Birlikte
Atık Boya Sularının Geri Kazanımı ile Dünyayı değiştirebiliriz

Projenin Amacı

Tekstil, proses olarak çok fazla suya ihtiyaç duyan buna bağlı olarak da yüksek debilerde atıksu oluşturan bir sanayi dalıdır. Bu sanayi atıksuları miktar ve bileşim yönünden çok değişken olup, güçlü kirleticilere sahiptir. Prosesde bu özellikteki atıksuların ana kaynağını, boyama işlemi oluşturmaktadır. Bu işlem sırasında kullanılan boyarmaddelerin önemli miktarı, elyafa tam olarak bağlanamamakta ve renkli atıksu olarak açığa çıkmaktadır. Boyarmaddeler, çoğunlukla insanlar üzerinde mutajenik ve kanserojenik etkiye sahip toksik kimyasallardır.

Bu nedenle atıksudan giderilmeleri insan ve çevre sağlığı açısından büyük önem taşımaktadır. Bu kimyasal maddelerin giderimleri konusunda, özellikle son dönemlerde yoğun araştırmalar yapılmakta ve çeşitli arıtım yöntemleri incelenmektedir. Aktif olarak kullanılan arıtma yöntemleri ise tam olarak boyarmaddelerin sulardan ayrılmasını gerçekleştirememektedir. Bu çalışmada, yeni bir elektrokimyasal arıtma cihazı tasarlanarak tekstil boyama endüstrisi atık suları çevreci ve maliyeti düşük bir şekilde arıtılmıştır. Arıtılan sular üretimde tekrar kullanılmak üzere geri kazanılmıştır.

Problem

Her geçen gün artan nüfus ve gelişen teknoloji ile birlikte yeni endüstri dalları ortaya çıkmış, mevcut endüstri dalları ise artan nüfus ile kapasitelerini artırmıştır. Bu durum mevcut doğal kaynakların ve bunların en önemlisi olan suyun kullanımında artışa neden olmuştur. Kullanılan bu sular kirlenmiş olarak tekrar doğal su ortamlarına verildiği takdirde doğaya yaptığı etkiler önemli düzeyde olmakta, doğal dengeyi değiştirici ve bazı durumlarda geri dönülmez nitelikte olmaktadır. Doğal kaynak sınırlılığı ve bizden sonraki nesillerinde bu kaynaklardan faydalanması için doğal kaynakların korunması gerekliliği çevre bilincini ortaya çıkarmıştır. Toplumların artan çevre bilinci ve buna paralel olarak ortaya çıkan doğal çevreyi korumacı yaklaşımlar nedeniyle, günümüzde endüstriyel atıksuların aıtımı giderek öenm kazanmıştır. Birçok endüstri kategorisinde üretim sonucu oluşan atıksuların uzaklaştırılmasında ilk adım bu atıksuların çevreye zarar vermeyecek düzeyde arıtılabilmeleri için yeterli ve uygulanabilir arıtma teknolojilerinin tanımlanmasıdır. Bu husus, aynı zamanda, söz konusu atıksuların deşarj standartlarının sağlanması açısından da önem taşımaktadır. Deşarj standartlarının ülkemizde de yaygınlaşmaya başlaması bazı endüstri kategorilerinde uygulanmakta olan arıtma teknolojilerinin yetersiz kalmasına neden olmuştur.

Dolayısıyla bu gelişmeye paralel olarak yeni arıtma teknolojilerinin araştırılması ve geliştirilmesi zorunlu hale gelmiştir. Türkiye’de en gelişmiş endüstri dalı olan tekstil endüstrisi toplam endüstriyel üretimin %20’sini oluşturmaktadır. Tekstil endüstrisinin yüksek su tüketimi dolayısıyla atıksu üretimi fazla olup, bu atıksuların kirlilik kaynağı liflerde mevcut olan safsızlıklar, kullanılan kimyasal maddeler ve boyamada kullanılan boyarmaddelerdir. Boyama işlemi, tekstil endüstrisinin en önemli proseslerinden biri olmakla beraber yoğun renk ve aynı zamanda refrakter (konvansiyonel arıtma sistemlerinde arıtılamayan) madde içeren endüstriyel atıksu miktarının da önemli kısmını oluşturmaktadır. Boyama işlemleri sonucu oluşan boyalı atıksularda önemli bir kirletici parametre olan renk için ülkemizde bir deşarj standardı bulunmamaktadır. Bununla birlikte renk parametresi gerek estetik açıdan gerekse ekolojik denge açısından ciddi problemler yaratmaktadır.

