekvall T., Finnveden G., (2000), The application of life cycle assessment to integrated solid waste management: Part 2—Perspectives on energy and material recovery from paper, Process Safety and Environmental Protection, 78 (4), 288-294.
13. Finnveden G., Johansson J., Lind P., Moberg A., (2005), Life cycle assessment of energy from solid waste –Part 1: General methodology and results, Journal of Cleaner Production, 13(3), 213–229.
14. Guinee J.B., Heijungs R., Huppes G., Zamagni A., Masoni P., Buonamici R., Ekvall T., Rydberg T., (2011), Life cycle assessment: past, present, and future, Environmental Science Technology, 45 (1), 90–96.
15. Güereca L.P., Gassó S., Baldasano J.M., Jiménez-Guerrero, P., (2006), Life cycle assessment of two biowaste management systems for Barcelona, Spain, Resources, Conservation and Recycling, 49(1), 32-48.
16. Hong J., Li X., Zhaojie C., (2010), Life cycle assessment of four municipal solid waste management scenarios in China, Waste Management, 30(11), 2362–2369.
17. Jaunich M.K., Levis J.W., Barlaz M.A., (2016), Lifecycle process model for municipal solid waste collection, Journal of Environmental Engineering, 142(8):04016037, doi: 10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001065.
18. Kaplan P.Ö., Ranjithan S.R., Barlaz M.A., (2009), Use of life-cycle analysis to support solid waste management planning for Delaware, Environmental Science Technology, 43(5), 1264-1270.
19. Khandelwal H., Dhar H., Thalla A.K., Kumar S. (2019), Application of life cycle assessment in municipal solid waste management: A worldwide critical review, Journal of Cleaner Production, 209, 630-654.
20. Konstadinos A., (2011), Life cycle assessment in municipal solid waste management, Integrated Waste Management - Volume I’in İçinde (Kumar S., Ed.), IntechOpen, doi: 10.5772/20421.
21. Laurent A. Bakas I., Clavreul J., Bernstad A., Niero M., Gentil E., Hauschild M.Z., ChristensenT.H., (2014), Review of LCA studies of solid waste management systems – Part I: Lessons learned and perspectives, Waste Management, 34(3), 573-588.
22. Maalouf A., El-Fadel M., (2019), Life cycle assessment for solid waste management in Lebanon: Economic implications of carbon credit, Waste Management and Research, 37, 14-26.
23. Mendes M.R., Aramaki T., Hanaki K. (2004), Comparison of the environmental impact of incineration and landfilling in Sao Paulocity as determined by LCA, Conservation and Recycling, 41(1), 47-63.
24. Mboowa D., Quereshi S., Bhattacharjee C., Tonny K., Dutta S., (2017), Qualitative determination of energy potential and methane generation from municipal solid waste (MSW) in Dhanbad (India), Energy, 123, 386-391.
25. Naghibzadeh S.S., Krorasani N., Youseft J., Mousavi B.S., Badehian Z., (2015), Life cycle assessment of municipal waste management system (casestudy: Karaj, Iran), Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 18(4), 1119-8362.
26. Nhubu T., Muzenda E., Mbohwa C., (2019), Eutrophication impact potential of solid waste management options in Harare, 5th International Conference Wastes: Solutions, Treatments and Opportunities, 4-6 September, Costa da Caparica, Lisbon, Portugal.
27. Othman S.N., Noor Z.Z., Abba A.H., Rafiu O.Y., Mohd A.A.H., (2013), Review on life cycle assessment of integrated solid waste management in some Asian countries, Journal of Cleaner Production, 41, 251-262.
28. Özeler D., (2001), Life cycle assessment of municipal solid waste treatment methods: Ankara case study, Yüksek Lisans Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara.
29. Özeler D. Yetiş Ü., Demirer, G.N. (2006), Life cycle assesment of municipal solid waste management methods: Ankara case study, Environment International, 32(3), 405-411.
30. Özer B., Yay A.E., (2021), Comparative life cycle analysis of municipal waste management systems: Kırklareli/Turkey case study, Environmental Science and Pollution Research, https://doi.org/10.1007/s11356-020-12247-0.
31. Özkan A., (2008), Kentsel katı atık yönetimi sistemlerinin oluşturulmasında farklı karar verme tekniklerinin kullanımı, Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir.
32. Rives J., Rieradevall J., Gabarrell X., (2010), LCA comparison of container systems in municipal solid waste management, Waste Management, 30(6), 949-957.
33. SETAC, (1991), A technical framework for life cycle assessment, Society of Environmental Toxicology and Chemistry, Workshop Report: August 18-23, 1990, Smugglers Notch, Vermont, USA.
34. TEİAŞ, (2017) Türkiye elektrik üretim kaynakları, https://www.teias.gov.tr/tr/turkiye-elektrik-uretim-iletim-istatistikleri, [Erişim 5 Nisan 2018].
35. URL-1, (2015), Atık Yönetimi Yönetmeliği, Resmi Gazete Tarih: 2 Nisan 2015, Sayı: 29314, https://www.resmigazete.gov.tr/ eskiler/2015/04/20150402-2.htm, [Erişim 5 Nisan 2018].
36. Weitz K.A., Thorneloe S.A., Nishtala, S.R., Yarkosky, S., Zannes, M., (2002), The impact of municipal solid waste management on greenhouse gas emissions in the United States, Journal of theAir & Waste Management Association, 52(9), 1000-1011.
37. White P., Franke M., Hindle P., (1995), Integrated Solid Waste Management: A Life Cycle Inventory, Blackie Academic and Professional, 1995.
38. Yadav P., Samadder S.R., (2018), A critical review of the life cycle assessment studies on solid waste management in Asian countries, Journal of Cleaner Production, 185, 492-515.