Koyu renkli sular güneş ışınlarının geçişini engelleyerek fotosentezi yavaşlatmaktadır. Rengin artması, fotosentez hızını yavaşlattığından ve dolayısıyla çözünmüş oksijen miktarı azaldığından canlı hayatını olumsuz yönde etkilemektedir. Aerobik olarak ayrışamayan bazı boyarmaddelerin alıcı ortam sularında, sedimentlerde birikmeleri sonucunda anoksit şartlarda kanserojen aromatik aminlere indirgenmeleri mümkündür. Çözünmüş ve kolloidal yapıdaki rengin kaynağı olan boyarmaddelerin çevreye olan zararlarını en aza indirmek ve kirliliği kontrol altına almak için tekstil terbiye proseslerinden kaynaklanan rengin giderimi oldukça önem taşımaktadır. Renk gidermede biyolojik ve kimyasal metotlar uygulanmakla birlikte tekstil atıksularından renk gideriminde biyolojik proseslerin fazla etkili olmadığı diğer bir ifadeyle biyolojik arıtma uygulaması ile istenilen ölçüde renk giderimi sağlanamadığı buna karşın fiziko-kimyasal yöntemlerin daha yüksek renk giderimi sağladığı görülmüştür. Ancak kimyasal yöntemlerle (oksidasyon, çöktürme, adsorpsiyon vs.) renk giderme konusunda ilave çalışmalara ihtiyaç duyduğu görülür bir gerçektir.

Çözüm

Son yıllarda boyarmadde içeren tekstil atıksularının arıtılmasında gerek uygulama kolaylığı gerekse ekonomik açıdan elektrokimyasal yöntemler kullanılmaya başlanmış ve bu konudaki araştırmalar önem kazanmıştır. Bu çalışmada, elektrokimyasal arıtma proseslerinden biri olan ve oldukça güzel sonuçlar veren elektrokoagülasyon prosesi kullanılması öngörülmüştür. Elektrokoagülasyon; atıksuda iyon oluşturmak üzere elektrotları kullanan, birçok kimyasal ve fiziksel prosesleri içeren karmaşık bir prosestir. Elektrokoagülasyon prosesinde koagülasyonu sağlayacak iyonlar yerinde üretilmektedir. Bu proses;

• elektrolitik oksidasyon esnasında çözünen elektrot ile koagülan türlerin oluşumu,
• kirleticilerin destabilizasyonu, partikül süspansiyonu ve emülsiyonların parçalanması,
• destabilize olmuş partiküllerin flokları oluşturmak üzere yumaklaşması olmak üzere 3 adımı kapsamaktadır. Kirleticilerin destabilizasyonu, partikül süspansiyonu ve emülsiyonların parçalanması;
• kurban anodun oksidasyonu sonucu oluşan iyonların etkileşimi ile çift tabakanın etrafındaki yüklü türler tarafından bastırılması sağlanmaktadır.
• sudaki mevcut iyonik türlerin yük nötralizasyonu elektrokimyasal olarak çözünen elektrotlar tarafından üretilen zıt yüklü iyonlar ile sağlanmaktadır.
• son olarak da flok oluşumu

şeklinde gerçekleşmektedir. Basit bir elektrokoagülasyon pili, bir elektrolit içine daldırılmış bir anot ve bir katottan oluşmaktadır. Dış bir güç kaynağından bir güç uygulandığı zaman anot oksidasyona, katot redüksiyona uğramaktadır. Bu durumda anot elektrokimyasal olarak çözünecek ve katot ise pasivasyona maruz kalacaktır. Metal elektrotların yeterli miktarda çözünmesi için kullanılan elektrotların geniş yüzey alanına sahip olmaları gerekmektedir.

Yenilikçi Yönler

Klasik elektrokoagülasyon proseslerinde elektrot çifti olarak alüminyum ve demir kullanılmaktadır. İşletme şartlarında elektrotların oksidasyonu sonucu elektrotlarda deformasyonlar olabilmektedir. Bu durumda klasik sistemlerde elektrotların periyodik olarak yenileri ile değiştirilmesi gerekmektedir. Bu işletme şartlarını hem operasyonel açıdan hem de maliyet açısından olumsuz etkilemektedir. Bu çalışmada, bu problemi çözmek için yenilikçi bir yaklaşım getirilerek daha dayanıklı elektrot çiftlerinin kullanılması öngörülmüştür. Klasik alüminyum ve demir elektrot çiftleri yerine, L316 paslanmaz çelik ve Titanyum elektrot çifti kullanılmıştır. Yapılan ön testler sonucunda elektrot yüzeylerinde meydana gelen deformasyonlar klasik elektrot çiftine göre daha az görülmektedir. Bu durum periyodik değişim zamanlamasını uzatarak işletme maliyetini düşürmekte, prosesin uygulanabilirliğini artırmaktadır. Elektrokoagülasyon prosesinin performansının iyileştirilmesinin bir yolu da kullanılan reaktör tipine bağlıdır. Klasik elektrokoagülasyon proseslerinde 3 çeşit reaktör tipi mevcuttur. Bunlar; paralel bağlı monopolar elektrokoagülasyon reaktörü, dipolar elektrotların paralel bağlandığı elektrokoagülasyon reaktörü, seri bağlı monopolar elektrokoagülasyon reaktörü dür. Bu reaktör tiplerine alternatif bu çalışmada yeni bir tasarım yapılarak mevcut reaktör tiplerinden daha performanslı bir reaktör tipi geliştirilmiştir. Yeni reaktör tipi dipolar elektrotların 2 paralel 1 seri bağlantılı şeklidir.

Ayrıca reaktörlerde su akış kanalları da atıksu arıtım verimini önemli oranda etkilemektedir. Klasik reaktörlerde çoklu kanal tasarımları yapılmıştır. Bu çalışmada yenilikçi bir yaklaşım olarak atıksuyun tekli kanallara sahip bir reaktörde dolaşması için tasarım yapılmıştır. Tekli kanal tasarımı ile atıksuyun elektrotlarla etkileşeceği yüzey alanı artırılmış olmaktadır. Böylelikle arıtım performansı da artırılmış olacaktır. Klasik elektrokoagülasyon proseslerinde elektrotlar atıksuyla dolu bir kaba daldırılmaktadır. Bu çalışmada, reaktöre atıksu bir atıksu deposundan pompa vasıtasıyla taşınmaktadır. Böylelikle oluşturulan akışlı sistem ile durağan sistemlere oranla daha fazla renk ve kalıntı giderimi sağlandığı ispatlanmıştır. Klasik elektrokoagülasyon proseslerinde oluşan partiküller işlem sonucu filtrasyona tabii tutularak sistemden uzaklaştırılmaktadır. Bu çalışmada, partiküllerin uzaklaştırılması amacıyla iyi bir adsorban madde olan aktif karbon filtresi eklenmiştir. Böylelikle atıksuyun arıtım kalitesi daha da artırılmış olmaktadır. Klasik elektrokoagülasyon proseslerinde en önemli işletme sıkıntısı arıtım için harcanan elektrik enerjisi miktarıdır. Bu çalışmada kullanılan yeni elektrotların elektriksel iletkenliğinin klasik sistem elektrotlarına göre yüksek olması enerji tüketimini azaltmıştır. Tasarlanan prototip arıtma cihazına bağlanan bir enerji metre ile yapılan ölçümlerde sistemin bir mutfak robotu kadar az enerji tükettiği tespit edilmiştir. Bu durumda elektrokoagülasyon proseslerinin uygulanmasında en çok sorun olan enerji probleminin bu çalışma ile çözüldüğünün en büyük göstergesidir.

Elektrokoagülasyon hem ekonomik hem de çevresel açıdan önemli bir potansiyele sahiptir. Yerinde üretilen metal hidroksitlerin mineral yüzeyine adsorplanma eğiliminin kimyasal olarak eklenen metal tuzlarına göre çok daha yüksek olması nedeniyle elektrokoagülasyon etkin bir arıtma teknolojisi olarak karşımıza çıkmaktadır. Elektrokoagülasyon uygulamasının gerçekleştirildiği ekipmanlar (reaktörler) basit sistemler olup istenilen boyutta dizayn edilebilmektedir. Söz konusu reaktörlerin işletimi kolaydır. Başlangıç maliyeti ve işletme maliyetleri düşüktür. Uygulamada kimyasal ilavesi yapılmamaktadır. Düşük akım gerektirmekte ve küçük kolloidal partikülleri etkin bir şekilde destabilize edebilmektedir. Minimum seviyede çamur oluşmaktadır. Oluşan çamur temel olarak metal oksitleri/hidroksitleri içermesi nedeniyle kolay çökebilir ve susuzlaştırılabilir bir yapı sergilemektedir